沉井基礎施工.ppt

1、課題3沉井基拙,當水文地質條件不宜于修筑天然地基和樁基時，可采用沉井基礎。沉井是地下工程和深基礎施工的一種方法。 其特點是:先在地面以上制作，形成一個井狀結構，然后在沉井內不斷挖土，借助井體自重而面滲下沉，下沉到預定標高后，進行封底，澆筑井內底板、內隔墻、頂蓋板等構件，最終形成建筑物基礎.,沉井廣泛應用于橋梁墩臺基礎、取水構筑物、污水泵站、大型設備基礎、人防掩蔽 所、盾構拼裝井、頂管拼裝井、地下車道與車站、地下構筑物的圍壁和大型深基坑基礎等。 沉井在施工中有獨特的優(yōu)點:占地面積小，不需板樁圍護，與大開挖相比較，挖土量小，對鄰近建筑的影響比較小，操作簡便，無須特殊的專用設備。,3. 1沉井的類型

2、與構造,3.1.1沉井類型 (1)按制造情況可分為: 1)就地澆筑下沉沉井:多采用混凝土或鋼筋混凝土沉井。筑島立模澆筑混凝土后，就地挖土下沉。 2)浮式沉井:多為鋼殼井壁，亦有空腔鋼絲網水泥薄壁沉井、鋼筋混凝土薄壁沉井，是在岸上制造成形，通過滑道等方法下水浮運到位。還有的在船上制作成形，采用一整套吊裝設備和措施，使其浮運到位下沉，或采用船運到位，用沉船方法，使其人水下沉,(2)按其豎向剖面形狀可分為:柱形，錐形，階梯形，見圖2-61 (3)按橫截面形狀可分為:圓形、矩形、圓端形，見圖2-62,3.1.2沉井構造,沉井一般由井壁(側壁)、刃腳、內隔墻、橫梁、框架、封底和頂蓋板等組成、,1)井壁,

3、沉井主要是靠井壁的自重來克服正面阻力和側面阻力而下沉的。 要求沉井井壁不僅要有足夠的強度承受施工荷載，而且還要有一定的重量，以便滿足沉井下沉的要求。 井壁厚度主要取決于沉井大小、下沉速度、土層的物理力學性質以及沉井能在足夠的自重下順利下沉的條件來確定。 井壁厚度一般為0. 4-1. 2m左右。井壁的豎向斷面形狀有上下等厚的直墻形井壁或階梯井壁,2)刃腳,井壁最下端一般都做成刀刃狀的，“刃腳”， 主要功用是減少下沉阻力。刃腳還應具有一定的強度，以免在下沉過程中損壞。 刃腳底的水平面稱為踏面，踏面寬度一般為100一300mm，斜面高度視井壁厚度而定，并考慮在沉井施工中便于挖土和抽除刃腳下的墊木，

4、刃腳內側的傾角一般成40-60度，當沉井濕封底時刃腳的高度取100-300mm。斜面高度視井壁厚度而定， 當沉井濕封底時，刃腳的高度取1.5m左右，干封底時取0. 6 m左右。 當沉井在堅硬土層中下沉時刃腳踏面可減少至100 -150mm。為了防止障礙物損壞刃腳，還可用鋼刃腳。,刃腳長度也是很重要的，當土層堅硬時，刃腳長度可以小些。當土質松軟時，沉井越重，刃腳插人土層越深，有時可達2-3m。如果刃腳高度不足，就會給沉井的封底工作帶來很大困難。,3)內隔墻,內隔墻根據使用和結構上的需要，在沉井井筒內設置內隔墻。 其主要作用是增加沉井在下沉過程中的剛度，減少井壁受力計算跨度。同時，又把整個沉井分隔

5、成多個施工井孔(取土井)使挖土和下沉可以較均衡地進行也便于沉井偏斜時的糾偏。 內隔墻因不承受水土壓力，所以，其厚度較沉井外壁要薄一些。,內隔墻的底面一般應比井壁刃腳踏面高出0. 5-1. 0m,以免土體頂住內墻阻礙沉井下沉。 當穿越軟土層時，為了防止沉井“突沉”，也可與井壁刃腳踏面齊平。 內隔墻的厚度一般為0. 5m左右沉井在硬土層及砂類土層中下沉時，為了防止隔墻底面受力土體的阻礙，阻止沉井糾偏或出現局部反力過大，造成沉井斷裂，故隔墻底面高出刃腳踏面的高度可增加到1. 0-1. 5m,隔墻下應設過人孔，供施工人員在各取土井間往來之用。人孔的尺寸一般為(0.8mX 1.2m)-(1. 1mX 1

