沉井在厂房内的应用

张笑珠

沉井在厂房内的应用

张笑珠

以安徽芜湖某厂房新压机基础工程为例,介绍了沉井施工方法在厂房内的应用,分别阐述了沉井施工技术方案,流程及沉井下沉工序,并对施工过程中不可预见因素的处理进行了简要说明,以期为今后同类工程提供指导。

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0 引言

沉井施工方法是先在地表制作成一个井筒状的结构物(沉井),然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土,使沉井在自重作用下逐渐下沉,达到预定设计标高后,再进行封底、构筑内部结构的一种施工方法。技术上比较稳妥可靠,挖土量少,对邻近建筑物的影响比较小,沉井基础埋置较深,稳定性好,能支承较大的荷载。沉井广泛应用于桥梁、烟囱、水塔的基础;水泵房、地下油库、水池竖井等深井构筑物和盾构或顶管的工作井。沉井在室外作业较多,室内大型的沉井基础并不多见。本文针对沉井在厂房内施工作了较为详细的记录。

1 工程概况

安徽芜湖某厂房原有压机不能满足使用需要,其基础相应调整,需要破除重建。原有四台压机基础基底标高分别为-3.245m,-3.245m,-4.268m,-4.268m,原有厂房基础埋深大部分为-4.5m,个别为-6.5m。新压机基础(沉井)外包平面尺寸为38.6m×11.6m,刃脚底标高为 -10.5m,底板顶标高为 -6.5m,侧壁厚 1.5m,沉井内设置三道横支撑、两道三角形支撑,支撑钢管为 φ219×6,底板以上高度为 6.5m,底板以下高度为 2.5m,底板厚 1m,沉井侧壁、底板、顶板均采用 C30S8混凝土,底部采用C15混凝土封底。距原有厂房围墙 3.9m,距正在使用的 2 000 t压机基础(基底标高 -8.5m)3.0m。该工程工作面小,在施工过程中要保证不扰动厂房柱基础,确保基坑不塌方,厂房柱基础不滑移、不倾斜、不沉降,确保厂房安全。

2 工期

2007年 8月 28日～2008年 1月 3日,总工期日历天数 129 d。

3 质量

合格,各项指标在允许误差范围内。

4 沉井的主要施工技术措施

主要针对沉井下沉作详细说明。

4.1 技术方案

因沉井在厂房内施工,为防止厂房两侧的设备基础和厂房北侧的柱基及东南侧基坑开挖线以外的坑壁在沉井下沉时不受到影响,采用在原厂房北侧沿柱基础承台打一排间距为 0.5 m、长4m～6m的 14号槽钢桩,在沉井制作时对第一层 -4 m以上开挖后的坡面进行挡土。由于部分地基为回填土,整个地基承载力不均匀,为防止沉井在下沉施工过程中侧壁产生裂缝,故在沉井施工中对刃脚内侧采用砖胎模来增加上层混凝土的承载力。

4.2 施工流程

沉井放样→垫层→测量放线→砖胎模砌筑→刃脚钢筋→沉井内钢筋→内模板→钢筋隐检→外模板→浇筑沉井混凝土→养护→拆模板。

砖胎模、辅助垫层拆除,钢支撑焊接。

沉井井内挖土方,下沉到 -10m。

4.3 沉井下沉

4.3.1 沉井下沉准备工作与验算

沉井下沉前应进行结构外观检查,检查混凝土强度、抗渗等级,并根据勘测报告计算极限承载力,计算沉井下沉的分段摩阻力及分段的下沉系数,作为判断各个阶段可否下沉,是否会出现突沉,以及确定下沉方法及采取措施的依据。

沉井下沉应具有一定强度,第一节混凝土达到设计强度的100%,其余各节达到 70%以后方可开始下沉。

沉井下沉必须克服井壁与土间的摩擦力和地层刃脚的反力,根据勘察和本工程地质情况,本工程采取排水下沉。沉井制作在拟定高度后、下沉前,应验算下沉系数,公式如下：

K=(Q-B)/(T+R)=(Q-B)/[(3.14×D×(H-2.5)f+R]。

其中,K为下沉安全系数,一般应大于 1.15;Q为沉井自重及附加荷重,kN;B为被井壁排出的水重,kN,采取排水下沉时,B=0;T为沉井与土间的摩擦力,kN;D为沉井外径,m;H为沉井下沉高度,m;R为刃脚反力,kN,如采取将刃脚底面及斜面的土方挖空,则R=0;f为井壁与土的摩擦系数(即单位面积的摩擦力的平均值),从有关规定及勘察资料查得。

