沉井施工方案简析

张彦

（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

沉井施工方案简析

张彦

（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

介绍了某熔铸车间设备基础铸造机沉井的施工方案。依据施工顺序,对沉井验算、沉井制作、沉井下沉处理施工的过程进行了详细分析。沉井施工工序较多,作业面狭小,下沉控制难度大,因此在施工时应特别注意工序之间的组织配合,以确保沉井施工质量。

沉井；施工方案；下沉系数；基坑；刃脚垫层

本方案为某地40 kt/a高精度电子铜带项目工程熔铸车间设备基础紫铜铸造机沉井施工方案。该矩形钢筋混凝土沉井外壁尺寸3 300 mm×3 600mm，内壁尺寸2 340 mm×2 100 mm，上部井口标高±0.000,下部刃脚标高-12.00 m,整个井身长度12 m,开挖净深度7.1 m。现地表平均高程为9.80 m。根据《岩土工程勘察报告》及沉井位置,-6.00 m以上为第④层土：粉质粘土夹粉土，可塑；-12.00 m至-6.00 m间为第⑤层土：粉质粘土,可塑～硬塑；-19.00 m至-12.00 m间为第⑥层土：粉质粘土夹粉土,可塑。勘察期间,观测到地下水埋深于地表下0.30～1.10 m左右,即高程7.51～9.25 m左右。

1 施工方案

1.1 沉井验算

根据场地工程地质勘察报告提供的数据,基坑开挖深度4.9 m,则沉井外壁刃角部位与土体间的摩阻力q1=25 kN/m2,刃角以上回填砂与沉井外壁间的摩阻力q2=8 kN/m2,地基土承载力fak=220 kN/m2,钢筋混凝土容重取25 kN/m3,井上施工荷载2.5 kN/m2。沉井分3段浇注完成,各段浇注高度均为4 m。据此计算如下：1)沉井第1段自重：G1,k=733.75 kN；沉井第2段合重：G1+2,k=1541.05 kN；沉井第3段合重：G1+2+3,k=2 348 kN。2)施工荷载：Fk=3.30×3.60×2.5=11.88 kN。3)沉井摩阻力计算(按2段有土摩阻力)Ffk=109.02× 25=2725.50 kN。4)水浮力计算：因采取排水下沉,故水浮力Ffw,k=0。5)下沉系数验算[1]：Kst=(Gk+Fk-Ffw,k)÷Ffk=(2 348+11.88-0.00)÷(2 725.50+0.00)=0.866。下沉系数不在1.05～1.25内,说明下沉阻力过大,需采取其他助沉措施下沉,计划将第2段以上部位四周撒填膨润土或砂以减少摩擦力，必要时沉井上部端口施加荷载助沉。

1.2 施工程序

施工程序如下：基坑开挖→砂垫层、枕木条基→搭设内架→立内模→绑扎钢筋→立外模→浇筑第1段井体混凝土(4 m)→重复上道工序施工第2段井体(4 m),拆内架模板→拆除枕木条基→挖土下沉至设计标高▽-12.00m→第三段井体施工(4m)→沉井封底。

2 沉井制作

2.1 基坑测量定位

场地平整后，根据沉井的设计图纸尺寸放样出沉井的纵横控制轴线，并布设测量控制桩，引测高程控制点到基坑旁[2]。

2.2 基坑开挖

基坑开挖采用220型液压挖掘机,并与人工配合操作。在基坑底部设置与集水井相通的排水沟。为防止积水影响施工刃脚垫层,应及时将集水井内汇集的地表水和地下水用水泵抽除[3]。

2.3 刃脚垫层施工

刃脚垫层采用垫木沿沉井周长密铺,垫木尺寸为1 500 mm×220 mm×200 mm,相邻垫木间隙为50 mm,用砂填缝,如图1。

图1 地基垫层做法/mm

2.4 井体内模和支架

1)刃脚支设。本沉井刃脚支设采用垫架法(图2)。垫架法能将上部沉井重量均匀传给地基,使沉井井身浇筑过程中不会产生过大不均匀沉降,不会使刃脚和井身产生裂缝而破坏,使井身保持垂直,便于拆除模板和支撑。