6、. 2m)左右。. 取土井井孔尺寸除應滿足使用要求外，還應保證挖土機可在井孔中自由升級，不受障礙。 如用挖泥機斗取土時，井孔的最小邊長應大于挖泥斗張開尺寸再加0. 5-1. 0m，一般不小于2. 5m。井孔的布置應力求簡單、對稱。,4)上、下橫梁及框架,當沉井內設置過多隔墻時，對沉井的使用和下沉都會帶來較大影響，設置上、下橫梁與井壁組成框架來代替隔墻。,框架有下列作用:。,a可以減少井壁底、頂板之間的計算跨度，增加沉井的整體剛度，使井壁變形較小。 b.便于井內操作人員往來，減輕工人勞動強度.在下沉過程中，通過調整各井孔的挖土量來糾正井身的傾斜，并能有效地控制和減少沉井的突沉現象。 C.有利于分

7、格進行封底，特別是當采用水下混凝土封底時，分格能減少混凝土在單位時間內的供應量，并改善封底混凝土的質量。在比較大型的沉井中，如果由于使用要求不能設置隔墻，可在沉井底部增設底梁，以便于構成框架，增加沉井在施工下沉階段和使用階段的整體剛度。 有的沉井因高度較大，常于井壁不同高度處設置若干道由縱橫大梁組成的水平框架，以減少井壁頂、底之間的跨度，使整個沉井結構布置更加合理、經濟。,5)井孔,沉井內設置了縱橫隔墻框架形成的格子稱作井孔，井孔尺寸應滿足工藝要求。 因為在沉井施工中，常用容量為0. 7m3或1.0m3的抓斗，抓斗的張開尺寸分別為2. 38m X1.06m和2. 65mX 1. 27m，所以井

8、孔寬度一般不宜小于3m。 從施工角度看，采用水力機械和空氣吸泥機等機械進行施工時，井孔尺寸也宜適當放大。,6)封底及頂蓋,當沉井下沉到設計標高，經過技術檢驗并對井底清理整平后，即可封頂，以防地下水滲人井內。封底可以分為濕封底(水下灌筑混凝土)和干封底兩種。 采用干封底時，可先鋪墊層，然后澆筑鋼筋混凝土板，必要時載井底設置集水井排水; 采用濕封底時，待水下混凝土達到強度，抽干井水后再澆筑鋼筋混凝土底板。,為了使封底混凝土和底板與井壁間有更好的連接，以傳遞基底反力，使沉井成為空間結構受力體系，常于刃腳上方井壁內側預留凹槽，以便在該處澆筑鋼筋混凝土底板和樓板及井內結構。 凹槽的高度根據底板厚度決定，

9、主要為傳遞底板反力而采取的結構措施。 凹槽底面一般距刃腳踏面2. 5m左右。槽高約1. 0m,接近封底混凝土的厚度，以保證封底工作順利講行。凹入深度約為150-250mm。,3. 1. 3沉井施工一般工藝流程,3. 2沉井施工前的準備工作,3. 2. 1探明地層： 沉井施工前要詳細鉆探沉井所要通過的地質層，查明其地質構造、土質層次、深度特性和水文情況， 以便制定切實可行的沉井下沉方案和對附近構造物，采取有效防護。,應以探明地層情況為前提來布置探孔的位置、數量和確定孔深。每個沉井位置至少應有兩個探孔。一般孔位在基底范圍外2-3m處。 對于大跨徑和重要的橋梁基礎廠,每個井位最少要鉆四個探孔，探孔深

