沉井施工工法及验算

沉井施工工法

一、序言

现代铁路建设中，铁路与公路交汇处多采用下穿立交桥。立交桥的排水系统的关键工程是钢筋混凝土排水提污泵井。在钢筋混凝土排水提污泵井的施工中多采用沉井施工。

沉井施工措施有人工筑岛预制下沉法、土岛预制下沉法、陆上制作浮式沉井法。排水泵井施工中采用土岛预制下沉法。

二、工法特点

土岛预制下沉法施工重要特点如下：

（一）、合用范围广

它既合用于房建工程的深基础施工，又常用于桥梁工程跨越江河时的水工构筑物，在给排水工程施工中也常常用到。

（二）、施工程序简朴，质量可靠

施工的工序可分为沉井制作、沉井下沉、沉井封底三大工序，每道工序施工简朴，施工质量可靠。

（三）、无公害

施工中采用原地预制，井内开挖，土方工程中无需放坡，不超挖；井内地下水采用内排水，无需井点降水，因此对周围固有土壤，建筑不导致影响，环境效益明显。

（四）、施工安全系数高

由于采用了井内开挖和井内排水施工措施，在施工过程中土方坍塌，水淹等安全隐患小，施工安全系数高。

三、合用范围

重要用于桥梁墩台的基础、地下构筑物的外壳、矿区的竖井、给排水泵井施工。

四、工艺原理

沉井是钢筋混凝土制成的井筒构筑物，井壁下沉时的土压力和水压力随深度的增长而增大，因此沉井下设刃脚以利于下沉和封底，刃脚收阶成井壁。沉井施工时先制作后下沉，沉井借自身的自重，克服井壁与土层之间的摩阻力不停下沉，直至设计标高，井内余土由设于井旁的提高设备运出，地下水随沉井的不停下沉由设于井内的潜水泵抽出，最终沉井封底。

五、施工工艺及规定

（一）、沉井施工程序

平整场地—测量放线—开挖基坑—砌筑砖基座—沉井制作—沉井下沉—底板混凝土浇筑—封底。

（二）、沉井制作

1、制作次序

场地整平—放线—挖土3~4米深—扎实基底—抄平放线—铺砂垫层—挖刃脚土模砌砖座—绑扎钢筋—支刃脚、井身模板—浇筑混凝土—养护、拆模。

2、地基处理

沉井制作时一般先挖土3~4米深以减少下沉工程量，沉井制作前先对下挖土坑进行处理，以防地基不均匀下沉引起井身裂缝。处理措施采用砂、砂砾、碎石垫层。

3、刃脚支设

沉井制作下部刃脚的支设采用砖垫座。砖垫座砌筑为保证刃脚踏面的宽度和刃脚斜面的推力作用而做成宽高比为1：2台阶，砖座砌筑完毕后内壁用1：3水泥砂浆抹平。砖座顶部支出刃脚100mm以供支模作为平台。

4、井壁制作

（1）制作方式

沉井制作基坑比沉井宽2~3米，四面设排水沟、集水井，使地下水位降至比基坑低约0.5米。由于沉井一般较深，一般采用分节制作，高度控制在3~6米。

（2）模板支设

沉井模板采用钢定型模或木定型模组装而成，每节模板的长度视井的总长而定成3m或4m或5m。采用木模时，外模靠混凝土一侧刨光，涂脱模剂两度，沿模板长度方向间隔1m设一道肋模。模板支设时先支井内模，一次支到比施工缝高约100mm处，竖缝处用方木支撑在内部脚手架上，外模亦一次支到施工缝略高100mm处，竖缝亦用木方或脚手管杆与外脚手架紧固。模板支设时内设钢筋撑子以保证井壁的厚度，设钢筋对拉片以使外模稳固，如为圆形沉井则在外模上增设间距为2m的钢丝绳环箍，以增强模板整体的稳定性。外模中央每隔1.5m水平方向设300mmX600mm浇筑口。模板支设过程中应进行垂直度、平整度校正。