图2 刃脚支设示意/mm

2)内架支设。井壁内模支架采用钢管支撑,钢管支架必须架设稳固。为增加内模的稳定性,采用对撑支架。内模板拼装完毕后,布置对拉螺栓;模板加固时要反复校正其垂直度和沉井内部的净空尺寸,保证其井壁垂直和井内口各边垂直。

2.5 绑扎钢筋及设置钢板止水带

钢筋在施工现场机械成型、人工绑扎,每段井壁竖筋一次绑扎好,且留出锚固长度;水平筋分段绑扎;为保证钢筋位置正确,钢筋接头采用绑扎接头,绑扎时用拉结筋固定好钢筋架，保证其不会产生倾斜,绑扎完毕后预埋爬梯和止水钢板。

2.6 立外模和支架

井壁内外模用可拆卸式穿墙止水螺杆固定,螺杆采用φ16的圆钢,中间设置止水片,拆模时拆去外杆和锥形螺套,再用同标号防水砂浆二度抹平,确保不渗水。在浇捣混凝土时,外模支架必须保证模板不变形、不跑模[4]。

2.7 混凝土浇筑

图纸要求本沉井采用C35密实防水混凝土,抗渗等级为S8。浇筑前对钢筋模板、预留管和预埋件的位置和几何尺寸进行最后检查,确保无误后才能进行浇筑混凝土。

2.8 混凝土的养护及拆模

混凝土浇捣完成后应及时采用自然养护。因施工时间大部在冬季,如气温达到冬季施工的条件,则按照本项目冬季施工方案进行混凝土的浇筑和养护。

3 沉井下沉

3.1 下沉的测量控制

挖土前首先应完成沉井外壁周围的水平控制线弹设,井筒内按4等分标出垂直轴线,对准下部标板吊线坠进行控制(见图3)。定时用2台经纬仪进行垂直偏差观测。挖土时,一旦线坠离墨线达50 mm或标高差在100 mm,应立即纠正。在井筒外壁弹水平线,或在井外壁上两侧用白铅油画出标尺,通过水平尺或水准仪观测沉降,以实现对沉井下沉的控制。对沉井位置、垂直度和标高(沉降值)的观测,每班至少应测量2次,接近设计标高时应加强观测,每2小时1次,预防超沉。沉井下沉测量控制由专人负责、记录,一旦发现存在倾斜、位移和扭转等情况,应及时指挥操作人员纠正,使偏差在允许范围以内。

图3 沉井下沉测量控制方法

3.2 刃脚垫木拆除

拆除垫木首先必须保证沉井刃脚混凝土强度达到100%的设计要求,井壁混凝土强度达到75%,方可进行沉井下沉工作。

3.3 井内挖土

由于本沉井净空较小,井深12 m,决定采用人工绞车和汽车吊配结合的方法将井内土方运出。井内土方采用人工开挖的形式,分层、对称、均匀地进行(图4),挖井从沉井中间开始逐渐挖向四周,每层高0.3～0.4 m,沿刃脚周围保留0.7～1.5 m宽的土堤,然后沿沉井壁每2 m一段向刃脚方向逐层削薄土层,每次削5～8 cm。土层经不住刃脚的挤压而破裂,沉井便在自重作用下均匀垂直挤土下沉,不会产生过大倾斜。如果下沉很少或不下沉,则需要再从中间向下挖0.5 m的土层,再按以上方法在四周同步均匀开挖,挖土次序如图3。下沉的同时沿沉井侧壁每隔竖向1.00 m将膨润土和砂填入沉井与土体间的0.1 m宽的缝隙,保证沉井侧壁和周边土体存在一定的摩阻力,是周围土体不易坍塌,以保证井身的稳定。