10、度要超過沉井預定下沉的刃腳深度。 如果沉井落到巖層上，至少沉井的四角和中心要各鉆一個探孔(共5個以上)。 如巖層傾斜很大，則應制作符合巖面傾斜狀態(tài)的高低刃腳沉井.,3. 2. 2核對、補充調查水丈氣象資料,鑒于水文氣象資料對于橋梁基礎工程的特別重要性，施工前要對下列資料進行認真核對和補充: (1)橋位止游的地形地貌、河道變化、植被情況、人工調節(jié)設施(如水庫、堤防等); (2)氣象水文情況，如雨量、風向風力、水(潮)位漲落變化、洪水季節(jié)、洪峰 (3)河道情況，如航道級別、疏通狀況、碼頭位置、漂流物漂流或木(竹)筏流放情況等。,3. 2. 3清理和平整場地,就地澆筑沉井要在圍堰筑島前清除井位及附近

11、場地的孤石、倒木、樹根、淤泥及其他雜史(如北方要撈凈圍堰內的冰塊)。 對軟硬不均的地表應予以換土或作加固處理。在極軟塑土乃至流態(tài)淤泥、強液化土并有較大的傾斜坡的河床搜蓋層上修造沉井時，為避免沉井失穩(wěn)，要對河床做好處理，必要時可采用加寬刃腳的輕型沉井。,浮運浮式沉井之前應對河床標高(運輸路線)進行詳細檢測和處理。,3. 2. 4設備及輔助設施,在場地布置時，對場內外運輸道路、電力、水的供應線路，起重設備(浮吊)、混凝土攪拌站(陸地、水上)，北方冬季蒸汽養(yǎng)護的鍋爐、管線等，都要統(tǒng)一安排。,沉井施工設備可根據不同施工方案分別選用以下設施,(1)空氣助沉用的壓縮空氣站及其配套的船只、管線等設施; (2

12、)水力吸泥機及配套的高壓水泵站、管線、船只等; (3)井吸吊機:安拆扒桿、龍門吊; (4)墩旁吊機:在沉井外側距井外壁2-3m、不受沉井下沉影響、堅實牢固的土地上鋪設木垛，在木垛上架設吊機，以滿足沉井制作和下沉過程中吊裝工作的需要;在條件允許時亦可架設纜索吊機 (5)浮式沉井的導向船、定位船及工作船隊、浮吊 6)取土抓斗:兩瓣抓土斗、四瓣抓土斗和排水作業(yè)時用的開底門的棄土斗。,3. 3沉井的制作,刃腳與隔墻下應設架式支撐，使其兩端與刃腳下的墊木連成一體，防止?jié)仓炷習r發(fā)生不均勻沉落造成裂紋。,施工步驟如下:,1測量放樣:準確地畫出刃腳邊線，嚴格控制沉井中心位置的準確性; 2)模板制作:沉井外

13、側模板要平滑，具有 一定的剛度，與混凝土接觸面必須刨光，與刃腳接觸的空隙要塞嚴防止漏漿; 3)模板安裝:沉井的外側模板必須豎縫支立，立好后要核對上下口各部尺寸、井壁的垂直度(或斜度)、刃腳標高，支撐拉桿(內外模間)和拉箍要拉結牢固;當井壁有斜度時，模板要按斜率要求支立;支第二節(jié)及以后調節(jié)模板時不準支撐到地面上，以免沉井因加重而自動下沉造成新澆筑的混凝土發(fā)生裂紋;環(huán)箍和拉纜要加強，外模上口尺寸不得大于下口尺寸。,模板安裝順序:,刃腳斜面及隔墻底面模板-井孔模板-綁扎鋼筋-設內外模間支頂-支立外模板-設內外模間拉筋-調整各尺寸-全面緊固支頂、拉桿、拉箍-固定撐桿和拉纜。 (3)鋼筋綁扎 鋼筋綁扎是

14、在內模(井孔)已支立完畢、外模尚未扣合時進行。先將制好的焊有錨固筋的刃腳踏面擺放在墊木上刃腳的畫線位置上，進行焊接后再布設刃腳配筋、內壁縱橫筋、外壁縱橫筋。 為了加快進度可以組成大片，利用吊機移動定位焊接組成整體。內、外側箍筋還要設好保護層墊塊。,(4)刃腳施工 制作沉井下部的支設可視沉井重量、半墊架法、磚墊座或土底模，如圖2-69 施工荷載和地基承載力情況而定，采用墊架法、所示。,1)鋼靴加工 鋼靴加工一般按設計加工圖紙下料，然后在井口附近地面組裝。鋼靴加工焊接時要分區(qū)分段對稱交錯焊接，防止受熱變形，并經常測量、校正，確保鋼靴加工質量。 2)鋼靴安放 鋼靴安放是指將沉井鋼靴安放在套井基底的上

