沉井施工常见质量问题及防治措施

 

 

　　沉井是地下工程和深埋基础施工的一种方法。是将位于地下一定深度的建筑物或建筑物基础，先在地面上制作，形成一个上下开口钢筋混凝土井状结构，然后在沉井内不断挖土，借助井体自重而逐步下沉，下沉到预定标高后，进行封底、梁、楼板、内隔墙、顶盖板等构件，最终形成一个地下建筑物。

 

　　沉井施工优点：占地面积小，不需要板桩围护，与大开挖相比较，挖土量小，对邻近建筑物的影响比较小，操作简便，无须特殊的专用设备。在市政工程中被广泛用于泵站、顶管拼装井、大型设备基础等。

 

　　2沉井制作过程的质量问题及防治措施

 

　　2.1沉井混凝土浇筑时倾斜

 

　　1）造成原因：

 

　　①砂垫层厚度不足、不均匀或不密实；

 

　　②没有在砂垫层与素混凝土垫层之间铺垫木，或垫木间距过大、数量不足；混凝土垫层厚度不足或厚度不均匀；

 

　　③混凝土浇筑过程中偏心浇筑；

 

　　④基坑地质差。

 

　　2）防治措施：

 

　　①严格按设计要求厚度铺设砂垫层、混凝土垫层；

 

　　②垫木的选择要合适，布置要合理，数量、尺寸、间距要经由计算确定；

 

　　③混凝土垫层浇筑应均匀；

 

　　④混凝土浇筑时要分层平衡浇筑。如果出现明显倾斜，混凝土浇筑就要停止浇筑，要求待混凝土达到一定强度后进行纠偏，然后再浇筑混凝土；

 

　　⑤在基坑开挖时，注意观察，如果基坑地质较差，要及时进行换填。

 

　　2.2裂缝原因及处理

 

　　沉井施工过程中出现超出设计规范容许的裂缝，如钢筋混凝土出现超出0.3㎜宽的裂缝，或设计不允许出现裂缝而出现裂缝。

 

　　1）造成原因：

 

　　①竖向裂缝的产生主要是设计验算的支撑点过多，与实际情况不符；

 

　　②沉井周围存在不对称荷载及由于沉井倾斜产生较大的侧压力与沉井施工质量差所致，施工中应按前面论述的相应措施予以避免。沉井水平裂缝的产生除避免沉井质量差和倾斜之外，还应检查沉井上部是否被卡住，刃脚下是否挖空太多，使沉井悬吊坑中的承载力与竖向配筋不符，能将沉井拉出水平裂缝。

 

　　2）防治措施：

 

　　①应在沉井内或顶部加压重或用高压水冲切土壁或刃脚下不要挖土太深使沉井能均匀下沉。沉井壁出现裂缝在0.5～1.0㎜以内，一般不作特殊处理，以环氧树脂等将其缝封闭即可（使用有严格要求时，则另行处理）。

 

　　②裂缝宽度达1～2mm以上时，所在井壁钻30～40cm深的孔安装数排直径16～20mm的牵钉，使井壁与填充混凝土或修补混凝土连成整体。牵钉间距约50cm，外露高度约40cm并应有弯钩。

 

　　3沉井下沉过程的质量问题及防治措施

 

　　3.1沉井下沉过程中出现倾斜、扭转或位移

 

　　1）造成原因

 

　　①混凝土垫层未敲碎或敲碎不均匀；

 

　　②拆刃脚垫架时，抽出承垫木未对称同步进行，或未及时回填；

 

　　③刃脚下土质软硬不均

 

　　④除土不均，使井内土面高差过大；

 

　　⑤刃脚下掏空过多，使沉井不均匀突然下沉；

 

　　⑥刃脚一侧或一角被障碍物搁住，未及时发现和处理；

 

　　⑦排水下沉井内除土时大量翻砂；

 

　　⑧井外弃土或河床高低相差过大，偏土压对沉井产生水平推移；

 

　　⑨沉井壁中如预留孔洞，在下沉前未进行填塞封闭处理。

 

　　2）防治措施：

 

　　①混凝土垫层应均匀敲碎；

 

　　②抽出垫木应对称同步进行，及时回填砂砾；

 

　　③随时掌握地层情况，多挖土层较硬地段，土层较软地段应少挖，多留台阶或适当回填和支垫；④严格控制井内除土底面高差；

 

　　⑤严格控制刃脚下除土量；

 

　　⑥及时注意，发现和处理障碍物，对未被障碍物搁住的地段，应适当回填和支垫，防止倾倒；

 

　　⑦刃脚处应适当留有土台，不宜挖通，以免在刃脚下形成翻砂涌水通道，引起沉井偏斜；

 

　　⑧弃土应尽量远弃，或弃于水流冲刷较大的一侧，对河床较低的一侧可抛土（石）回填；即使条件不允许外弃的，也应搬运至离井壁四周影响范围之外处，且四周均匀堆放；

 

　　⑨沉井壁预留孔洞，在下沉前封闭处理。

 