（3）钢筋绑扎

沉井钢筋可用吊车垂直吊装就位，绑扎次序为：先内后外，先由下至上。竖筋可一次绑好，水平筋分段绑扎，与前一节井壁连接处伸出的插筋采用焊接连接，接头错开1/4，以保证钢筋位置和保护层对的，内侧钢筋之间要设φ14mm钢筋铁码，每1.5m不少于一种。钢筋用挂线法控制垂直度，用水平仪控制水平度，用木恰卡尺控制间距，用水泥砂浆垫块控制保护层厚度。

（4）混凝土浇筑

混凝土浇筑采用沿沉井周围搭设脚手架平台，用手推车运送混凝土至浇筑口均匀浇筑。

（5）混凝土浇筑的注意事项为：

a、应将沉井分为若干段同步对称的浇筑，每层厚度300mm，以防止导致地基不均匀下沉或倾斜；

b、混凝土应一次持续浇筑，第一节混凝土强度到达70%后方可浇筑下一节；

c、为使井壁到达抗渗规定，上下水平的接缝应凸形水平缝，水平缝处应冲洗凿毛处理后，再继续下一节浇筑，并在下一节浇筑前先浇一层半石子混凝土。

（三）、沉井下沉

沉井下沉应具有一定强度，第一节混凝土到达设计强度的100%，其上一节到达70%后，方可开始下沉。

1、验算

沉井下沉必须克服井壁与土壤间的摩擦力和地层刃脚反力，下沉前应验算下沉系数，可按下式验算：

K=（Q-B）/[пD（H-2.5）f+R]

公式中：K---下沉系数，一般应不小于1.15

Q---沉井下沉时的自重及外部荷载（KN）；

B---被井壁排除的水重（KN），采用排水法下沉时，B=0；

D---沉井的外径（m）；

H---沉井下沉高度（m）；

R---刃脚反力（KN），如刃脚底面挖空时R=0；

f---井壁与土壤间的摩擦系数（KN/m2）（由下表查得）。当下沉范围内土层由不一样土层构成时，其平均值按下式计算：

f=(f1d1+f2d2+…+fndn)/(d1+d2+…+dn)

f1、f2…fn---各土层与井壁的摩擦系数（KN/m2）（由下表查得）；

d1、d2…dn---各土层的厚度

土的种类

土和井壁间的摩擦力（KN/m2）

土的种类

土和井壁间的摩擦力（KN/m2）

粘性土

24．5~49.0

砂卵石

17.7~29．4

软土

9．8~11.8

砂砾石

14．7~19．6

砂土

11．8~24．5

泥浆

2．9~4．9

2、下沉方案的选择

为了便于施工，碰到障碍物便于处理，下沉过程中便于控制，沉井下沉采用内排水、内开挖施工法。

（1）下沉排水措施

为便于施工，节省成本，采用井内设集水井，在集水井内放置潜水泵排水，潜水泵随沉井的下沉而下降，直至沉井下沉至设计标高。

（2）下沉挖土措施

采用井内人工挖土，由设于井外的提高设备将土从井内转出。人工挖土的措施随土质状况而定，一般措施如下：由沉井中间开始向四面，每层挖土0.4m~0.5m，沿刃脚周围保留0.5m~1.5m土堤，然后再沿沉井壁，每2m~3m一段向刃脚方向逐层全面、对称、均匀的削薄土层。刃脚下方土方边挖边清理。如遇流砂时，可采用先从刃脚挖起，每层300mm，下沉后再挖中间部分；亦可在刃脚跟部满塞稻草，把砂子滤堵在原土层，人工从中间向四面均匀开挖。

（四）、沉井封底

当沉井下沉至距设计标高0.1m时，即停止井内抽水，使沉井依托自重下沉至设计或靠近设计标高，再通过2~3d下沉稳定，或经观测在8h内合计下沉量不不小于10mm时，即可进行封底。

1、封底措施

采用内排水封底（干封底），将新老混凝土接触面冲刷洁净或打毛，对井底进行修整使成锅底形，由刃脚向井中心呈放射形挖排水沟，再在排水沟上填以卵石作成滤水暗沟，根据沉井内径的大小和涌水量设置多种或一种集水坑。在集水坑内设置一种抽水滤鼓（滤鼓顶面比底板顶面低约200mm），将潜水泵置于滤鼓内排水以便铺一层150~500mm厚碎石层，碎石层上浇一层厚约100mm的混凝土垫层，侍垫层到达约50%强度后即可进行钢筋绑扎和混凝土浇筑，混凝土浇筑时由四面向中间推进。侍混凝土到达70%强度后，对集水坑逐一停止抽水，逐一封堵。

