钢筋混凝土沉井不排水下沉施工

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1、钢筋混凝土沉井（不排水下沉）施工孙磊 张荣根江苏苏州第一建筑工程集团公司摘要 通安泵房基础工程为钢筋砼内阶梯式沉井，是苏州市水环境综合整治工程引水泵站工程之单项工程，本工程采用分节制作筒身、不排水下沉的施工方法。关键词 分节制作 排水下沉 不排水下沉 下沉摩擦力 测量控制 封底1、工程概况 工程位于苏州市相城区通安镇街西村，南为金墅取水站，西为太湖，北面为渔民新村，场地为农田，古北角一部分为鱼池。本工程由上海市政工程设计研究院苏州自来水公司给排水设计院设计。沉井的平面尺寸为25.4523.6m，刃脚底标高为-8.10m，全高12m，壁厚为：刃脚部位1.2m、-4.90-0.35部位1.0m、-

2、0.35+3.90部位0.6m。砼沉井墙壁及底板均采用C25号密实砼、抗渗标号S6，沉井底采用水下封底用C15砼。1.1土层分布情况江苏纺织工业设计院进行地基土层的勘探，地基土层的分布：（1）素填土：新近沉积土，软塑，高压缩性，fk=90(Kpa)工程性能较差，不能利用，厚度0.81.4m。（2）淤泥：饱和，流塑，高压缩性，为局部薄层的不良地质层，工程性能差，厚度0.40.5m。（3）粘土：可塑，饱和，中压缩性，fk=200(Kpa)，工程性能良好，为理想的天然地基持力层，厚度2.104.20m。（4）粉质粘土夹粉土：可塑软塑，饱和，中压缩性，fk=140(Kpa)，工程性能一般，厚度1.63

3、.80m。（5）粉质粘土：软塑，饱和，中压缩性，fk=120(Kpa)，工程性能一般，厚度0.702.0m。（6）淤泥质粉质粘土夹粉质粘土：饱和，流塑软塑，中压缩性，fk=90(Kpa)，工程性能差，厚度1.903.90m。1.2水文地质条件拟建场地地下水位为黄海高程0.731.58m，该水位为上层滞水和潜水的混合水位，地表水与地下水有密切关系，受降水及灌溉影响。本处地下水对砼无侵蚀性。2、下沉方案的选择 沉井下沉分为排水下沉和不排水下沉两种施工方法。排水下沉适用范围：渗水量不大（每平方米1立方米/分钟）的土；稳定的粘性土如粘土、粉质粘土以及各种岩质土；渗水量很大而排水并不困难的砂砾层。不排水

4、下沉适用范围：严重的流砂地层；渗水量大的砂砾层；地下水无法排除或大量排水将影响附近生活、生产和建筑安全。 本工程的实际情况是：沉井最终下沉量为11.7米，由工程地质勘探报告知地质性能一般，地层有较严重的流砂，沉井周围水资源较丰富，大量抽除地下水非常困难，沉井周边取水方便，排污也很方便，主要是不污染周边的环境，降低工程造价，质量、安全也能得到有效的保证，所以确定采用不排水下沉方法。3、沉井施工3.1沉井制作本沉井制作总高度为12m，根据设计要求及工程地质条件分三次制作、一次下沉，第一节制作高度为5.2m，第二节制作高为3.6m，第三节制作3.2m。为减少沉井四角的集中应力及沉井下沉的摩阻力，四角

5、采用圆角。模板施工要点：模板与已经浇筑好的混凝土接触处垫50毫米宽泡沫塑料带，防止漏浆。第一节沉井筒壁应按设计尺寸周边加大1015毫米，第二节相应缩小一些。钢筋施工要点：在沉井墙板旁预先绑扎钢筋骨架和网片，竖筋一次绑扎到位，水平钢筋分段绑扎，与前一节井壁连接伸出的插筋采用电渣压力焊连接，接头错开1/4，内外钢筋之间加设14钢筋铁码，1.5米间距一个。钢筋应控制好垂直度和水平度。混凝土施工要点：采用泵送混凝土浇筑，将混凝土分成4段对称均匀分层浇筑，每层控制的厚度为30厘米，一次连续浇筑完成，等到第一节混凝土强度达到70%再浇筑第二节，在浇筑下一节混凝土前，先浇筑一层减半石子的混凝土。在上下节水平

6、缝处设钢板止水带。制作质量验收结果（数据为最大的偏差）为下表所示：项目允许偏差（毫米）备注制作质量平面尺寸长度、宽度 l/200且不大于100+25，-30L为沉井的长度或宽度；R为半径；b为对角线长；对角线差b/100+30，-40井壁厚度15+10，-53.2下沉系数验算 本沉井采用三次制作一次下沉，第一节砼强度达到设计强度的100%，其余各节达到70%后，方可下沉。下沉系数验算：K=(Q-B)/(T+R)=(Q-B)/D (H-2.5) f+R 沉井下沉受力平衡简图 沉井下沉摩擦力计算简图式中：K下沉安全系数，一般应大于1.15；Q沉井自重及附加荷载（KN）；B被井壁排开的水重（KN）；

