CN109706952A - 大型沉井施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型沉井施工方法，包括沉井前期处理和沉井下沉施工的步骤；其中，沉井前期处理包括测量复核、基坑开挖、沉井刃脚支垫以及沉井结构制作；沉井下沉施工包括挖土下沉、施工缝的设置和处理以及沉井干封底施工。采用以上施工方法能够解决现有的大型沉井施工中存在的在软弱土层的沉井在排水和不排水下沉中防止不均匀下沉、突沉、控制终沉以及减少对地层扰动等施工技术问题，有效防止突沉、超沉、偏沉等问题，实现高质、高效和可控的施工。

Description

大型沉井施工方法

技术领域

本发明涉及一种大型沉井施工方法，属于建筑工程施工技术领域。

背景技术

沉井是井筒状的结构物，它是以井内挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后经过混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其它结构物的基础。一般在施工大型桥墩的基坑，污水泵站，大型设备基础，人防掩蔽所，盾构拼装井，地下车道与车站水工基础施工围护装置时使用。由于沉井顺应了发展中国家对一些基础工程的投资和用料的经济性考虑，及建筑工程设计兼顾基础和防护工程的联合使用的要求,在防护工程的建设也多采用。沉井的尺寸及入土深度都非常灵活，直径有从的砖砌沉井到数百米的超大型沉井；入土的深度也从数米到几十米甚至上百米不等,因而能适用不同的工程需要。施工方法上与大开挖方法相比，建造沉井占地面积小，可大量减少土方量开挖量，避免周围土方的坍塌。

目前,国内外已建成的很多大型沉井工程，积累了一定的技术经验。但由于空气幕构造复杂，高压空气耗量大，下沉速度不易控制，控制纠偏技术难度大等问题，很多技术方案的推广受到限制。年代起,欧洲开始广泛应用向井壁与土之间压入触变泥浆以降低侧摩阻力的方法。随着越江、跨海湾、海峡大桥的兴建,以中国、日本为首大力发展深水基础,沉井施工技术由此得到很大的突破。在南京长江大桥中发展了重型沉井、深水钢筋混凝土沉井和钢沉井。创下建桥史上的多项第一。芜湖长江大桥是国内采用板桁结构建造的一座公、铁两用的桥梁，它的桥台制作也用沉井进行建造。特别是在建筑物稠密的市区，可以保证周围建筑物的安全。沉井施工的另一个优点是内部空间可利用，不需板桩维护，承载力高，随着施工技术和施工机械的不断革新，在国内外都得到了更加广泛的应用和发展并且在软土地下建筑物的深基础施工中占有越来越重要的地位。

近年来,随着社会经济发展和人民生活质量要求越来越高，环境问题日趋引起重视，而其中的城市污水的处理问题在各大城市中日趋紧迫。由于用作污水处理的泵站大多以沉井建造，沉井技术在市政工程中的应用前景更加广阔。因此对沉井工程施工技术研究有着十分重要的意义。

然而，沉井结构的规模大、工区土层复杂，不同土层的物理力学性质差异很大，并且是非均质、各向异性的，存在有许多的不确定性因素，再加上施工环境的复杂性、多样性和变异性，使得沉井的施工具有动态不确定性的特征。软弱土层的沉井在排水和不排水下沉中防止不均匀下沉、突沉、控制终沉以及减少对地层扰动等施工技术问题是现代工程施工的难题。沉井施工工程涉及面广，如土力学、工程地质学、水文地质学、结构力学及监理、监测、施工工法等。这样一些难点无论在理论上或数值模拟上迄今尚无定论可鉴。大多的研究都是根据在施工中某一时刻、某特定部位的测量数据，以施工人员工程经验进行分析、控制，具有较大的盲目性而且受信息反馈时间的制约，有一定的时滞性，这对如何防止突沉、超沉、偏沉存在明显的随机性。因此，这样的施工方法也是不顺应现代施工的高质、高效和可控的潮流的，一旦事故发生造成的损失将是巨大的。因此对沉井施工尤其是大型沉井施工方法进行创新是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型沉井施工方法，以克服现有的大型沉井施工方法存在的不足。

本发明的技术方案如下：

一种大型沉井施工方法，包括沉井前期处理和沉井下沉施工的步骤；其中，沉井前期处理包括测量复核、基坑开挖、沉井刃脚支垫以及沉井结构制作；沉井下沉施工包括挖土下沉、施工缝的设置和处理以及沉井干封底施工。

