地下工程-沉井法4ppt課件

1、地地 下下 工工 程程葉葉 洲洲 元元yezhouyuan12613975249589湖南科技大學(xué)能源與安全工程學(xué)院湖南科技大學(xué)能源與安全工程學(xué)院2019 年 9月 地下建筑地下建筑 地下鐵道地下鐵道 公路隧道公路隧道 水底隧道水底隧道 地下電站地下電站 地下貯庫地下貯庫 城市地下綜合城市地下綜合體體 地下工程施工方法地下工程施工方法 盾構(gòu)法盾構(gòu)法 沉井法沉井法 沉管法沉管法 頂管法頂管法 礦山法礦山法 地下連續(xù)墻法地下連續(xù)墻法前前 言言地地 下下 工工 程程1 1、定義、定義(what)(what)：什么是沉井法：什么是沉井法1-1-掘進井架，掘進井架，2-2-套井，套井，3-3-觸變泥觸變

2、泥漿，漿，4-4-井壁，井壁，5-5-壓風(fēng)管，壓風(fēng)管，6-6-壓氣壓氣排液器，排液器，7-7-吸泥管，吸泥管，8-8-排渣管，排渣管，9-9-高壓水管，高壓水管，10-10-水槍水槍 在地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計在地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計位置上，預(yù)制好底部帶有位置上，預(yù)制好底部帶有刃腳的一段井筒，在其掩刃腳的一段井筒，在其掩護下，隨著井內(nèi)的掘進和護下，隨著井內(nèi)的掘進和出土，井筒靠其自重克服出土，井筒靠其自重克服井壁與土層間的側(cè)面團力井壁與土層間的側(cè)面團力和刃腳下的正面阻力而下和刃腳下的正面阻力而下沉，隨著井簡下沉，在地沉，隨著井簡下沉，在地面相應(yīng)接長并壁，如此周面相應(yīng)接長并壁，如此周而復(fù)始，直至沉至設(shè)計深而復(fù)始

3、，直至沉至設(shè)計深度的一種超前支護施工方度的一種超前支護施工方法。法。沉井外形沉井外形 圓形、矩形、橢圓形、雙環(huán)及多環(huán)形等特殊形狀。圓形、矩形、橢圓形、雙環(huán)及多環(huán)形等特殊形狀。沉井基本結(jié)構(gòu)沉井基本結(jié)構(gòu) 主要是由沉井刃腳、井壁和套井所組成。主要是由沉井刃腳、井壁和套井所組成。沉井刃腳沉井刃腳 刃腳位于沉井最下端呈刀刃狀的部分，其作用是刃腳位于沉井最下端呈刀刃狀的部分，其作用是利用其刃尖切入土層，破壞原狀土的結(jié)構(gòu)，減少下沉利用其刃尖切入土層，破壞原狀土的結(jié)構(gòu)，減少下沉的正面阻力，阻止壁后流砂或泥漿涌入并簡內(nèi)，刃腳的正面阻力，阻止壁后流砂或泥漿涌入并簡內(nèi)，刃腳的外壁尺寸略大于井簡的外徑，沉井下沉?xí)r，在

4、井周的外壁尺寸略大于井簡的外徑，沉井下沉?xí)r，在井周四周形成一個環(huán)形的空間，以放置減少側(cè)面摩擦阻力四周形成一個環(huán)形的空間，以放置減少側(cè)面摩擦阻力的介質(zhì)，這個環(huán)形空間的寬度的介質(zhì)，這個環(huán)形空間的寬度( (通稱為通稱為“刃腳臺階刃腳臺階”) )，是根據(jù)沉井所穿過的主要土層性質(zhì)及采用的減阻介質(zhì)是根據(jù)沉井所穿過的主要土層性質(zhì)及采用的減阻介質(zhì)而定。若采用觸變泥漿減阻時，臺階寬度取而定。若采用觸變泥漿減阻時，臺階寬度取0.150.15一一0.30.3。若用壁后壓氣減阻時，臺階寬度一般取若用壁后壓氣減阻時，臺階寬度一般取0.1m0.1m左右。左右。 采用鋼筋混凝采用鋼筋混凝土外加鋼靴的形式，土外加鋼靴的形式，

