浆砌石沉井基础在小型工程中的应用

 

　　目前，面广量大的小型水闸、农桥以及吊机码头等建筑物，由于其本身的造价不高，在投资的角度来看，如这些小型工程采用混凝土桩基础，在经济上就不很合理。因为桩基一般截面尺寸较小，并且其抗弯能力较弱，在水流急、土层软、易淘空的地段上的应用效果也不太理想。另外桩基的施工还容易受周边建筑的制约。而沉井具有基础稳定牢固、适应性广的特点，其利用沉井井壁代替基坑开挖所必需的护壁材料，能充分减少挖土工作量，在小型工程中采用沉井基础可以取得比较好的应用效果。

 

 

　　浆砌石沉井广泛应用于灌泵站、抽水机站等小型工程中。在一些排灌泵站工程中，进水口侧的沉井有双重功能，既可以作为水池，又可以作为河侧软质土层的基础处理结构。在河道交叉口或者急转弯地段，船只过往频繁、水流较紊乱、水位变化幅度大，河岸很容易受河水冲刷挖空，一般的基础护岸容易走样，甚至发生倒坍事故。例如南排护岸的一些交叉口和个别凹荡地段，由于漩涡而形成的河坡变迁可以深达高程-3.8～-4.8m，这时的桩基础受冲刷造成局部淘空，直接给上部结构带来安全隐患。而沉井基础则具有抗倾、抗滑、防淘空等优点，例如某市药厂护岸，采用浆砌石沉井作为基础，在临水面形成一道保护屏障，河道过往船只虽然很多，河岸地势也很高，墙背上所受压力较大，但自建成以来一直运行良好。

 

　　在施工方面，比如护岸工程，其对要求基础的埋置较深，选择沉井基础将具有独特的优势。例如某水干线的浅水闸下右侧有一水冲7m深的坑塘，并且都是粉砂土土质，原先计划是打桩回填护岸，但由于土呈弹性，打桩时易弹出。后来改成浆砌石沉井基础以后，不仅施工顺利，而且工程也稳定牢固。

 

　　按建筑材料来分的话，沉井材料可以分为混凝土、钢筋混凝土、砖砌沉井和浆砌石等。浅基础中浆砌石应用得比较多的原因是浆砌石沉井具有自身重量大易于下沉以及其价格适中的优点。

 

　　一般的沉井的组成部分可以分为刃脚、内隔墙、井壁、封底和承台等。沉井的平面布局由上部建筑的基础截面形状、阻水要求以及基础的受力特点决定。工程中最常见的平面型式是矩形。一般地，口字形和田字形应用于独立基础比较多，而日字形的则应用于条形基础比较多。有时为了避免转角处应力过于集中的现象，将其四角造成圆角。另外，沉井的高度则与地质条件、载荷要求以及上部结构相关，一般的小型工程中应用的浆砌石的高度大多在2m-5m之间。

 

　　3.1浆砌石施工工艺流程

 

　　浆砌石沉井的施工讲究一定的施工顺序，其工艺流程一般由浇筑混凝土刃脚、浆砌沉井井壁和内隔墙、沉井下沉、封底、回填土方、浇筑承台等几部分工艺组成。

 

　　3.2工艺组成构件的施工

 

　　3.2.1浇筑混凝土刃脚

 

　　混凝土刃脚的作用主要是切开土层，其位置在沉井的最底端。混凝土刃脚由于其受力面积很小，在刃脚处受力很集中，所以需要很高的强度。按设计要求来分类的话，沉井刃脚有钢筋混凝土刃脚和素混凝土刃脚，它们应用于不同强度的场合，一般人土强度高则需要应用钢筋混凝土刃脚，小强度只需素混凝土刃脚即可。烧筑混凝土刃脚前需要将土方挖到施工常水位上方的0.2~0.3m的地方。并且需要将基面挖平，在施工期间主要不能扰动原状土，按照要求放样和开挖混凝土刃脚地模以后就可以浇筑混凝土刃脚。

 

　　3.2.2浆砌沉井井壁和内隔墙

 

　　沉井井壁的作用主要是在浆砌石下沉的过程中起到挡土和防水的作用。其也称沉井圈，是沉井基础外端壳部。使用期间沉井井壁就作为沉井基础的组成部分，在混凝土刃脚强度达到设计要求的75%后，井壁和内隔墙就可以开始砌筑。

 

　　砌筑过程中需要注意灰缝饱满，充分考虑井壁和内隔墙的协调性均匀地砌筑，同时也需要遵守承重墙的施工要求。为了使后面工序中顺畅地将沉井下沉，井壁外表面要砌筑得平整，并留有1%~1.5%的余量。在保证沉井有效厚度的基础上，井壁的内表面可以做成毛面，其作用主要是保证井壁石块之间的搭接牢固。另外，内隔墙中还需要预留工作孔洞，这样才能在沉井下沉过程中均衡施工，孔洞的尺寸大约为D80cm。沉井井壁砌筑好以后要主要加强覆盏养护，确保沉井砂浆的强度。

 

　　3.3沉井下沉

 