15、級位置上。要求鋼靴放平，鋼靴刃尖處在同一水平面上，允許誤差為士3mm;安放要正，鋼靴中心線應與沉井設計中心線重合，允許誤差為士2mm,混凝土澆筑：沉井混凝土應沿井壁四周對稱澆筑，避免混凝土面高低相差懸殊，以防產生不均勻下,3. 3. 3沉井井壁施工,沉井制作一般有三種方法: 1)在修建構筑物地面上制作.適用于地下水位高和有凈空的情況。 2)人工筑島制作。適用在淺水中制作。 3)在基坑中制作.適用于地下水位低、凈空不高的情況，可減少下沉速度、摩阻力及作業(yè)高度。,采用在基坑中制作，基坑應比沉井寬2-3m，四周設排水溝、集水井，使地下水位降至比基坑底面低0.5，挖出的土方在周圍筑堤擋水，要求護堤寬不

16、少于2m， 沉井過高，常常不夠穩(wěn)定，下沉時易傾斜，一般高度大于lOm時，宜分節(jié)制作; 在沉并下沉過程中或在井筒下沉各個階段間歇時間，繼續(xù)澆筑加高井筒。,沉井混凝土應沿著井壁四周對稱進行澆筑，避免混凝土面高低相差懸殊、壓力不均產生基底不均勻沉陷:致使沉井混凝土開裂。每節(jié)沉井的混凝土應分層、均勻灌筑，一次連接灌完。 混凝土養(yǎng)護一般情況下灌筑完10-12h后即應遮蓋灑水養(yǎng)護。 炎熱天氣，灌筑完1-2h后，即應遮蓋灑水養(yǎng)護，并防烈日直接暴曬 當晝夜間最低氣溫低于一3或室外平均氣溫低于+5時即應按冬季施工措施施工。,沉井混凝土冬季施工，第一節(jié)混凝土強度必須達到100%設計強度，其余各節(jié)達到70%宜可停止

17、保暖養(yǎng)護。 當混凝土強度達2.5MPa左右，在頂面鑿毛以便頂部再接混凝土時，增加其接縫強度。 養(yǎng)護灑水時，應掌握好水量，防止筑島土流失坍塌，造成沉井混凝土開裂,當混凝土強度達2. 5 MPa后，方可拆除直立的側面模板。 混凝土強度達設計強度的70%(或設計要求)后，方可拆除隔墻底面、刃腳斜面的支撐及模板。 拆模后井壁混凝土外表如有蜂窩麻面缺陷，應以水泥砂漿仔細修補平整。 其拆模順序:井壁外側模板及井孔內側模板一隔墻下支撐及隔墻底模板一刃腳斜面下支撐及刃腳斜面模板。,拆除墊木按以下要求進行:,1)拆除隔墻及刃腳下支撐時，應對稱依次進行，一般宜從隔墻中部向兩邊拆除。 2)拆除時先挖去墊木的砂，抽出

18、支撐排架下的墊木，或當支撐排架頂面(或底面)設置有木楔時，可先打掉楔木，再拆除支撐。 3)拆模后，下沉抽墊木前，仍應將刃腳下回填密實，以防止不均勻沉 保證正位下沉，這對后期下沉的過程非常重要。,3. 4沉井下沉,當沉井混凝土強度達到設計要求，大型沉井達到100% 、小型沉井達到70%時，進行拆除成承墊木工作 拆除刃腳下的墊木應分區(qū)、分組、依次、對稱、同步進行.,拆除順序,圓形沉井為先抽一般承墊木，后抽除定位墊木，對稱地抽除外墻短邊下的定位墊木， 矩形沉井先抽內隔墻下的的墊木，同一編號同時抽光墊木并回填砂后.方可抽下一組編號墊木 將墊木底部的土挖去，利用人工或機具蔣相應墊木抽出。 抽出一根墊木后