根据计算,本沉井下沉系数为 1.4,大于 1.25,达到沉井下沉要求。当下沉系数较大时,可在沿井壁外周回填相应的土方,增大总摩擦力。

4.3.2 砖胎模及垫层拆除

砖胎模及垫层拆除是沉井下沉的开始,是下沉过程中重要工序之一,由于此项工作突击性强,砖胎模及垫层拆除工序需要在2 d～4 d内全部拆除。砖胎模及垫层拆除时从侧壁长的两侧向中间扩散拆除,并且是跳槽拆,每3m～5m为一槽。

沉井混凝土达至设计强度 100%时分区、分组、依次、对称、同步地拆除砖胎模及垫层,拆除过程中加强观测,注意下沉是否均匀。

4.3.3 排水下沉挖土方法

采用小型挖机配合人工,挖土时对称均匀进行。从沉井中间开始逐渐挖向四周,每层挖土厚 0.4m～0.5m,沿刃脚周围保留0.5m～1.2m土堤,然后再沿井壁每 2m～3m一段向刃脚方向逐层全面、对称、均匀削薄土层。因本工程土质较硬,采用吊车把小挖机吊入挖土,其开挖断面及开挖过程实际组图见图 1。

4.3.4 下沉量观测

在沉井模板拆除后、砖胎模及垫层拆除之前,由测工进行刃脚高程测量和沉井中线测量,在沉井四角井壁上做出标记,绘出沉井中线标记。砖胎模及垫层拆除时对沉井四角高程变化观测,如发现沉井向一侧倾斜过大时,应采取措施。

4.3.5 沉井封底

沉井下沉至设计标高经 2 d～3 d下沉稳定,并经观测在 8 h内累计下沉量不大于 10mm时进行封底。封底应干封,分格对称进行。本工程实际采用砂与水泥拌合物满辅铺后再进行封底。

4.3.6 沉井下沉过程中注意事项

1)沉井下沉位置的正确与否,在开始 0.5m以内,要特别注意保持平面位置与垂直度的正确,避免继续下沉时不易调整。

2)为减少下沉的摩阻力和下沉时侧壁四周土方的滑移对厂房结构产生影响,在沉井的外壁先填砂至刃脚顶部,随下沉随填砂,这样可以减小侧壁土方滑移对原厂房的影响。

3)挖土一定分层进行,防止锅底挖得太深或刃脚挖土太快而突然下沉伤人。在挖土时,绝对不允许刃脚处有人操作或穿行,以避免刃脚处切土太快伤人。

4)在沉井开始下沉和将沉至设计标高时,周边开挖深度要小于 30 cm或更薄一些,避免发生倾斜。在离设计标高 20 cm左右应停止取土,依自重下沉至设计标高。

5)井下操作人员一定要戴安全帽、穿胶鞋和防水衣裤;应有备用电源;潜水泵应配装触电保护器。电压采用安全电压,不大于24 V。

6)控制沉井偏移和突然下沉：在沉井下沉过程中,沉井可能会产生偏位或倾斜,遇到这种情况时要查明原因,可根据不同情况采取以下措施：反向挖土法,使沉井倾向另一边;向不沉的一边加载;在沉井外预留槽钢位置,用千斤顶或钢梁抬住沉井以防止沉井突然下沉。

5 施工过程中不可预见因素的处理

在本工程施工过程中,距正在施工的北侧墙体外土方微有松动现象,因本工程施工期间正值雨季,一旦有雨水渗过基础土体冲入厂房内后果将不堪设想,为解决该问题,在厂房外沿墙体至地 1m敷之一层塑料布,在厂房内用彩条布围护,防止了雨水对土体的冲击,解决了外部因素对工程不利的影响。

[1]张 博.对污水处理厂沉井结构设计的思考[J].山西建筑,2009,35(6)：150-151.

Application of open caisson in the workshop

ZHANG Xiao-zhu

With a new compressor foundation engineering ofaWuhu workshop in Anhuiprovince as an example,it introduces theapplication of open caisson construction method in the workshop,respectively expounds the technical scheme,p rocedures,and sinking p rocedures of open caisson construction,and briefly illustrates the treatment for unp redictable factors occurring in construction process,with a view to provide guidance for future sim ilar engineering.

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TU753

A

1009-6825(2011)03-0083-02

2010-09-12

张笑珠(1973-),女,工程师,集瑞联合重工有限公司,安徽芜湖 241000