其中，测量复核包括如下步骤：根据坐标控制点、高程基准点，对沉井外围尺寸进行复核；在沉井四周用红油漆标出控制高度，轴线位置，按平面布置要求设置沉井中心控制点，同时建立平面测量控制系统；根据高程测量基准点，建立高程测量控制系统，将高程测引至沉井附近，并在沉井四周设置4个临时水准点，对沉井下沉的整个过程实施高程控制。

其中，基坑开挖包括如下步骤：基坑按1：1.5坡度大开挖；当土方开挖深度小于6m时，采用挖机开挖；当开挖深度大于6m时，采用2台液压式抓斗机采土，每天土方开挖控制量800～1000m³，边坡和基底预留至少30cm厚度采用人工开挖修整。

其中，沉井刃脚支垫包括如下步骤：沉井垫层采用黄砂基层上加混凝土垫层浇筑法，垫层只做刃脚及底部隔梁，混凝土垫层上刷隔离剂，然后在其上支设刃脚及井壁模板，浇筑混凝土；砂垫层选用中砂，用平板振动器分层振捣洒水，控制干重>1.56t/m³，地基要清理整平，设砂垫层，使顶面保持在同一水平面上，用水准仪控制其标高在10mm偏差以内，并在其空隙中垫砂夯实，用扦插法检测砂垫层的密实度；在砂垫层上铺一层素混凝土垫层。

其中，沉井结构制作时，井壁制作混凝土浇筑共分3个阶段；具体包括如下两个步骤：

S1.模板支架制作：井体墙板、地梁刃脚均采用组合式木模，木模采用厚胶合板，木档采用木方，胶合板制作时要直边统角，并编号，用对拉螺栓固定，支架采用钢管脚手搭设操作平台；脚手架主杆下用木块或槽钢垫实；

S2.混凝土浇筑：浇捣采用泵送，插入式振捣器振捣密实，混凝土浇捣后养护，对混凝土覆盖处浇水湿润。

其中，挖土下沉包括如下步骤：根据雨水泵房沉井尺寸，土方开挖以机械开挖为主，分层开挖，人工开挖辅助；在刃脚处留宽土台，用人工逐层切削；方法是按顺序分层逐渐往刃脚方向削薄土层，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；削土时沿刃脚方向全面、均匀、对称地进行，使其均匀平稳下沉；刃脚下部土方边挖边清理；在离设计深度20～30cm处停止取土，依自重下沉至设计标高。

其中，施工缝的设置和处理是这样的：施工缝采用凸缝形式；井壁竖向二次钢筋绑扎及混凝土浇捣前，将新老结合施工缝处表面浮浆层全部凿除，露出骨料，清除干净，湿润后进行浇捣混凝土。

其中，沉井干封底施工包括如下步骤：封底前先干抛毛石，并设置滤水井，使井底的水都汇集到滤水井中，用水泵排出；底板施工前将刃脚混凝土凿毛处洗刷干净，然后对称均匀浇一层素混凝土垫层，强度达到30％以后，绑扎底板钢筋，浇筑混凝土底板；浇筑在整个沉井面积上分层由四周向中央进行，并捣固密实；混凝土养护14d期间，在封底的集水井中不间断的抽水，使底板混凝土不承受水压，底板混凝土经养护达到设计强度及泵房全部结构全部完工，顶板浇注完工后封闭集水井。

本发明的有益效果：采用以上施工方法能够解决现有的大型沉井施工中存在的在软弱土层的沉井在排水和不排水下沉中防止不均匀下沉、突沉、控制终沉以及减少对地层扰动等施工技术问题，有效防止突沉、超沉、偏沉等问题，实现高质、高效和可控的施工。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的任何限制。

本发明的大型沉井施工的具体实施步骤和技术要点包括如下几个方面：

1.沉井前期处理

1.1.测量复核

根据坐标控制点、高程基准点，对沉井外围尺寸进行复核，复核的主要内容有：沉井高度、轴线位置等尺寸偏差情况，并填写放样单报监理复核。

在沉井四周用红油漆标出控制高度，轴线位置，按平面布置要求设置沉井中心控制点，同时建立平面测量控制系统。

根据高程测量基准点，建立高程测量控制系统，将高程测引至沉井附近，并在沉井四周设置4个临时水准点，对沉井下沉的整个过程实施高程控制。

1.2.基坑开挖

基坑按1：1.5坡度大开挖，自然地面标高5.00m，沉井起沉标高为2.2m，挖深为2.80m。

当土方开挖深度小于6m时，采用EX-300挖机开挖；当开挖深度大于6m时，采用2台1m³液压式抓斗机采土，每天土方开挖控制量800～1000m³，边坡和基底预留30cm厚度采用人工开挖修整。