5、多用在沉井較深、多用在沉井較深、斷面較小、地質(zhì)條斷面較小、地質(zhì)條件復(fù)雜和有礫石層件復(fù)雜和有礫石層的情況下，它的特的情況下，它的特點是強度大，切入點是強度大，切入能力強。能力強。 在軟地層，尤在軟地層，尤其是特大型沉井，其是特大型沉井，一般均采用鋼筋混一般均采用鋼筋混凝土的刃趴并且還凝土的刃趴并且還帶一定踏面形式的帶一定踏面形式的刃腳。刃腳。沉井井壁沉井井壁 井壁的厚度，應(yīng)根據(jù)下沉能力與強度計算確定。井壁的厚度，應(yīng)根據(jù)下沉能力與強度計算確定。沉井井壁不同于一般井壁，它經(jīng)常處于移動下沉狀態(tài)，沉井井壁不同于一般井壁，它經(jīng)常處于移動下沉狀態(tài)，受力復(fù)雜，因而，混凝土強度等級一般在受力復(fù)雜，因而，混凝土強

6、度等級一般在C30C30左右，左右，配筋量應(yīng)按設(shè)計計算和按構(gòu)造要求配置環(huán)、豎向與聯(lián)配筋量應(yīng)按設(shè)計計算和按構(gòu)造要求配置環(huán)、豎向與聯(lián)系鋼筋。較深的沉井為了能及時地向壁后輸送觸變泥系鋼筋。較深的沉井為了能及時地向壁后輸送觸變泥漿，減少側(cè)面摩擦阻力，通常在井壁內(nèi)預(yù)埋豎直與環(huán)漿，減少側(cè)面摩擦阻力，通常在井壁內(nèi)預(yù)埋豎直與環(huán)形的輸漿管路。形的輸漿管路。套井套井 套井是指在沉井施工之前，為了定位、組裝沉井刃套井是指在沉井施工之前，為了定位、組裝沉井刃腳與井壁，預(yù)先要在沉井位置，做好一個有一定深度、腳與井壁，預(yù)先要在沉井位置，做好一個有一定深度、直徑略大于沉井的井筒。套井可以防止沉井在下沉過程直徑略大于沉井的井

7、筒。套井可以防止沉井在下沉過程中可能導(dǎo)致井壁周圍的土層坍塌，保護沉井四周建筑物中可能導(dǎo)致井壁周圍的土層坍塌，保護沉井四周建筑物地基基礎(chǔ)的完整，并利用套井作為安設(shè)沉井的導(dǎo)向設(shè)施、地基基礎(chǔ)的完整，并利用套井作為安設(shè)沉井的導(dǎo)向設(shè)施、糾偏和加大下沉力的支承基礎(chǔ)。套井與沉井間的環(huán)形空糾偏和加大下沉力的支承基礎(chǔ)。套井與沉井間的環(huán)形空間，可以作為觸變泥漿的儲漿檔或壁后壓氣的出氣口。間，可以作為觸變泥漿的儲漿檔或壁后壓氣的出氣口。為此，要求套井要有一定的深度、強度和穩(wěn)定性。為此，要求套井要有一定的深度、強度和穩(wěn)定性。2 2、特點、特點whywhy）占地面積??；占地面積?。徊僮骱唵?；操作簡單；施工安全；施工安全

8、；機械化程度高。機械化程度高。3 3、設(shè)計與施工、設(shè)計與施工howhow）沉井設(shè)計與施工沉井設(shè)計與施工沉井施工沉井施工沉井設(shè)計沉井設(shè)計試算法試算法施工準備施工準備 開挖掘進開挖掘進 井壁構(gòu)井壁構(gòu)筑筑沉井封底沉井封底 套井施工套井施工刃腳構(gòu)建刃腳構(gòu)建 沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(1)(1)沉井載荷的確定；沉井載荷的確定；試算法試算法1 1按重液理論計算地壓按重液理論計算地壓式中式中 p計算深度處作用于井壁的壓強，計算深度處作用于井壁的壓強，MPa； H計算點距重液面的深度，計算點距重液面的深度，m； 為土、水混合重液的重度，通常取為土、水混合重液的重度，通常取=13kNm。P=HP=H2 2不均勻

9、地壓計算不均勻地壓計算 沉井在施工過程中，由于涌砂冒泥，壁后及地表沉井在施工過程中，由于涌砂冒泥，壁后及地表塌陷，井筒偏斜以及地下水流等因素的影響，使井壁塌陷，井筒偏斜以及地下水流等因素的影響，使井壁受到不均勻側(cè)向壓力。其分布規(guī)律通常以正弦函數(shù)來受到不均勻側(cè)向壓力。其分布規(guī)律通常以正弦函數(shù)來表示。表示。(2)(2)沉井井壁厚度計算沉井井壁厚度計算1 1按厚壁圓筒強度要求計算壁厚按厚壁圓筒強度要求計算壁厚素混凝土井壁：素混凝土井壁：鋼筋混凝土井壁鋼筋混凝土井壁式中, E井壁厚度，m； r沉井的內(nèi)半徑，m； fc混凝土抗壓強度，kPa； P井壁計算截面處的側(cè)壓力 fz鋼筋混凝土材料抗壓強度,kPa