2、集水坑封堵措施

将集水井中水抽干后潜水泵停止抽水，迅速倒入干硬性的混凝土进行封堵并捣实，然后上法兰盘用螺栓拧紧(两法兰盘对接面涂防水油膏)，法兰盘上部再浇筑混凝土与底板顶面平齐。

3、抗浮计算

受力分析措施与下沉阶段一致，仅公式改为：

K=[Q+пD（H-2.5）f]/[0.25ρghпD2]

公式中：ρ为1；

g为重力加速度；

h为地下水位与底板底的标高差；

其他符号与下沉阶段的公式一致

（五）、控制与观测

分别在地面和沉井上设正交的四个观测控制点，发现沉井偏斜时，立即进行纠正。

1、监测措施

监测措施

监测项目

阐明

垂球法

井筒倾斜

在井筒内四个对称点悬挂垂球，观测垂球的垂直度纠偏

标尺测定法

水平位移井筒倾斜

在井筒外壁设四条直线绘出高程标识，对准高程标识设置水平标尺，观测时移动水平标尺并使一端与井壁接触，读出水平位移和高程数，由相临两次读数之差即可求出水平位移和井筒倾斜值

水准测量法

井筒倾斜

在井筒四面设置高程标志，通过水准仪观测各点的下沉高度值

2、监测要点

在挖土时，随时观测垂直度，发现倾时，立即进行纠正；

沉井下沉时应加强位置、垂度和标高的观测，每天至少观测两次，并做好记录；

如发现倾斜、位移和扭转应及时纠正，使偏差控制在容许的范围内。

六、质量原则

项次

项目

容许偏差（mm）

1

制

作质

量

平面尺寸：（1）长度、宽度

（2）曲线部分半径

（3）对角线差

±L/200且不小于100±R/200且不小于50B/100

井壁厚度

±15

2

下

沉后质量

刃脚平均高度

±100

底面中心位置偏移：H＞10mH≤10m

≤H/00

刃脚底面高差：L＞10mL≤10m

L/100且不不小于300100

注：L为长度或宽度；R为半径；B为对角线；H为下沉总深度；L为高下两角间距。

七、重要机械设备

1、搅拌机一台

工作容量（L）：250

2、振动器一套

国标

3、切割机一台

2.2KW

4、电焊机一台

BX3—500

5、刨木机一台

1.5KW

6、潜污泵二台

50QW37—15—3.0

7、圈扬机一台

3T

8、水准仪一台

9、经纬仪一台

八、劳动力组织

D=6.0m，H=7.0m圆形泵井劳动力需求量如下：

岩土工程师：1名

工长：1名

电工：1名

钢筋工：1名

辅助员工：20名

九、安全注意事项

1、在沉井中起吊土方时，起重中严禁超载，卷扬机X作人员无法直接观测起重物，要给井下挂钩人员配口哨一只，用哨声传信息。

2、在沉井下沉时，沉井外的一切设备都要拆离井体1m外，防止沉井下沉时侵入界线使平台倒塌和压坏。在井内壁处挂三至四根绳索为安全救护绳。在井内施工必须戴安全帽。在起重和放料斗时起重钩下方不能站人。开挖沉井刃脚，出土要对称，使井体平稳下降。施工人员身体不要贴在井体上，在刃脚施工时不能站在刃脚下施工。刃脚被卡住时用撬杆去撬动，严禁用手伸入刃脚搬移石块。

3、沉井下降时发现大量流砂应进行处理后再施工。偶见流砂和严重涌水，危及人身安全时抓住井内壁绳索自救和呼唤急救。

4、潜水泵应上挂绳索，对潜水泵移位时拖动绳索移位，严禁拉电缆移动潜水泵，以防电缆破裂漏电。

5、沉井口要有防护，