7、T沉井与地基土间的摩擦力（KN）；D沉井外径（m）；H沉井下沉高度（m）；R刃脚反力（KN）；f井壁与地基土的摩擦系数(KN/ m2)。K=(Q-B)/(T+R)=(Q-B)/T+L(H-2.5)f01.15式中：Q=48000KN； B=12000KN； R=10009KN； f0=15Kpa； H=11.7 m； L=d=98mK=(48000-12000)/ 10009+98(11.7-2.5)15=1.701.15经计算下沉系数较大，因此下沉冲泥时应统一协调，隔墙、刃脚部位应严格控制取土，取土时遵循“先锅底，后掏底梁、对称取土、均匀下沉”的原则，在沉井偏差不大的情况下，向四周分层、对称

8、、均匀取土、刃脚部位必须保留2.0米左右的土堤。3.3沉井下沉3.3.1工作原理用高压水泵将高压水流通过进水管分别送进沉井内的高压水枪和吸泥机，利用高压水枪射出的高压水流冲刷土层，使其形成一定稠度的泥浆汇流至集泥坑，然后用吸泥机将泥浆吸出，从排泥管排出井外。3.3.2下沉准备（1）清除井内散落的混凝土、脚手管、木板等杂物。（2）井壁上的对拉螺栓应割掉，并作抗渗处理，刃脚部位的预插筋加装PVC防护套管，以防钩破潜水服等。（3）井内外均应设置钢梯，并加防护栏。设计好下沉排泥管路，确保排泥畅通至指定排泥场地。（4）沉井四角短边设立下沉标尺，用水准仪控制沉井下沉量，用经纬仪控制沉井四角位移，及时调整，

9、保证其偏差在规范允许的范围内。3.3.3垫架、排架的拆除沉井混凝土强度达到100%后垫架方可拆除，刃脚下的垫架的拆除应分区、分组、对称、同步进行。将垫木底部的土挖去，利用人工或机械将垫木抽出，抽出时应进行下沉观测，注意下沉是否均匀。3.3.4下沉速率控制目的：通过控制井内取土，使沉井下沉速率保持在一定的范围内，从而保证下沉偏差符合设计及规范要求。（1）初沉阶段：即下沉深度2.0米内，为使沉井形成稳定准确的正常轨迹，此时应以慢为主，速率控制在0.3米/天。（2）中沉阶段：即距设计标高2.0米前，速率可加快，控制在0.50.8米/天范围内。（3）终沉阶段 ：即距设计标高2.0米时，此时应减慢下沉速

10、度，控制在0.20.3米/天，以纠偏为主，做到有偏必纠，严格控制底梁、隔墙下取土，锅底挖深应减小。沉井下沉离设计标高0.1米时应停止下沉施工，靠自重下沉至设计标高，下沉达到设计标高，经24小时沉降观测，沉降量不大于10毫米后进行封底施工。3.3.5遇到问题的预防和处理措施在沉井下沉各阶段，应及时加强观测，若发生偏移应立即采取措施予以纠正。（1）沉井倾斜：即沉井垂直度出现偏差、歪斜。因此应加强观测资料的校核和分析，在刃脚高的一侧加强取土，低的一侧少取土或不取土，待正位后再均匀分层取土下层。（2）沉井偏移：即沉井轴线产生位移现象。首先加强测量资料的校核，然后控制沉井不再向偏移方向倾斜，当几次倾斜纠

11、正后即可恢复到正确位置。（3）沉井下沉过快：即沉井下沉速率超过挖土速度，出现异常情况，则应控制底梁等处取土。及时将下沉方法改为注水下沉，增加浮力。（4）沉井下沉过慢：沉井下沉至一定深度后，井壁与土体摩阻力增加，可能导致下沉缓慢。此时可以采用的方法是：在井壁四周压触变泥浆护壁、设置空气幕降低井壁与土的摩阻力或在沉井顶部压铁块增加自重。3.3.6沉井纠正措施沉井倾斜是沉井下沉过程中必然会出现的一种现象，纠正自然也是必然的一种手段，一般均将倾斜度控制在规范允许的范围内进行下沉，碰到突发情况则有可能则有可能致使沉井倾斜超过允许范围内，如遇到地下障碍物、地质分布严重不均等（这些现象在事先的相关资料中均未

12、反映而无法预知），一旦沉井发生倾斜，均应采取措施进行纠正。（1）允许倾斜：倾斜程度在允许范围内，只需要按3.3.5所述调整取土方法即可解决。（2）超限倾斜：即倾斜程度超过规范允许范围，则应立即采取措施进行沉井纠偏。1）沉井已倾斜，但倾斜不再快速扩大，则通过低的一侧停止取土，并在其外侧加强回土，而高的一侧井内加强取土，甚至外侧要采用取土减阻方式 以利于高的一侧沉井下沉，直至倾斜度接近零时再进行正常下沉。2）沉井已倾斜且倾斜仍快速扩大：这种状况往往在遇突发情况时发生，其处理方法则分两步：首先向井内快速增加注水，甚至将井内注满，以增加沉井浮力而减少自重，使沉井停止下沉，然后再分析致斜原因而采取相应措