10、。fc混凝土抗壓強度設(shè)計值，kPa；fy鋼筋抗拉強度設(shè)計值，kPa；k鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強度系數(shù)。2 2按重率計算井壁厚度按重率計算井壁厚度沉井自重與沉井井簡外側(cè)面積的比值，稱為重率。沉井自重與沉井井簡外側(cè)面積的比值，稱為重率。式中 W沉井下沉沒計所需要的重率，20-26kPa； GB沉井井壁總重量，kN； D、d井壁外、內(nèi)直徑，m； H沉井深度，m； 鋼筋強凝土的重率，一般y25kNm2。3 3按下沉條件驗算井厚度按下沉條件驗算井厚度式中， G沉井總重量，它是刃腳、井壁和觸變泥漿重 量之和，kN； K沉井下沉系數(shù)，一般取115； T沉井結(jié)構(gòu)受到的阻力，T=T1+T2+NT1刃腳外側(cè)阻力，KN；T

11、2井壁外側(cè)阻力，kN；N沉井正面阻力，kN。G K T(3)(3)沉井井壁配筋沉井井壁配筋1 1沉井井壁環(huán)向配筋沉井井壁環(huán)向配筋2 2沉井井壁豎向配筋沉井井壁豎向配筋 按內(nèi)力計算公式配筋，由于沉井井壁要求有足夠下按內(nèi)力計算公式配筋，由于沉井井壁要求有足夠下沉力，井壁厚度一般較大，混凝土井壁一般能滿足強度沉力，井壁厚度一般較大，混凝土井壁一般能滿足強度要求，但考慮到不均勻側(cè)壓、土層的塌陷、壁后注漿以要求，但考慮到不均勻側(cè)壓、土層的塌陷、壁后注漿以及大面積大垮度的受力狀況等較復(fù)雜的情況下，計算結(jié)及大面積大垮度的受力狀況等較復(fù)雜的情況下，計算結(jié)果必須滿足最小配筋率構(gòu)造上的要求。果必須滿足最小配筋率構(gòu)

12、造上的要求。 要求雙面勻布于全段，鋼筋一般取直徑為要求雙面勻布于全段，鋼筋一般取直徑為14-14-18mm18mm，間距為，間距為300-330mm300-330mm。（4刃腳的計算和配筋刃腳的計算和配筋1 1刃腳內(nèi)力計算刃腳內(nèi)力計算 為保證沉井施工順利，可按以下兩種最不利的情況為保證沉井施工順利，可按以下兩種最不利的情況計算刃腳的內(nèi)力計算刃腳的內(nèi)力 沉井下沉至設(shè)計標高，刃腳切入土層而井內(nèi)又排干了淹水，在側(cè)壓力P和水平椎力PH的作用下，此時按拉麥公式計算刃腳內(nèi)產(chǎn)生環(huán)向應(yīng)力為：當(dāng)沉井通過含水砂層，出現(xiàn)涌砂事故時，刃腳外側(cè)所受地壓短時間為零，即P=0，僅承受水平推力PH的作用，此時刃腳內(nèi)產(chǎn)生環(huán)向拉

13、應(yīng)力：2 2刃腳配筋計算刃腳配筋計算1)環(huán)向鋼筋假設(shè) 和 時，可按構(gòu)造要求配置環(huán)向鋼筋。假設(shè) 時，可按構(gòu)造要求配置環(huán)向鋼筋：假設(shè) 時，可按下式計算抗拉鋼筋截面積：2)2)刃腳豎向鋼筋的計算刃腳豎向鋼筋的計算 按懸壁梁最不利的條件情況，選取由刃腳豎向反力N產(chǎn)生的彎短M1與水平推力PH，產(chǎn)生的彎矩M2的聯(lián)合作用和由水、土側(cè)壓力產(chǎn)生的彎短M3單獨作用較大值進行配筋。沉井施工沉井施工施工準備施工準備 沉井下沉沉井下沉 井壁構(gòu)井壁構(gòu)筑筑沉井封底沉井封底 套井施工套井施工刃腳構(gòu)建刃腳構(gòu)建 質(zhì)量控制質(zhì)量控制施工準備施工準備 材料要求材料要求主要機具設(shè)備主要機具設(shè)備 作業(yè)條件作業(yè)條件水泥：用32.5號或42.