19、應立即用砂、卵石或礫石將空隙 填實，同時在刃腳內外側填筑成小土堤，并分層夯 實，如圖2-72所示。抽出墊木時要加強觀測，注意下沉是否均勻,一般情況，當抽至墊木的2/3這一階段時，沉井下沉較均勻，下沉量也不大，回填時間亦較充分，便于較好抽墊和回填. 當繼續(xù)抽墊時，下沉量逐步加大回填工作也逐漸困難，甚至出現下沉很快來不及回填的視象，致使墊木壓壞或壓斷。,故在抽墊時，開始階段宜緩慢進行，留出足夠的時間進行充分回填夯實，力求盡量改變最后階段下沉快、下沉量大，因來不及回填以至壓斷墊土的現象。 抽墊至最后階段時，應全力以赴，一鼓作氣地盡快將剩余墊木全部抽出，使沉井刃腳平穩(wěn)均勻地落人土層。,3.4.2下沉方

20、法,沉井下沉由于沉井深度較淺，一般采用三種方 :人工或風動工具挖土法、抓斗挖土法、水槍沖土法。 3.4.3排水開挖下沉 在穩(wěn)定的土層中，滲水量不大(每平方米沉井面積滲水量小于lm3jh)時，可采用排水開挖下沉。,排水開挖下沉常用人工或風動工具、或在井內用小型反鏟挖土機，在地面用抓斗挖土，必須對稱、均勻進行，使沉井均勻下沉。,土質開挖方法是:(1)一般土層,從中聞開始稱漸 向四周，每層挖土層0. 4-0. 5m,在刃腳處留1-_1. 5m_臺階，后沿沉井井壁每2-3m一段，向刃腳方向逐層全面萬對稱、均勻地開挖土層，每次挖去50-100mm，當土層經不住刃腳的擠壓而破裂，沉井便在自重作用下均勻破土

21、下沉， 當沉井下沉很少或不下沉時， 從中間往下挖0. 4-0. 5m，向四周均勻掏挖，使沉井平穩(wěn)下沉。孔格內挖土高差不得超過1. 0m，刃腳下部土方應邊挖邊清理。,當土質松軟時，在分層挖除回填土的過程中，沉井即逐漸下沉。當刃腳下沉至與沉井中部土面大約齊平時，即可在中部先向下挖約400-500mm,并逐漸向四周均勻擴挖，到距刃腳lm處(此距離可視土的松軟程度而定)，再分層挖除刃腳內側的土臺。,(2)比較堅硬土層 當刃腳內側土臺挖平后仍下沉很少或不下沉，可從中部向下挖深約400 -5OOmm，并繼續(xù)如圖2-73 (a)所示向四周均勻擴挖，使沉井平穩(wěn)下沉。 如在砂中加卵石，可按圖2-73 (a)所示

22、方法挖土，當土垅挖至刃腳，沉井仍不下沉或下沉不平穩(wěn)則須按平面布置分段的次序逐段對稱地將刃腳下挖空，并挖出刃腳外壁約100mm,每段挖完用小卵石填塞夯實，待全部挖空回填后，再分層去掉回填的小卵石，可使沉井均勻減少承壓而平衡,(3)巖層,先采用風鎬或風鏟挖去風化或軟質巖層，需爆破巖層除土下沉時要經有關部門批準，但應嚴格控制藥量。 可用斜炮眼，斜度大致與刃腳內側平面平行，伸出刃腳約150-200mm，使開挖寬度超出刃腳50 - 100mm，開挖深度宜為400mm左右。 采用松動方式進行爆破，炮孔深度1. 3m以1mX lm梅花形交錯排列，,使炮孔伸出刃腳口外150-300mm，以使開挖寬度可超出刃腳

23、口50 100mm， 下沉時，順刃腳分段順序，每次挖lm寬即進行回填，如此逐段進行， 至全部回填后，再去除土堆，使沉井平穩(wěn)下沉。每一炮眼裝藥量不宜超過1- 2kg?？墒褂?在開始5m以內下沉時，要特別注意保持.平面位置與垂直度正確，以免繼續(xù)下沉時不易調整。 在距離設計200mm左右停止取土，依靠沉井自重下沉到設計標高。,3. 4. 4不排水開挖下沉,1井內挖土深度，一般根據土質而定，最深不應低于刃腳2m(此數與沉井平面尺寸 2)盡量加大刃腳對土的壓力。 3)通過粉砂、細砂等松軟地層時，不宜以降低井內水位而減少浮力的辦法，促使沉井下沉，應保持井內水位高出井外1 -2m，以防流砂涌向井內，引起沉井