13、施。第一种情况是遇到障碍物，此时致使沉井一侧不动，另一侧继续下沉而导致倾斜，采用的处理方法：通过潜水员配合采用取土掏物的办法将障碍物排除，然后逐步降水、井内取土的方式纠偏，恢复沉井下沉。第二种情况是遇到不良地质，在实际地质情况与地质报告严重不符，且地质分布又不均匀等条件下易于发生沉井超限倾斜，采用的处理方法：先加额注水稳定沉井。再通过调整井内取土、调整井外回填来纠偏，而且高的一侧取土时可以将刃脚掏空，以达到纠偏效果，如果纠偏效果仍不明显，则可以采用一些加强措施，如低的一侧进行压密注浆以加强地基承载力，或高的一侧井上加载辅助下沉，或高的一侧井壁旁加注空气幕减阻加强下沉等。3.3.7主要设备主要设

14、备包括：吸泥器（水力吸泥机或空气吸泥机）、吸泥管、扬泥管、高压水管、离心式高压清水泵和空气压缩机（空气吸泥）等。 3.3.8技术参数 吸泥器内部高压水喷嘴处的有效水压与扬泥所需的水压的比值平均约7.5。适宜的泥浆稠度：粘性土为1.091.20吨/立方米。吸入泥浆所需的高压水流量泥浆量。吸入的泥浆与和高压水混合以后的稀释泥浆，在管内的流速不超过23米/小时，喷嘴处的高压水流速一般约为3050米/小时。吸泥机的射水管与高压水喷嘴的截约为410，吸泥管与喷嘴的截面比约1520。水力吸泥机的有效作用约为高压水泵效率的0.10.2倍。配备4套吸泥器。3.3.9测量控制 施工的测量控制包括沉井的位置标高控

15、制、沉井垂直度的控制和沉井下沉的控制。 沉井的位置标高控制是在沉井外部地面及井壁顶部设置纵横十字中心控制线和水准基点，用经纬仪和水准仪进行控制。沉井垂直度的控制是在沉井外壁垂直控制线，用两台经纬仪进行垂直偏差的观测，当垂直偏差的角度达到arcsin(50/H)(H为沉井高度，单位毫米)时或四面标高不一致时，应立即进行校正。沉井下沉的控制是在沉井外壁的四周弹出水平线或在外壁上用白铅油画出标尺，用水准仪进行沉降观测。测量控制如下图。测量控制要求：沉井下沉中应加强位置、垂直度和沉降量的观测，每班至少测量两次，接近设计标高时应加强观测，每2小时观测一次，目的是防止超沉。测量记录有专人负责，如出现倾斜、

16、位移或扭转，应及时通知现场技术负责人，采取科学有效的措施，使偏差控制在允许的范围内。测量控制示意图1中心线控制点 2下沉控制点 3沉井 4外壁下沉标尺 5沉降观测点 制作质量验收结果（数据为最大的偏差）为下表所示：项目允许偏差（毫米）备注下沉后质量刃脚平均标高100+35，-40H为下沉总深度；L为最高与最低两角间距离。底面中心位置偏移H10米H/100+20，-10H10米100刃脚底面标高L10米L/100且不大于300+50，-15L10米1003.3.10沉井 当沉井下沉到设计标高0.1米时，应停止下沉施工，靠自重下沉至设计标高，在8小时内观测累计下沉量不大于10毫米时，可以进行沉井封

17、底。首先将井底浮泥清除干净，新老混凝土接触面用水冲刷干净，并抛入碎石做垫层，采用提升导管法浇筑封底混凝土。待水下混凝土达到规定强度后（养护7天），才可以抽水检查封底情况和检修补漏，然后进行底板混凝土的施工。导管法浇筑封底混凝土如下图。导管法浇筑封底混凝土示意图1 沉井 2封底混凝土 3导管 4水位 5施工通道 6导管固定架 7下料漏斗 8混凝土泵车下料管 4、安全保证措施施工中做到符合安全生产规定要求，确保设备完好率大于95%，人身安全无事故。各分项施工时，安全部门及时做好安全技术交底工作，让每个施工人员懂得安全生产的重要性，自觉遵守安全操作规程。特殊工种应通过专业培训持证上岗。1、施工作业时，安全员应按规定进行巡回检查，发现“三违”现象应立即制止，督促其按规范作业，遇有安全隐患，严格按“三不放过”的原则处理。2、工作井顶面、走道、爬梯必须设栏杆，上下人员不得拥挤，进场人员必须戴好安全帽。潜水员必须做好体检工作，不合格人员严禁下潜，下沉时，井面必须安放救生圈。3、各种机械与电器设备必须有可靠的防护装置、限位装置，防止机械伤人事故的发生。冬期施工时，做好防滑、防冻、保温等措施。