1.3.沉井刃脚支垫

放坡至标高3.50m处施工刃脚支垫。

(1)刃脚支设模板：本沉井垫层采用黄砂基层上加混凝土垫层浇筑法，垫层只做刃脚及底部隔梁，混凝土垫层上刷隔离剂，然后在其上支设刃脚及井壁模板，浇筑混凝土。

(2)砂垫层：根据沉井重量和垫层底部地基上的承载力计算，厚度取1m，宽度为5.0m，选用中砂，用平板振动器分层振捣(层厚小于30cm)并洒水，控制干重>1.56t/m3，地基要清理整平，设砂垫层，使顶面保持在同一水平面上，用水准仪控制其标高在10mm偏差以内，并在其空隙中垫砂夯实，用扦插法检测砂垫层的密实度

(3)混凝土垫层：为了扩大沉井刃脚的支承面积，减小对砂垫层的压应力和省去刃脚下的底模及立模的需要，在砂垫层上铺一层C15素混凝土垫层，厚度10cm，宽度取井壁外28cm。

1.4.沉井结构

待砂垫层上的混凝土垫层达到70％强度后，根据其内部结构特征，本工程井壁制作混凝土浇筑共分3个阶段。第一次制作长度为5m，第二次制作长度为7.43m，第三次制作长度为1.8m。

(1)模板支架制作：井体墙板、地梁刃脚均采用组合式木模，组合式木模的配制均按施工图及分节高度制作，木模采用15mm厚胶合板，木档采用35×85木方，15mm厚胶合板制作时要直边统角，保证模板组合拼装平直严密，并编号，对拉螺栓固定，支架采用Φ48钢管脚手搭设操作平台。内外脚手架搭设按操作规程施工，多设斜撑和剪刀撑，外脚手杆间距为0.9×1.5m，横杆每层控制在1.8m，内外脚手距井壁30cm，脚手架主杆下用木块或槽钢垫实，以免脚手下沉。

(2)混凝土浇筑

浇捣采用泵送，插入式振捣器振捣密实，振捣过程中快插慢提，移动间距不大于振捣棒作用半径的1.5倍。不得碰挂模板、钢筋、预埋件。同时还要控制好每层初凝时间，每层混凝土浇捣控制在0.5m以内，并均匀向上，严禁单侧浇捣，混凝土浇捣后的12小时以内及时养护，对混凝土覆盖处浇水湿润。

两节混凝土的接缝处设凸型水平缝，接缝处经凿毛及冲洗处理，先铺上与混凝土内砂浆成分相同的砂浆一层后再浇新混凝土。

2.沉井下沉施工

2.1.挖土下沉

根据雨水泵房沉井尺寸，土方开挖以机械开挖为主，分层开挖，人工开挖辅助。每层挖土厚度为0.5m左右，在刃脚处留1.2～1.5m宽土台，用人工逐层切削，每人负责2～3m一段。方法是按顺序分层逐渐往刃脚方向削薄土层，每次削5～15cm，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。削土时沿刃脚方向全面、均匀、对称地进行，使其均匀平稳下沉。刃脚下部土方必须边挖边清理。

在沉井开始下沉和将沉至设计标高时，周边开挖深度小于30cm，避免发生倾斜。尤其在开始下沉到最后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20～30cm左右停止取土，依自重下沉至设计标高。沉井内挖出的土方，用自卸汽车运到弃土场堆放。

2.2.施工缝设置和处理

根据以往的工程实践发现，施工缝是沉井渗漏的薄弱环节。施工缝采用凸缝形式。井壁竖向二次钢筋绑扎及混凝土浇捣前，必须将新老结合施工缝处表面浮浆层全部凿除，露出骨料，清除干净，湿润后才能进行浇捣混凝土。