14、5號普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽 水泥，新鮮無結(jié)塊。材料要求材料要求砂 ： 粗砂或中砂，含泥量不大于5%。 石子：卵石或碎石，粒徑5-40mm，含泥量不大于2%。 大卵石或塊石：質(zhì)地堅硬、無風(fēng)化剝落和裂紋， 表面無泥污或水銹等污染。 外加劑：其品種及摻量，應(yīng)根據(jù)施工需要，通過試驗確 定。 沉井制作設(shè)備包括： 模板、鋼筋加工常規(guī)機具設(shè)備、混凝土攪拌機、自卸汽車、動翻斗車、手推車、插入式振動器等。主要機具設(shè)備主要機具設(shè)備沉井下沉設(shè)備包括： 15t履帶式起重機、QT6-15型塔式起重機、出土吊斗等。 排水設(shè)備包括： 離心式水泵或潛水電泵。 1.地質(zhì)條件的了解 在沉井施工地點進行了鉆探，了解該處地質(zhì)(包

15、括土的力學(xué)指標、休止角、摩擦剩地質(zhì)構(gòu)造、分層情況等)和地下水文情況以及地下埋設(shè)物、障礙物情況，繪制了地質(zhì)剖面圖。 2.施工方案的編制 已根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點、地質(zhì)水文情況、施工設(shè)備條件及技術(shù)的可能性，編制了切實可行的施工方案或施工技術(shù)措施，以指導(dǎo)施工。 作業(yè)條件作業(yè)條件3.施工拆遷 場地已平整至要求標高，按施工要求拆遷沉井周圍土的破壞棱體范圍內(nèi)的地上障物，如房屋、電線桿、樹木及其他設(shè)施，清除地面下3m以內(nèi)的地下埋設(shè)物，如上下水管道、電纜線路及基礎(chǔ)、設(shè)備基礎(chǔ)和人防設(shè)施等。4.總體布置 按施工總平面圖布置，修建臨時設(shè)施，修筑道路、排水溝、截水溝，安裝臨時水、電路，安設(shè)施工設(shè)備，并試水、試電、試運轉(zhuǎn)。

16、5.測控布局 按設(shè)計總圖和沉井平面布置要求，已設(shè)置測量控制網(wǎng)和水準基點，進行定位放線，定出沉井中心軸線和基坑輪廓線，作為沉井制作和下沉定位的依據(jù)。在原有建筑物附近下的沉井，應(yīng)在原建筑物上設(shè)置沉降觀測點，定期進行沉降觀測。 6.技術(shù)交底 進行技術(shù)交底，使施工人員了解并熟悉工程結(jié)構(gòu)、地質(zhì)和水文情況，了解沉井制和下沉施工技術(shù)要點、安全措施、質(zhì)量要求及可能遇到的各種問題和處理方法。套井施工套井施工1基礎(chǔ)處理在軟弱地基上制作套井，用打夯機夯實使之密實。 當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)較好，可以不用夯實。整平。2開挖套井井筒板樁法基坑法 1基礎(chǔ)處理 在軟弱地基上制作沉井，應(yīng)采用砂、砂礫或碎石墊層，用打夯機夯實使之密實，厚度根

17、據(jù)計算確定。當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)較好，可以不用夯實。整平。2井筒制作 宜分節(jié)一次制作完成，然后下沉；對于較高(12m)的沉井應(yīng)先挖下3-4m土方，在基坑中一次制作下沉，或分節(jié)制作，分節(jié)下沉。以減少沉井自由高度，增加穩(wěn)定，防止傾斜。 沉沉井井制制作作刃腳構(gòu)建刃腳構(gòu)建 沉井制作宜采取在刃腳下設(shè)置木墊架或磚墊座的方法，其大小和間距應(yīng)根據(jù)荷重計算確定。安設(shè)鋼刃腳時，要確保外側(cè)與地面垂直，以使其起切土導(dǎo)向作用。 沉井刃腳支設(shè) 方法： (a)墊架法；(b)磚墊座法；(c)土胎模法1制作方法 沉井刃腳及筒身混凝土的澆筑應(yīng)分段、對稱均勻、連續(xù)進行，防止發(fā)生傾斜、裂縫。第一節(jié)混凝土強度等級達到70%，可澆筑第二節(jié)。 2制