　　①浆砌石沉井下沉前需要进行验算，确保沉井在自重G作用下能够克服摩阻力f而下沉，一般要求K=G/f>1.05～1.25。对于5m以内下沉深度的沉井，可以按照公式f=1/2UFH计算井壁外侧总摩擦力f。

 

　　式中：U表示沉井的外侧周长（m），F表示井壁单位面积摩擦力，视土质和井壁粗糙程度而定，一般如果土质为软土或粘性土则可取15～25（kN/m2），H为沉井人土深度（m）。

 

　　如果K值不能满足设计要求，就需要对沉井井壁外侧进行处理，有效简易的手段是往井壁外侧灌注泥浆，降低其摩擦力，使沉井顺利下沉。一般处理采用的参数如下：配合比（重量比）为：粘土40％左右；水65％～55％。而泥浆要求的指标为：比重1.2左右，粘度需要大于100S，泥皮厚度要小于3mm，胶体率与稳定性为100％，含沙率应小于4％。

 

　　②确保浆砌石沉井砂浆强度满足设计要求以后才能进行沉井下沉工序的实施，下沉过程中为了方便观测和控制，需要在四个角设置平面和高程控制点。

 

　　③沉井下沉的方法可以采用人工抛挖法、卷扬机吊装法以及水力冲挖法等，但无论采用哪种方法，下沉工艺一旦实施，就不能中途停顿，否则容易出现咬死、倾斜、涌水以及断裂等事故。在下沉施工过程中，不同的情况有不同的处理对策：对于周边地形平坦的沉井，需要保持一致的挖土速度，四周留土也需要保持一致，下沉过程要均衡；对于淤泥土质的沉井，可将其挖成锅底状，在锅底比刃脚低1～1.5m时，沉井可以依靠自重下沉，同时可以把刃脚下土挤向中央锅底；对于粘土土质的沉井，刃脚底部可以不用挖净，四个井壁留有大约5cm厚的土层，因为沉井靠自重下沉时，可以将刃脚地下这部分土切下；对于土质较硬的沉井，在挖到刃脚底部50～60cm的时候就采取对称、均衡开挖，一直重复同样的工序，直到沉井下沉；对于两侧土方高度差比较大的沉井，尤其是两岸侧的土方又硬又高的沉井，则应使岸侧挖土速度比河侧略快，并且岸侧尽量挖空，但是河侧留有一层薄土，这样可以使沉井在下沉时向岸侧倾斜2°～3°，这样定位较准确，避免卡阻现象的出现。

 

　　④对于下沉工艺施工过程中出现的突发现象比如卡阻、倾斜等要注意观察，具体问题具体分析，最终确定对策。例如，由于土质较硬产生的卡阻现象，可以采用挖空刃脚底部土方的方法，如果依然无法解决卡阻现象，这时就需要压重，或者从沉井井壁四周往下灌注泥浆，促使下沉。但如果是由于异物比如木桩等出现卡阻，则应尽快去除木桩。如果出现倾斜现象，则可以挖空一侧土方，再压重或者灌注泥浆。总之在下沉过程中要均衡，实时监测和控制。

 

　　3.4沉井封底

 

　　有的沉井根据设计要求需要封底，但是并不是所有的沉井都要封底。对自身重量有要求而且井孔不需要回填土方或者泵站兼水池功能的沉井对封底工艺的要求比较高。在小型工程中常常采用现烧素混凝土，因此在施工中往往碰到初凝混凝土被地下水负压破坏的情况的出现。所以需要在沉井设置底部反滤层，其施工方法为先将基底挖成过锅底状，使中间下凹，接着再四角设置瓜瓣状的盲沟，盲沟中用碎石填满，然后再在上面铺设一层土工布，并且安装好排水管之后方可进行混凝土的浇筑。有时为了方便控制地下水，排水管采用长瓶。排水管要割去瓶底，具体实施方法为将浸过煤油的线缠绕在长瓶的底部燃烧。埋设好排水管后可以根据需求拧紧或者打开瓶盖，进而能够保证混凝土封底的顺利浇筑和日后的保养。

 

　　3.5回填土方与浇筑混凝土承台

 

　　沉井回填的土方需要采用含水量比较适中的优质土，分层回填的过程中土方需要回填夯实。回填质量和沉井的要求有关，对于不封底的沉井，土方的回填质量要求更高，需要其单位体积重量满足γd>14.5kN/kg。土方回填前需要排干沉井内部的积水。沉井承台即封顶，按照上部结构的受力情况来分类的话，混凝土承台可以分为钢筋混凝土结构和无钢筋混凝土机构。承台需要烧筑在已经回填好的土方上面。如果是空心的沉井，则需要在井内烧筑底模，然后才烧筑混凝土承台。

 

 

　　浆砌石沉井有很强的使用适应性，无论是在河段护岸、还是抽水机站等小型水工建筑物，浆砌石沉井都能应用。在经济上，浆砌石沉井的造价比混凝土桩基低；在运行上，浆砌石沉井可靠并且运行良好；在施工上，浆砌石沉井避免土方的大量搬运。因此在小型工程中，浆砌石沉井基础具有很好的应用前景。