大直径沉井施工质量控制

 

　　 本工程沉井主要是解决雨水及地面水的汇集和排水问题，从而确保地下直径线建成后的正常运行。沉井井壁厚为0.35m，底部为0.45m，设计深度为12.1m。沉井采用钢筋砼结构，出水井采用砌体结构泵井上部通过挑梁做成矩形泵房。底板及井壁混凝土采用C25，抗渗等级为S6，下沉采用不排水下沉，混凝土干封底。沉井按自重下沉计算，单位摩阻力标准值采用20Kpa，沉井的直径和深度比较大，定位及顶管与沉井的碰口要求非常高，施工难度较大，因此对沉井施工质量的控制是必要的，也是非常关键的。

 

　　2、沉井施工前的准备工作

 

　　 本工程沉井埋置较深，设计深度为12.1m，在自然地面下13m，沉井分4节制作，整体下沉方案施工，为方便施工和确保质量，第一节6m（地下部分4m，地上部分2m），其余三节每节2m。基坑土方采用1m3液压反铲挖掘机配合人工挖除，基坑底应平整夯实，并具有足够的承载力，以保证沉井制作过程中不致发生不均匀沉降。并根据设计图纸和沉井平面布置要求设置测量控制网和水准基点，进行定位放线，定出沉井中心轴线和基坑轮廓线，作为沉井制作和下沉定位的依据。

 

　　3沉井结构施工

 

　　3.1、施工工艺流程

 

　　开挖探沟→平整场地→测量放线→开挖基坑→夯实基底→抄平放线验线→铺砂垫层→挖刃脚土模→安设刃脚铁件、绑钢筋→支刃脚、井身模板→浇筑混凝土→养护、拆模→沉井下沉封底→浇筑底板混凝土

 

　　3.2、沉井制作

 

　　（1）基坑开挖及场地排水

 

　　沉井采用在基坑中制作，以减少下沉深度，降低施工作业面，开挖深度为4.0m，基坑每边比沉井宽不少于0.8m，放坡为1：0.3，即开挖下口直径为10m。挖土采用1台反铲挖土机进行，配合人工修坡及平整坑底，挖出的土运到弃土场地堆放。基坑外自然地面进行使之有定向排水坡度的工作面，并开挖排水沟，以防地面水，雨水流入坑内。

 

　　（2）刃脚成形及井壁制作

 

　　沉井基坑挖至地面下600-700mm，在基坑底面上满铺不小于500厚粗砂垫层，在夯实后的砂垫层上进行放线，放出刃脚尺寸线，刃脚部分为钢板和钢筋焊结在一起，然后绑孔钢筋，并铺设垫木支承模板，按尺寸进行支模，沉井分节立模，绑扎钢筋，井筒分节接高，浇筑混凝土。

 

　　 沉井制作下部刃脚的支设，根据实际开挖发现土质较好，故采用砖垫座，沿周长分成6～8段，中间留20mm空隙，以便拆除；砖砌刃脚垫座砌筑应保证刃脚设计要求的刃脚踏面宽度，砖刃脚强度及底面宽度应能抵抗刃脚斜面混凝土的水平推力作用而保持稳定，砖模内壁应用1：3水泥砂浆抹平。

 

　　 沉井刃脚圆弧部分对准圆心铺设，在垫木上支设刃脚、井壁模板，铺设垫木应使顶面保持在同一平面上，用水准仪找平，使高差在10mm以内，并在垫木间用砂填实，垫木中心线应与刃脚中心线重合，垫木埋深为其厚度的一半，在垫架内设排水沟。

 

　　（3）模板工程

 

　　模板的安装顺序：刃脚斜面模板→井孔模板→绑扎钢筋→设内外模间支撑→支立外模板→设内外模间拉筋→调整各部分尺寸→全面紧固支顶、拉杆、拉箍→固定撑杆和拉缆。

 