24、歪斜， 4)除為了糾正沉井傾斜外，井內的土一般應由各井孔均勻清除，各井孔土面高差不得超過500mm 5)在沉井人土較深，井壁側面阻力較大，應根據具體情況，采取有效的下沉方法。 一般需采取抓土、吸泥、射水交替或聯合作業(yè); 必要時還需輔以降低井內水位(當土壤穩(wěn) 定性較好時)以增加沉井重量，或在井底放炮震壓 ，或在井頂壓重，才能沉至設計標高。,3. 4. 5沉井輔助,(1)射水下沉 射水下沉是在堅硬的土層中利用抓土斗或吸泥機在水下出土時輔以高壓射水松動及沖散土層以便抓吸土的方法。,(2)泥漿潤滑下沉,泥漿潤滑套下沉沉井的方法，是在沉井外壁周圍與土層間設置泥漿隔離層，減少土壤與井壁的摩阻力，以利沉井下

25、沉。 一般泥漿潤滑套與井壁的摩阻力為3-5kN/m2 沉井外壁制成寬為100 - 200mm的臺階作為泥漿槽。泥漿是用泥漿泵、砂漿泵或氣壓罐通過預埋在井壁體內或設在井內的垂直壓漿管壓人，如圖2-7 5所示，使外壁泥漿槽內充滿觸變泥漿，其液面接近于自然地面。 為了防止漏漿，在刃腳臺階上宜釘一層2mm厚的橡膠皮，同時在挖土時注意不使刃腳底部脫空。 在泥漿泵房內要儲備一定數量的泥漿，以便下沉時不斷補漿。在沉井下沉到設計標高后，泥漿套應按設計要求進行處理，一般采用水泥漿、水泥砂漿或其他材料來置換觸變泥漿，即將水泥漿、水泥砂漿或其他材料從泥漿套底部壓人，使壓進的水泥 漿、水泥砂漿等凝固材料擠出泥漿，待其

26、凝固后，沉井即可穩(wěn)定。,(3)抽水下沉 不排水下沉的沉井，在刃腳下，已掏空仍不下沉時，可在井內抽水而減少浮力，使下沉。對于易引起翻砂涌水的地層，不宜采用。當用空氣吸泥機取土時，可利用空氣吸泥機抽水。 (4)壓重下沉 可根據不同情況及下沉高度、施工設備、施工方法等，采用壓鋼軌或型鋼，接高混凝土筒壁，勻壓井內的除土草(麻)袋裝砂等加壓方法，使沉井下沉，但特別要注意均勻對稱加重。,(5)炮振下沉 沉井下至最后階段，一般下沉較困難。當井中的鍋底坑已較深，刃腳下土層業(yè)已掏空，沉井仍不下沉時，可在井控中央的泥面上放炮振動下沉，炮振用藥量一般掌握在1-2kg，可視沉井大小、井壁厚度、土層地質及炸藥性能而定。

27、為不使炮振時損壞刃腳，除嚴格掌握爆破用藥量外，同一沉井、同一地層炮振不宜多于4次。,3. 5沉井封底,沉并下沉至設計標高，應檢驗基底的地質情況是否與設計相符， 排水下沉時，可直接檢驗、處理;不排水下沉時，應進行水下檢查、處理，必要時取樣鑒定。 不排水下沉的沉井基底應整平，且無浮泥。排水下沉的沉井，應滿足基底面平整的要求。還應進行沉降觀測. 觀測在8h內累計下沉量不大于lOmm或沉降量在允許范圍內，沉井下沉已穩(wěn)定時，即可進行沉井封底。,沉井封底可分為排水封底和不排水封底兩種， 當沉井基底無滲水或少量滲水時可用排 水封底; 當沉井基底有較大量滲水時需采用不排水封底.,3. 5排水封底,基底巖面平整，刃腳周圍經用私土或水