图4 沉井下沉挖土顺序

在挖土下沉过程中,工长、测量人员、挖土工人应密切配合,加强观测,及时纠偏。沉井下沉过程中要不断排水,井外采取井点降水法,沉井施工前先把地下水降至沉井设计底标高下1 m左右。避免因内涌产生流砂导致出现地面沉降的情况,以保证沉井在下沉过程中,不发生倾斜。自井中取出的土方应堆放在离井5 m以外的地方,避免因外部土的压力增大,使井发生倾斜。一轮下沉到位后，再进行下轮开挖下沉。在离设计深度20 cm左右应停止取土观察2 d，如靠沉井自重下沉不到位,再用人工慢慢取土。本沉井内的少量渗水采用明沟、集水井排水：在沉井内离刃脚0.5 m挖一圈排水明沟,设3～4个集水井,深度比地下水深1～1.5 m,沟和井底深度随沉井挖土而不断加深;在井内或井壁上设水泵,将地下水排出井外。

3.4 下沉常遇问题及处理方法

下沉常见问题如下：1)下沉极慢或不下沉;2)筒壁下沉时,外侧土随之出现下陷,与筒壁间形成空隙; 3)沉井出现超沉;4)沉井下沉出现倾斜。针对上述4种情况,分别采取以下措施：①在井顶均匀加设其他荷载,以应对下沉慢或不下沉。②在筒壁外侧填充不少于30 cm高的砂或膨润土,随下沉灌入空隙中,以减小下沉的摩阻力。雨季时,应在填砂外侧修筑挡水堤,以阻止雨水进入空隙,防止出现筒壁外的摩阻力接近于零,导致沉井突沉或倾斜。③当沉井下沉接近设计标高时,应加强观测,防止超沉,以保持沉井稳定。④沉井下沉出现倾斜时,通过调整挖土进行纠正,若仍不能改善倾斜状况可在筒壁顶部加荷助压调整。但若一侧已到设计标高,则应采用旋转喷射高压水的方法协助下沉进行纠偏[5]。

3.5 封底

本沉井采用干封底法施工，当沉井下沉到距设计标高0.1 m时，应停止井内挖土和抽水，使其靠自重下沉至设计或接近设计标高,再经2～3 d下沉稳定,或经观测在8 h内累计下沉量不大于10 mm时,即可进行沉井封底。

4 结语

综上可知,沉井施工的特点是：施工工序较多,作业面狭小,下沉控制难度大,安全性要求严,施工连续性要求高,施工技术过程错综复杂。根据实践,可以采用建立以项目经理为首,各部门相互配合的质量保证体系。开工前组织全部进场人员学习施工方案,熟悉图纸及地质状况,进行技术交底,要求施工人员掌握技术要点和难点,以保证施工质量。施工过程中,严格控制开挖尺寸、放坡坡度,严禁随意更改,如必须修改时需经业主、监理确认,履行相关手续后执行;严格控制基底标高,严禁超沉;严格按照图纸要求和相关规范施工,确保施工质量,注意冬季施工的保护措施。只要按照上述要求组织施工,就能保证沉井的施工质量。

[1] CECS 137-2002,给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程[S].

[2] GB50497-2009,建筑基坑工程监测技术规范[S].

[3] 陈少武.浅谈沉井施工的质量控制[J].内蒙古水利,2011(3)：101-103.

[4] 李谦胜.沉井工艺施工180 m3化粪池[J].建筑安全,2004(8)：21-23.

[5] 吴锦贞.浅淡沉井的施工工艺及质量控制措施[J].科技视界,2012 (7)：206-207.

Analysis on Open Caisson Construction Scheme

ZHANG Yan

(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Introduce a construction scheme,which includes equipment foundation casting machine open caisson in a casting plant.According to construction sequence,make detailed analysis on open caisson checking calculation,fabrication and the process of open caisson sink disposal construction.Due to many open caisson construction procedures,narrow operation surface and difficulty of sink control,therefore,special attention shall be paid to organization and cooperation of process during construction so as to ensure the construction quality of open caisson.

open caisson;construction scheme;sink coefficient;foundation ditch;blade's feet cushion rubber

TF813

B

1004-4345(2014)05-0069-03

2014-03-12

张 彦(1983—),男,工程师,主要从事结构设计研究工作。