　　 采用定型钢模板，钢管支撑横向螺栓拉结加固，拉结螺栓中部设钢板止水片，设加固围楞沉井内侧用钢管相互支撑顶牢，确保整体模板的刚度、稳定性和不变形。

 

　　 先支井体内模，一次支到比施工缝略高100mm处，竖缝处用90mm×90mm方木支撑在内部脚手架上，外模亦一次支到施工缝略高100mm处，内外模采用φ14mm止水螺栓对拉固定，间距600mm，井壁之间设置横撑和斜撑，施工台采用钢门式支架搭设，门式架之间采用纵横钢管连接固定。并每隔0.5m设一φ20mm钢丝绳箍紧，同时再设适当斜支撑支顶于基坑壁及外部脚手架上，在外模每隔1.5m水平方向设一300mm×600mm浇筑口，沿高度方向在距刃脚底部1.5m处也设置一道，在上下节水平缝处设企口缝或钢板止水带。模板间缝隙刮腻子，模板与已浇筑混凝土接触处垫50mm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10～15mm，第二节相应缩小一些，以减少下沉摩阻力。模板与刃脚接触的空隙要塞严防止漏浆，沉井的外侧模板采用竖缝支立，立好后严格核对上下口各部分尺寸、井壁的垂直度。支撑拉杆完成后必须检查是否牢固，支第二节模板时模板与地面距离为30cm，不能直接支撑到地面，以免沉井因加重而自动下沉造成新浇筑的混凝土发生裂纹。

 

　　（4）混凝土工程

 

　　（a）浇筑刃脚、井壁砼要注意浇筑顺序，浇筑分层连续进行，每层50cm，上层混凝土必须在下层砼初凝前振捣，将沉井沿周长设多个振捣组，同时浇筑.保证对称均匀下料，防止一侧受压而使模板产生位移、变形，每层必须在2h之内浇筑完毕，振捣时振动器移动间距不大于0.5m，振捣器应避免碰撞钢筋、模板，振捣器插入下层砼内不小于5cm，要快插慢拔，每一振点的振捣时间应使砼表面呈现浮浆和不再下沉，振捣时注意边角、牛腿位置要充分振捣密实，振捣按从下到上、从角到中的顺序，并且严格控制振捣时间，以防过振和漏振。在砼浇筑过程中，应经常观察模板和支撑，发现问题及时采取有效措施进行处理。

 

　　 （b）沉井的第一节与第二节的接驳，按设计要求设置施工缝。施工缝的制作方法：在浇灌混凝土之后，把一长宽高为6*0.1*0.15m的方木镶嵌在混凝土表面，待混凝土凝固之后再取出方木而形成施工缝。施工缝的表面应与井壁相垂直，以防纵轴线方向产生错动的剪力。另外，制作第一节的竖筋时，每条竖筋间隔高出第一节沉井标高30cm、20cm，留与制作第二节沉井时竖筋的绑扎或焊接，以提高两节沉井的结合度。第二节沉井浇筑前，在已硬化的接口处的混凝土表面上，清除水泥薄膜约（1mm）和松动石子以及较弱混凝土层，并加以充分湿润和冲洗干净，且不得积水；在浇筑混凝土前，先在施工缝处铺一层水泥浆或与混凝土内成分相同的厚15～25mm水泥砂浆，或先铺一层减半石子混凝土，在正式继续浇筑混凝土，并细致捣实，使新旧混凝土紧密结合。

 

　　（5）水平施工缝的选择及处理

 

　　施工缝采用凹槽，该处砼应确保密实平整，无高低起伏，砼后期接面要打凿清理，并浇10cm厚减半石子砼，下沉时第一次浇筑的砼强度必须达到95%，第二次浇筑的砼达到75%以上。

 

　　（6）拆模

 

　　（a）在混凝土强度达2.5Mpa以上时，方可拆除直立的侧面模板，且应先内后外。

 