2.3.沉井干封底施工

当沉井沉到设计标高，经2～3d下沉已稳定，或经观测，在8h内累计下沉量不大于10mm时，即可进行沉井封底。封底前先干抛毛石，并根据设计要求设置滤水井，使井底的水都汇集到滤水井中，用水泵排出，从而使地下水位保持低于底板以下100cm。底板施工前将刃脚混凝土凿毛处洗刷干净，然后对称均匀浇一层100厚素混凝土垫层，强度达到30％以后，绑扎底板钢筋，浇筑混凝土底板。浇筑要在整个沉井面积上分层由四周向中央进行，每层厚25cm，并捣固密实。混凝土养护14d期间，在封底的集水井中要不间断的抽水，使底板混凝土不承受水压，底板混凝土经养护达到设计强度及泵房全部结构全部完工，顶板浇注完工后才能封闭集水井。

3.沉井施工难点和要求

3.1.下沉倾斜、位移、扭转的预防及纠正

沉井下沉过程中，有时会出现倾斜、位移、扭转等情况，要加强观测，及时发现并采取措施。对倾斜产生的可能原因有：①刃脚下土质软硬不均；②拆刃脚垫架，不对称进行，或未及时回填；③挖土不均，使井内土面高低悬殊；④刃脚下掏空许多，使沉井不均匀突然下沉；⑤排水下沉，井内一侧出现流砂现象；⑥局部被大石块或埋设搁住；井外弃土或施工荷载对沉井一侧产生偏压。

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，并可在较低的一侧适当回填砂石，必要时配以井外射水，或局部偏心压载，都可使偏斜得到纠正。待其正位后，再均匀分层取土下沉，如倾斜是由于被大石块或破损污物搁住，可用风镐破碎成小块取出。

位移产生原因大多由于倾斜导致，因此预防位移必须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，纠正倾斜后，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，倾斜方法先纠正位移，然后纠正倾斜，使偏差在允许范围以内。

3.2.防止沉井超沉措施：①当沉井沉至接近设计标高时，注意观测，减慢挖土速度；②可采取增大井壁摩阻力措施来控制；③排水下沉，可采取沉井刃脚下填混凝土预制板块和抛掷石块的措施，以达到控制沉井超沉。

3.3.沉井封底防止渗漏措施：①做好底板与井壁的接缝处理；②在浇筑底板混凝土时一次浇筑完成，不得中途停顿，避免产生施工缝而造成渗漏现象；③底板与井壁结合处必要时采取止水措施；④沉井能满足抗浮要求时方可封填积水井，封填先清洗干净，封填必须密实防止渗漏。

3.4.防止流砂、涌土、基底隆起措施：①对沉井底部进行压密注浆：注浆孔间距为1.0m，呈梅花型布置。以强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥搅拌均匀的纯水泥悬浊液，并掺入2.0％的水玻璃促凝剂。②在基坑开挖前采用深井降水，使水位降至坑底面以下0.5～1.0m。③下沉过程中沉井内的排水沟和集水井随着沉井的下沉而随时施做，并确保集水井始终处于最低水位。④在沉井封底前先进行土形整理，使之成锅底形，在中部设一钢制集水井，使井底的水都汇集到集水井中，用水泵排出。

4.沉井监测保护措施

沉井在施工中必须进行全过程的沉降及扭转监测。监测工作十分重要，为准确地指导沉井下沉施工，确保施工顺利安全进行，本工程监测措施如下：

井体下沉开挖施工过程中，在基坑周围，以沉井相互垂直两纵横轴线与井壁的交点位置处设置四个监测站。在沉井拆模后，在四个仪器监测站相对应处井壁上弹出纵横间距为200mm的墨线，引测四个基准点至基坑外侧并加以保护，测量、记录下沉前的各项原始数值，作为今后监测中的原始依据，以便进行分析对比。从而控制沉井下沉过程中井体的偏斜、扭转量。

各监测站架设一台经纬仪，以井壁上的纵向墨线为依据进行井体扭转量的监测，通过测量取得的数据与原始值进行对比分析，以控制井壁的扭转量。一旦扭转量临近或超过规范允许值，就必须立即采取相应的措施。

实施例1：

上海虹桥商务区东片区综合改造市政配套工程雨水泵站主要为一座雨水泵房沉井。沉井尺寸为30.6m×28.3m，高14.23m，采用3次现场制作，2次下沉，第一次制作高度为5m，第一次下沉深度为5m；第二次制作高度为7.43m，再进行第二次下沉，深度为6.73m；第三次制作盖板为1.8m。沉井下沉采用排水下沉，取土采用液压式抓斗机，沉井下沉到位后采用干封底。

