浅谈沉井基础的施工工艺

2011-08-15张治国

科技传播 2011年3期

关键词：设计标高井身挖土

张治国

中铁一局集团第一工程有限公司，陕西渭南 714000

浅谈沉井基础的施工工艺

张治国

中铁一局集团第一工程有限公司，陕西渭南 714000

阐述了沉井基础施工技术的基本原理，简单介绍了沉井的构造以及分类，重点介绍了该项技术的施工工艺。

沉井；韧脚；基础

近年来随着施工技术和施工机械的不断革新，沉井在国内外都得到了广泛的应用和发展。早期的沉井基础多用于桥梁工程。近年来，在水工结构和市政工程中的也有了广泛的应用。将沉井应用到建筑工程较晚，随着高层建筑的蓬勃兴建，在建筑基础及基础开挖的防护工程中都有沉井工程的应用。

1 沉井施工技术原理

沉井基础是一个井筒状的结构物，首先在地表面或坑中制作钢筋混凝土井身，待达其到一定强度后，在井筒内进行挖土，井身依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉。反复进行挖土与井身下沉过程直至达到到设计标高，然后采用混凝土封底并添塞井孔，使其成为建筑物的基础。沉井基础具有整体性与稳定性好、埋置深度大、承载面积大等优点，因此可以承受较大的竖向和水平载荷。另外，沉井不但是基础，而且还在施工时起到挡土墙和挡水围堰结构物的作用。

2 沉井构造与分类

沉井一般由井壁、刃脚、底板（封底）、内隔墙、顶盖以及附属设施等部分组成。井壁为沉井的外壁，厚度根据结构受力情况而定，一般厚0.8m～1.5m。刃脚为井壁下端的尖角，以减小下沉时的阻力作用。沉井的类型较多。按沉井竖直截面形状分类一般可分为柱形沉井，阶梯形沉井，锥形沉井；按照成孔数量分类可分为单孔或多孔沉井；按成截面形状可分为圆形、矩形、圆端沉井及网格形沉井单孔沉井。圆形沉井具有流线型的外观，因此受力性能好，适和用于处于河流中的桥墩基础。矩形沉井制作工艺简单，但在施工时四角处的土不易挖除。圆端形沉井具有两者的优点，同时也在一定程度上兼有两者的缺点，是土木工程中常用的沉井基础类型。沉井按下沉方式分类有就地制造下沉的沉井与浮运沉井。就地制造下沉的沉井是在基础设计的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉。如基础位置在水中，需先在水中筑岛，再在岛上筑井下沉。在深水地区，筑岛有困难或不经济，或有碍通航，或河流流速大，可在岸边制筑沉井拖运到设计位置下沉，这类沉井叫浮运沉井。

3 沉井的施工程序

沉井基础的施工程序主要包括3个部分，即沉井的制作程序、下沉以及封底。1）沉井制作：在软弱地基上制作沉井，应采用砂、砂砾或碎石垫层。当地基土质较好，宜分节一次制作完成，然后下沉；对于较高的沉井应先挖下3m～4m土方，在基坑中一次制作下沉，或分节制作，分节下沉，以减少沉井自由高度，增加稳定，防止倾斜。沉井制作宜采取在刃脚下设置木垫架或砖垫座的方法，其大、小和间距应根据荷重计算确定。安设钢刃脚时，要确保外侧与地面垂直，以使其起切土导向作用。沉井刃脚及井身混凝土的浇筑应均匀、对称、分段、连续的进行，以防止发生井身倾斜、裂缝。浇筑井身时所用的混凝土材料应保证一定的密实度，且表面平整、光滑。当浇筑地点处于地下水位之下时，支设模板穿墙螺栓应加焊止水环；井身在水平施工缝处应设凸缝或设钢板止水带，突出筒壁表面部分应在拆模后铲平，以利于防水和下沉；2）沉井下沉：下沉前应对井壁外观、混凝土强度及抗渗等级等进行检查，并结合勘测报告计算井身的极限承载力，计算沉井下沉的分段摩阻力及下沉系数。上述计算内容是作为判断可否下沉、或是能否出现突沉的依据，结合计算结果可进一步确定下沉方案及采取措施的。井身下沉前应分组、分区、对称、按顺序、同步地抽除刃脚下的垫架，每抽出一根垫木后，应立即用砂、卵石或砾砂填实刃脚下的空间。当沉井规模较小的时候，挖土宜采用人工或风动工具；大型沉井，在井内用小型反铲挖土机挖掘。挖土须分层进行，并沿一定的方向均匀地进行挖土。挖土的顺序一般是在沉井中间开始逐渐向四周进行，每层高0.5m左右，沿刃脚周围保留适当宽度的土堤，然后沿沉井壁环向，每隔2m～3m一段向刃脚方向逐层全面、对称、均匀的削薄土层，每次削5cm～10cm。直到土层无法承受刃脚的挤压而破裂，沉井便在自重作用下下沉。在井身挖土下沉过程中，现场技术人员、施工工人、测量人员应密切配合，对下沉过程进行实时观测，及时纠正偏移误差。沉井下沉多采用排水挖土下沉方法，常用方法是设明沟、集水井排水。为了方便沉井下沉观测，可在沉井外壁周围弹水平线，井筒内划分出一定数量的等分线，同时画出各处等分线位置的垂直轴线，并在周线处悬挂吊坠，对准下部标板来控制。每个3h～5h观测一次，接近设计标高时适当增加观测频率，防止超沉。随时记录并分析观测数值，当线坠偏离轴线超过50mm或标高差在100mm以上时，应立即采取措施纠偏。井身下沉时，外侧土会随之出现下陷现象，造成与井身间之间出现空隙。需对井身外侧空隙进行填充，以砂和碎石作为填充材料随下沉灌入空隙中，以减小下沉的摩阻力，并减少了以后的清淤工作。当下沉接近设计标高时，可在井身四角或与底梁交接处砌砖墩或垫枕木垛，使沉井压在砖墩或枕木垛上，使沉井稳定。一旦沉井下沉出现倾斜，且通过调整挖土的方法仍不能纠正时，可采用加载调整；3）沉井封底：沉井下沉至设计标高后，需经一段时间的下沉稳定，或经观测在8h内累计下沉量不大于10mm，方可进行封底工作。封底前应先将刃脚表面新旧混凝土接触部位的泥土清除干净，必要时进行打毛处理。对井底进行外形修整使之成圆弧形，由刃脚向沉井中心挖放射形排水沟，填以卵石做成滤水盲沟，在中部设集水井，使井底地下水汇集于集水井中用潜水电泵排出，以保正水位低于基底面0.5m以下。封底一般铺一层半米厚的卵石或碎石层，再在其上浇筑混凝土垫层。在刃脚下的空隙务必填严、振捣密实，以保证沉井的最后稳定。当垫层混凝土强度达到50%后，在其上做防水层，绑扎钢筋，浇筑底板混凝土。混凝土浇筑应在整个沉井面积上分层、不间断地进行，由四周向中央推进，并用振动器振捣密实。当井身为多孔时，应前按对称的方式地逐孔浇筑。底板养护期间应继续抽水，待底板混凝土强度达到70%后，对集水井逐个停止抽水，逐个封堵。