　　（b）当混凝土强度达70％后，方可拆除刃脚斜面的支撑与模板。

 

　　（c）拆模的顺序是：井孔模板→外侧模板→刃脚斜面的支撑及模板，拆除刃脚下的支撑应对称依次进行。

 

　　（7）垫架的拆除

 

　　 沉井混凝土应达到设计强度的100%方可拆除。抽除刃脚下的垫架（垫木）应分区、分组、依次、对称、同步地进行。抽除次序：圆形沉井为先抽一般承垫架，后拆除定位垫架：抽除方法是将垫木底部的土挖去，利用绞磨或推土机将相对垫木抽出。每抽出一根垫木后，刃脚下应立即用砂、卵石或砾砂填实，在刃脚内外侧应填筑成适当高度的小土堤，并分层夯实使下沉重量传给垫层。抽除时要加强观测，注意下沉是否均匀，隔墙木排架拆除后的空穴部分用草袋装砂回填。

 

　　(8)井壁孔洞处理

 

　　 沉井壁中预留有与圆涵管道连接的孔洞，为避免下沉时泥土涌入井内，影响施工操作，另外较大孔洞，还会造成沉井每边重量不等，影响重心偏移，易使沉井产生倾斜，在下沉前必须进行处理。对较大孔洞，可在制作时在洞口预埋铁框、螺栓，用钢板、方木封闭，里面填与空洞混凝土重量相等的砂石或铁块配重。沉井封底后拆除封闭钢板、挡木等。

 

　　4、沉井下沉

 

　　4.1、下沉方式

 

　　 根据地质资料及现场实际情况，本方案采用不排水抓土下沉。

 

　　 下沉时采用长臂勾机取土，抓土从中央开始向两侧进行，井底中央形成锅底后，其高度比刃脚低1～1.5m时，沉井因刃脚承载力的下降而下沉，并将刃脚下的土挤向中央锅底，继续从井孔中抓土，使沉井继续下沉，平均综合下沉速度控制在0.3～0.5m/d。

 

　　4.2、沉前准备工作

 

　　 将所有模板拆除干净，拉结螺栓从根部切割干净用1：2水泥砂浆粉平压光，在沉井外壁弹出水平、中分线并在离沉井10m左右设固定水平控制和中分控制。

 

　　 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，作为判断每个阶段可否下沉、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%，其上各节达到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，沉井制作在拟定高度后，下沉前，应验算下沉系数。

 

　　 4.3、沉井挖土

 

　　 在沉井中间开始逐渐挖向四周，每层挖土厚0.4～0.5m，沿刃脚周围保留0.5～1.5m土堤，然后再沿沉井壁每2～3m一段向逐层全面、对称、均匀的削薄土层，每次削5～10cm，当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，使不产生过大倾斜。如下沉很少或不下沉，可再从中间向下挖0.4～0.5m，并继续向四周均匀掏挖，刃脚下部土方应边挖边清理，使沉井平稳下沉。

 

　　 在下沉过程中，除防止沉井的不均匀下沉及突沉，还应特别强调防止沉井的扭曲变形，内挖土时应严格控制挖土厚度，先中间后四周，均匀对称进行，并根据需要留有土台，逐层切削，使沉井均匀下沉。一轮下沉到地面下，进行第二步绑筋、支模、浇筑混凝土，混凝土采取商品砼。混凝土强度达到50%后，再进行下轮开挖下沉，模板在沉井入土前拆除，在离设计深度20cm左右应停止取土，观察两天，如靠沉井自重下沉不到位，再用人工慢慢取土，使沉井到达设计深度。

 

　　4.4、沉井下沉在刃脚处砼达到设计强度的100%，上部砼达到50%后，抽出承垫木开始沉井下沉挖土，井内土方采用人工开挖，自井的中部向四边对称取土，每次取土深度为30-40cm，每次抽去垫木后，刃脚下应立即用砂或砾砂填实，定位支点处的垫木，应最后同时抽出，以保证沉井在下沉过程中，不出现倾斜。

