沉井在翻车机工程中的与应用

沉井施工在翻车机工程中的应用与研究摘要根据沉井下沉受力计算介绍沉井施工技术针对沉井在下沉过程中研究沉井施工对周边环境的影响根据沉井在下沉过程中的监测数据研究沉井穿越不同土层的下沉规律关键词沉井施工技术监测环境影响下沉规律概述沉井是修筑深基础和地下构筑物的一种施工工艺。施工时先在地面或基坑内制作开口的钢筋混凝土井身，待其达到规定强度后，在井身内部分层挖土运出，随着挖土和土面的降低，沉井井身借其自重或在其他措施协助下克服与土壁间的摩阻力和刃脚反力，不断下沉，直至设计标高就位，然后进行封底。沉井施工工艺的优点是：可在场地狭窄情况下施工较深（可达50余米）的地下工程；可在地质、水文条件复杂地区施工；施工不需复杂的机具设备；与大开挖相比，可减少挖、运和回填的土方量。缺点是:对周边环境产生一定影响，如临近建(构)筑物的开裂、倾斜、道路下沉、开裂。一、根据沉井下沉受力计算介绍沉井施工技术1、工程概况本工程为360m2烧结机配套项目粗破料场扩建原料系统工程，其中翻车机室作为主厂房紧邻粗破上山线铁路，池壁南侧与铁路相距4.2m,北侧与铁路相距3.2m。采用沉井施工工艺，沉井轴线尺寸为30m×15m，沉井深度为-21.2m。从2008年3月9日到2008年3月28日、从2008年5月11日到2008年6月21日分两次下沉，共计60天。沉井总重量6225t,下沉总深度13.5m,无论从重量还是下沉深度均在矿山建筑史上前所未有。2、水文地质情况、气候条件翻车机室地面高程94.6m，沉井底部高程为74.1m,土层自上而下分别为杂填土①、碎石填土②、粉质粘土③、细砂④、粉质粘土⑤、粉质粘土⑥、碎石⑦。场地地下水主要为贮存于填土层①的上层滞水和贮存于粉质粘土③、细砂④、粉质粘土⑤的空隙承压水。承压水的水位为87.76～82.26。

河北省迁安市气候为温带季风气候，四季气温变化较大，年平均降雨量为683.5mm，降雨多集中在7～9月间。

3

、沉井施工方案

沉井根据设计井壁形式，采取分2次制作、2次下沉，施工顺序为：挖基坑——浇注砼垫层第一节沉井制作——拆除模板、挖土下沉——第二节沉井制作——拆除模板、挖土下沉至设计标高——沉井封底、浇筑钢筋砼底板。

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、沉井结构

本沉井高达17.5m，采取分节制作，分节高度应保证其稳定性，使沉井能在自重下顺利下沉，沉井下沉系数计算如下：K=Q/H×L×ｆ其中：K—沉井下沉系数Q—井壁自重H—井壁高度L—井壁外周长f—土壤的摩擦系数5

、沉井施工过程

5.1

施工坑开挖沉井采取在基坑中制作，以减少下沉深度，降低施工作业面。开挖深度为7米，考虑到支模操作的需要，基坑比沉井宽南、北、西2米，挖土采用2台0.3m3反铲挖掘机进行。配合人工修坡和平整坑底，挖出的土方用自卸车运至弃土场堆放。

5.2

沉井制作

混凝土浇筑混凝土采用商品砼，并用砼输送泵，送至沉井浇筑部位，沿井壁均匀对称浇筑。浇筑采用分层平铺法，每层厚

50cm

，将沉井沿周长分成若干段同时浇筑，保持对称均匀下料，以避免一侧浇筑，使沉井倾斜。

两节混凝土的接缝处设钢板止水带，接缝处经凿毛及冲洗处理，并浇5cm

厚减石子混凝土。

5.3

沉井下沉控制

下沉速度的控制根据土质情况，采用台阶形挖土自重破土方式。采用从中间开始向四周逐渐开挖，并始终均衡对称地进行，每层挖土厚度为

0.4～0.6m.刃脚处留1.2～1.5m宽土垅，逐层全面、对称、均匀地削薄土层，方法是顺序分层逐渐往刃脚方向削薄土层，每次削50cm，当土垅挡不住刃脚的挤压而破裂时，沉井便在自重作用下破土下沉，削土时应沿刃脚方向全面、均匀、对称地进行，使均匀平衡下沉。

沉井挖土下沉采用两台挖掘机挖土，两台塔吊吊运出土，由于吊土施工困难，综合考虑挖土、吊运的施工能力，研究沉井下沉的安全控制。沉井从2008年3月9日到2008年3月28日、从2008年5月11日到2008年6月21日分两次下沉，共计60天。在沉井开始下沉时，周边开挖深度小于10cm，避免发生倾斜，尤其在开始下沉

5m以内时，其平面位置与垂直度要特别注意保持正确，否则继续下沉不易调整，在离设计深度20cm

左右停止取土，依靠自重下沉至设计标高。

下沉观测沉井位置的控制是在井外地面设置纵横十字控制桩、水准基点。下沉时，在井壁上设十字控制线，并在四侧设水平点。于壁外侧用红铅油画出标尺，以测沉降，井内中心线与垂直度的观测系在井内壁四边标出垂直轴线，各吊垂球一个，对准下部标志板来控制，并定时用两台经纬仪进行垂直偏差观测。挖土时随时观测垂直度，当垂球离墨线边达50mm