18、作要求 澆筑的筒身混凝土應(yīng)密實，外表面平整、光滑。有防水要求時，支設(shè)模板穿墻螺栓應(yīng)在其中間加焊止水環(huán)；筒身在水平施工縫處，應(yīng)設(shè)凸縫或設(shè)鋼板止水帶，突出筒壁面部分，應(yīng)在拆模后鏟平，以利防水和下沉。 井壁構(gòu)井壁構(gòu)筑筑沉沉井井制制作作沉井下沉沉井下沉 1下沉前檢查 下沉前應(yīng)進行井壁外觀檢查，檢查混凝土強度及抗?jié)B等級，并根據(jù)勘測報告計算極限承載力，計算沉井下沉的分段摩阻力及分段的下沉系數(shù)(1.15-1.25)，作為判斷每個階段可否下沉，是否會出現(xiàn)突沉以及確定下沉方法及采取措施的依據(jù)。 2下沉方法下沉前應(yīng)分區(qū)、分組、依次、對稱、同步的抽除(撤除)刃腳下的墊架(磚墊座)，每抽出一根墊木后，在刃腳下立即用砂

19、、卵石或礫砂填實。 小型沉井挖土多采用人工或風(fēng)動工具；大型沉井，在井內(nèi)用小型反鏟挖土機挖掘。挖土須分層、對稱、均勻地進行，一般在沉井中間開始逐漸挖向四周，每層高0.4-0.5m，沿刃腳周圍保留0.5-1.5m寬的土堤，然后沿沉井壁，每2-3m一段，向刃腳方向逐層、全面、對稱、均勻的削薄土層，每次削5-10cm，當(dāng)土層經(jīng)不住刃腳的擠壓而破裂，沉井便在自重作用下，均勻垂直擠土下沉，使不產(chǎn)生過大傾斜。各倉土面高差應(yīng)在50cm以內(nèi)。 在挖土下沉過程中，工長、測量人員、挖土工人應(yīng)在挖土下沉過程中，工長、測量人員、挖土工人應(yīng)密切配合，加強觀測及時糾偏。密切配合，加強觀測及時糾偏。 沉井下沉多采用排水挖土下

20、沉方法，常用方法是：設(shè)明溝、集水井排水。 在沉井內(nèi)離刃腳2-3m挖一圈排水明溝，設(shè)3-4個集水井，深度比開挖面底部低1.0-1.5m，溝和井底深度，隨沉井挖土而不斷加深。 在井壁上設(shè)離心式水泵或井內(nèi)設(shè)潛水泵，將地下水排出井外。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差，有流砂發(fā)生的情況，可在沉井外部周圍設(shè)置輕型井點、噴射井點或深井井點，以降低地下水位，或采用井點與明溝排水相結(jié)合的方法，進行降水。 3沉井下沉觀測 沉井下沉觀測方法為在沉井外壁周圍彈水平線，井筒內(nèi)按4等分或8等分標出垂直軸線，各吊線墜一個，對準下部標板來控制。觀測時間，每班三次，接近設(shè)計標高時兩小時一次。隨時掌握分析觀測數(shù)值，當(dāng)線墜偏離垂線達50mm或標高差

21、在100mm，應(yīng)立即糾正。挖土過程中可通過調(diào)整挖土標高或勞動力進行糾偏。 4下沉減阻 筒壁下沉?xí)r，外側(cè)土?xí)S之出現(xiàn)下陷，與筒壁間形成空隙，一般于筒壁外側(cè)填砂，保持不少于30cm高，隨下沉灌入空隙中，以減小下沉的摩阻力，并減少了以后的清淤工作。雨季應(yīng)在填砂外側(cè)作擋水堤，以阻止雨水進入空隙，防止出現(xiàn)筒壁外的摩阻力接近于零，而導(dǎo)致沉井突沉或傾斜的現(xiàn)象。 5下沉控制 （防止超沉沉井下沉接近設(shè)計標高時，應(yīng)加強觀測，防止超沉?？稍谒慕腔蛲脖谂c底梁交接處砌磚墩或墊枕木垛，使沉井壓在磚墩或枕木垛上，使沉井穩(wěn)定。 （糾偏沉井下沉出現(xiàn)傾斜，如調(diào)整挖土仍不能糾正時，可加荷調(diào)整，但若一側(cè)已到設(shè)計標高，則宜采用旋轉(zhuǎn)噴射高壓水的方法，協(xié)助下沉進行糾偏。 10沉井挖出土方后用吊斗吊出，運往棄土場，不得堆在沉井附近。 1封底判別 沉井下沉至設(shè)計標高，再經(jīng)2-3d下沉穩(wěn)