以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大型沉井施工方法，其特征在于：包括沉井前期处理和沉井下沉施工的步骤；其中，沉井前期处理包括测量复核、基坑开挖、沉井刃脚支垫以及沉井结构制作；沉井下沉施工包括挖土下沉、施工缝的设置和处理以及沉井干封底施工。

2.根据权利要求1所述的大型沉井施工方法，其特征在于所述测量复核包括如下步骤：根据坐标控制点、高程基准点，对沉井外围尺寸进行复核；在沉井四周用红油漆标出控制高度，轴线位置，按平面布置要求设置沉井中心控制点，同时建立平面测量控制系统；根据高程测量基准点，建立高程测量控制系统，将高程测引至沉井附近，并在沉井四周设置4个临时水准点，对沉井下沉的整个过程实施高程控制。

3.根据权利要求1所述的大型沉井施工方法，其特征在于所述基坑开挖包括如下步骤：基坑按1：1.5坡度大开挖；当土方开挖深度小于6m时，采用挖机开挖；当开挖深度大于6m时，采用2台液压式抓斗机采土，每天土方开挖控制量800～1000m³，边坡和基底预留至少30cm厚度采用人工开挖修整。

4.根据权利要求1所述的大型沉井施工方法，其特征在于所述沉井刃脚支垫包括如下步骤：沉井垫层采用黄砂基层上加混凝土垫层浇筑法，垫层只做刃脚及底部隔梁，混凝土垫层上刷隔离剂，然后在其上支设刃脚及井壁模板，浇筑混凝土；砂垫层选用中砂，用平板振动器分层振捣洒水，控制干重>1.56t/m3，地基要清理整平，设砂垫层，使顶面保持在同一水平面上，用水准仪控制其标高在10mm偏差以内，并在其空隙中垫砂夯实，用扦插法检测砂垫层的密实度；在砂垫层上铺一层素混凝土垫层。

5.根据权利要求1所述的大型沉井施工方法，其特征在于所述沉井结构制作时，井壁制作混凝土浇筑共分3个阶段；具体包括如下两个步骤：

S1.模板支架制作：井体墙板、地梁刃脚均采用组合式木模，木模采用厚胶合板，木档采用木方，胶合板制作时要直边统角，并编号，用对拉螺栓固定，支架采用钢管脚手搭设操作平台；脚手架主杆下用木块或槽钢垫实；

S2.混凝土浇筑：浇捣采用泵送，插入式振捣器振捣密实，混凝土浇捣后养护，对混凝土覆盖处浇水湿润。

6.根据权利要求1所述的大型沉井施工方法，其特征在于所述挖土下沉包括如下步骤：根据雨水泵房沉井尺寸，土方开挖以机械开挖为主，分层开挖，人工开挖辅助；在刃脚处留宽土台，用人工逐层切削；方法是按顺序分层逐渐往刃脚方向削薄土层，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；削土时沿刃脚方向全面、均匀、对称地进行，使其均匀平稳下沉；刃脚下部土方边挖边清理；在离设计深度20～30cm处停止取土，依自重下沉至设计标高。

7.根据权利要求1所述的大型沉井施工方法，其特征在于所述施工缝的设置和处理是这样的：施工缝采用凸缝形式；井壁竖向二次钢筋绑扎及混凝土浇捣前，将新老结合施工缝处表面浮浆层全部凿除，露出骨料，清除干净，湿润后进行浇捣混凝土。

8.根据权利要求1所述的大型沉井施工方法，其特征在于所述沉井干封底施工包括如下步骤：封底前先干抛毛石，并设置滤水井，使井底的水都汇集到滤水井中，用水泵排出；底板施工前将刃脚混凝土凿毛处洗刷干净，然后对称均匀浇一层素混凝土垫层，强度达到30％以后，绑扎底板钢筋，浇筑混凝土底板；浇筑在整个沉井面积上分层由四周向中央进行，并捣固密实；混凝土养护14d期间，在封底的集水井中不间断的抽水，使底板混凝土不承受水压，底板混凝土经养护达到设计强度及泵房全部结构全部完工，顶板浇注完工后封闭集水井。