或四面标高不一致时，立即纠正，沉井下沉过程中，每班至少观测两次，并在每次下沉后进行检查，做好记录，当发现倾斜、位移、扭转时，及时通知值班队长，指挥操作工人纠正，使允许偏差范围控制在允许范围以内。沉井在下沉过程中，最大沉降差均控制在250mm以内。当沉至离设计标高2m时，对下沉与挖土情况应加强观测，以防超沉。施工技术人员在观测沉井下沉过程中,标高、垂直度、位移是必须观测的基本数据。标高、垂直度通过水准及线坠可以直接得出数据，如何发现刃脚偏差很多资料都没有涉及到,下面我介绍一种通过观测垂直度数据来确定刃脚偏差的方法:通过在地面建立控制轴线网可以在沉井池壁上得到上图所示的经纬垂直线，通过读取在-2m墨线、-6m墨线处悬挂的标尺读取偏差数据如上图分别为290、241，刃脚标高为-21.2m,根据三角形得出沉井东偏55.有兴趣的读者可以自己动手算一算.下沉纠偏沉井下沉过程中，有时会出现倾斜、位移及扭转等情况，应加强观测，及时发现并采取措施纠正。

产生倾斜的可能原因有：⑴

刃脚下土质软硬不均；⑵挖土不均，使井内土面高低悬殊；⑶刃脚下掏空过多，使沉井不均匀突然下沉；⑷排水下沉，井内一侧出现流砂现象；⑸刃脚局部被大石块或埋设物搁住。

操作中可针对原因予以预防，如沉井已经倾斜，可采取在刃脚较高一侧加强挖土，都可使偏斜得到纠正。待其正位后，再均匀分层取土下沉。

位移产生的原因多由于倾斜导致，如沉井在倾斜情况下下沉，则沉井向倾斜相反方向位移，或在倾斜纠正时，如倾斜一侧土质较松软时，由于重力作用，有时也沿倾斜方向产生一定位移，因此预防位移应避免在倾斜情况下下沉，加强观测，及时纠正倾斜。位移纠正措施一般是有意使沉井向位移相反方向倾斜，再沿倾斜方向下沉，至刃脚中心与设计中心位置吻合时，

再纠正倾斜，因纠正倾斜重力作用产生的位移，可有意向位移的一方倾斜后，使其向位移相反方向产生位移纠正。

沉井下沉产生扭转的原因是多次不同方向倾斜和位移的复合作用引起的，可按上述纠正位移、倾斜方法纠正位移，然后纠正倾斜，使偏差在允许范围以内。

5.4

下沉到位、封底技术当沉井沉到设计标高，经2～3天

，下沉已稳定，在8h内累计10mm时，即可进行沉井封底。

二、沉井对周边环境的影响范围当地下水位较高时沉井采用排水下沉,井身内部分层挖土运出，随着挖土和土面的降低，沉井井身借其自重或在其他措施协助下克服与土壁间的摩阻力和刃脚反力，不断下沉时，土的含水层被切断,地下水位会不断补给,为保证正常的施工环境,就需要将地下水位降低,在抽水影响半径范围内土体会产生固结,从而引起周边地表沉降。同时,在井内挖土时,井内外会存在一定的水头差,在动水压力下,井内会发生流土、砂涌现象,导致井体周围土体松土破坏,引起塌陷,这种塌陷范围与井下沉的深度成正比。根据有关资料表明,地表沉陷范围内：沉陷范围的长度为沉井外边的2倍，沉陷宽度w取：w=h×tg(45°-￠/2)式中h—沉井的下沉高度；￠—土的内摩擦角（最好取三轴快剪试验测定的内摩擦角）。根据本工程的岩土勘察报告,沉井部位的地质情况如下:层为杂填土,层厚2.5m①1层为杂填碎石土,层厚3.8m层为粉质粘土,层厚1.2m,内摩擦角￠=4°内聚力c=23KPa②1层为细砂,层厚2.1m,内摩擦角￠=30°内聚力c=0KPa层为粉质粘土,层厚3.4m,内摩擦角￠=4.8°内聚力c=23KPa层为粉质粘土,层厚2.3m,内摩擦角￠=5.2°内聚力c=26KPa④1层为碎石,层厚4.5m,内摩擦角￠=35°内聚力c=0KPa相关数据可以得出结论:1、地表沉降影响宽度:W=W1+W2+W3+W4+W5=1.1+1.2+3.1+2.1+2.3=9.8mW1=1.2m×tg(45°-4°/2)=1.1mW2=2.1m×tg(45°-30°/2)=1.2mW3=3.4m×tg(45°-4.8°/2)=3.1W4=2.3m×tg(45°-5.2°/2)=2.1mW5=4.5m×tg(45°-35°/2)=2.3m2、地表沉降影响长度:L=2×30m=60m。沉井下沉深度与影响环境的深度与宽度如下图所示:三、根据沉井在下沉过程中的监测数据研究沉井穿越不同土层的下沉规律1、下沉阻力现场监测成果沉井下沉数据采用在沉井井壁上的等分标高线每天于上午8时，下午18时每天两次观测得到，下沉60d,总共下沉13.5m。以时间为横坐标、下沉深度为纵坐标绘制沉井穿越不同土层时的速率图:由下沉曲线可见,沉井穿越粉质粘土层、细砂层、粉质粘土层上部等，速率为396mm/d；沉井穿越碎石层速率分别为111mm/d。2、原因分析根据沉井下沉系数计算公式:K=Q/H×L×ｆ第一阶段:Q1=62250KN;H=13.5m;L=98m;ｆ1=19.32K1=2.44>1