 

　　4.5、沉井下沉应注意的事项

 

　　1）沉井下沉位置的正确与否，其第一、二节要占70%，开始5m以内，要特别注意保持平面位置与垂直度的正确，以免继续下沉时不易调整。

 

　　2）为减少下沉的摩阻力，最好在沉井的外壁随下沉随填砂的方法，以减轻下沉困难。

 

　　3）挖土从中间开始，对称、均匀地逐步分层向刃脚推进防止锅底挖得太深，在挖土时，刃脚处、隔墙下不准有人操作或穿行，以避免刃脚处切土过快造成突沉伤人。

 

　　4）在沉井开始下沉和将沉至设计标高时，控制抓土的速度来控制下沉的速度，并注意调整沉井，避免沉井发生大量下沉或大的偏斜，造成超沉现象。周边开挖深度应小于30cm或更薄一些，避免发生倾斜，在离设计标高20cm左右应停止取土，依自重下沉至设计标高。

 

　　5）为防止沉井偏斜，施工中应采取的措施

 

　　 A．近刃脚处除清理风化岩及胶结层外，取土面不能大于刃脚。

 

　　 B．周边井孔的取土底面不能低于刃脚1～2m。

 

　　6）下沉过程中经常做好井底标高、下沉量、倾斜和位移的测量工作，随时注意纠偏。每天派专人认真观测沉井周围地面有无坍塌和开裂情况，以便采取有效措施，确保附近设施及其他建筑物的安全。

 

　　7）尽量远弃土，力求向沉井四周均匀弃土，严防堆在沉井一侧，产生偏压造成沉井偏斜。

 

　　8）当每节沉井下沉接高时，应注意：

 

　　 A．接高时沉井地顶面距离地面应不小于0.5m。

 

　　 B．接高前应尽量纠正倾斜和正位，并使接高后各节竖向中轴线在一条直线上。

 

　　 C．为保证上下节间紧密结合，除将下节混凝土顶面凿毛外，并设连接钢筋，增强其连接强度。

 

　　 D．接高前不得将刃脚挖空，必要时应在刃脚下回填或支垫，以防突然下沉。

 

　　9）井下操作人员应戴安全帽，切实注意安全防范。

 

　　4.6、测量控制与观测

 

　　沉井位置标高的控制：在沉井外部地面及井壁顶部四面设置纵横十字中心控制线、水准基点，以控制位置和标高。

 

　　 沉井垂直度的控制：在井筒内按4或8等分标出垂直轴线，各吊线坠一个对准下部标板来控制，并定时用一台经纬仪进行垂直偏差观测。挖土时，随时观测垂直度，当线坠离墨线达50mm，或四面标高不一致时，即应纠正。

 

　　 沉井下沉的控制：在井筒壁周围弹水平线，或在井外壁上两侧用白铅油画出标尺，用水准仪来观测沉降。

 

 

　　 如在沉井过程中出现偏差，可利用偏除土纠偏法。

 

　　 纠正偏斜时，可在刃脚高的一侧除土，刃脚底的一侧支垫，随着沉井的下沉，倾斜即可纠正。纠正位移时，可先有意的偏除土使沉井向偏为方向倾斜，然后沿倾斜方向下沉，直至沉井底面中心与设计中心位置相重合（或接近）时再将其纠正。如位移量较大，一次完不成，可反复几次进行，使其逐渐移近中心位置，最后调整到使倾斜和位移都在允许偏差范围之内为止。

 

　　6、结语

 

　　 大直径沉井施工工艺已经日渐成熟，但如何更好的控制大直径沉井施工质量，是工程施工过程中需要进一步控制和努力的方向，通过此次沉井施工，我们达到了预期的效果，未发生沉降和位移，施工质量得到了很好的控制。