　　3.2摩阻力过，大下沉困难

 

　　1）原因分析：

 

　　①井壁摩阻力太大，超过了沉井本身的自重；

 

　　②刃脚尖端处未挖土或在刃脚方向削土深度不够，从而产生正面的阻力过大。

 

　　③刃脚底部可能遇孤石或大块石等障碍物，沉井局部被搁住，或刃脚被砂砾挤实；

 

　　④遇摩阻力大的土层，未采取减阻措施，或减阻措施遭到破坏，侧面摩阻力增大；

 

　　⑤在软粘性土层中下沉，因故中途停沉过久，侧压力增大而使下沉过慢或停沉。

 

　　2）防治措施：

 

　　①沉井所用的模板表面必须平整光滑，制作时做到拼缝严密，相邻块高差符合要求；

 

　　②采用加重法即在沉井顶面铺设平台，放上泥土、沙袋或石块等重物，使沉井有足够的下沉自重；

 

　　③用人工或水枪掏刃脚下的土层，以减少正面阻力，但挖空高度宜小，逐次进行；

 

　　④在软粘性土层中，对下沉系数不大的沉井，采取连续挖土，连续下沉，中间停歇时间不要过长；

 

　　⑤采用射水法即在井壁腔内的不同高度处对称预埋射水管，在井壁外侧留有喇叭口朝上方的射水嘴，遇下沉缓慢或停沉时，用高压水射水以减少井壁与土层之间的摩阻力；

 

　　⑥采用泥浆润滑套法即在井壁周围空隙中充填触变性较大的泥浆(膨润土20％、火碱5％、水75％)或黄泥浆，使其形成一个具有润滑作用的泥浆套，可以大大减少作用在井壁上摩阻力，并加强管理，防止泥浆流失；

 

　　⑦对于不排水下沉的沉井，可采用抽水法，可以从井孔中抽出一部分，以减少浮力，增加向下压力使沉井下沉；

 

　　⑧在砂砾或卵石等土层中可采用井外挖土的办法减阻；

 

　　⑨沉井外壁做成倾斜或台阶形或在沉井底节台阶形的井壁与土壁间随沉井下沉随时填入粒径10～30㎜的小卵石，借助卵石滚动以减少摩阻力。还可采用泥浆套或空气幕来减少摩阻力。

 

　　3.3沉井下沉到接近设计标高，但因土层软弱摩阻力过小而不能稳定

 

　　1）如不排水下沉时，可向井内注水，增加对沉井的上浮力。

 

　　2）采用排水开挖下沉的可在沉井刃脚斜面设计标高处，提前放置一定数量的块石或混凝土块，使沉井最后落在混凝土块或块石上。

 

　　3）根据具体情况，可采取适当的阻沉法，如井壁外侧设挑翼搁在地面上，沉井内设下横担梁，增大刃脚正面阻力等等。

 

　　3.4沉井过程中发现障碍物

 

　　1）如刃脚下遇到较小的孤石，可将四周土掏空后取出，若障碍物为较大的孤石或大块混凝土等，可用风动工具或爆破成小块后取出。刃脚下孤石打炮眼须与刃脚斜面平行，装药。

 

　　2）量在0.2kg以内，并在其上压放草袋等。如在水下也可用射水管将孤石上面掏洞，用防水袋。

 

　　3）装药后水下爆破：如遇大块铁件，采用排水处理无法实现时，进行水下切割。沉井下有无障碍物，应在施工前调查清楚，便确定合理的设计方案和施工措施，只有在不得已时，才考虑将沉井改装为气压沉箱。

 

　　3.5避免流砂发生的具体作法

 

　　1）采取不排水开挖下沉，减小井内外的水头差。必要时使沉井内的水位高出地下水。

 

　　2）开挖前采用井点、深井或其他办法降低沉井内外地下水。使粉砂层降水固结，降水一直到沉井封底浇筑的底板混凝土达足够强度后方能停止。

 

　　3.6在防止突沉的主要措施

 

　　1）刃脚附近的土不能挖的太深。沉井内合理分格，设一定数量的下框架梁，软弱土层中下沉还可加大刃脚踏面宽度以增大正面阻力。

 

　　2）为了杜绝突然下沉前的滞沉现象，可适当加大下沉系数或采用泥浆套等减少摩阻力的措施。一般情况下应该防止突沉，但在一定条件下也可利用突沉，如可以利用突沉快速穿过薄的流砂层，使井壁将流砂层隔绝；利用突沉使井下端形成在有土塞的情况下开挖，这样也可以减少对沉井周围土体的影响而保护附近设施，但施工时必须认真研究谨慎操作。

 

　　3.7未根据岩面标高做成高低刃脚，或高低刃脚与基岩不吻合时的处理方法

 

　　1）若在这部分刃脚下采取井外降水、井内排水开挖，井外的土不会向井内坍塌时，则可将井内土全部挖净后，一次封底；如果井外土仍向井内坍塌时，则分段局部跳槽挖到基岩并浇筑混凝土，使沉井刃脚与岩面最后用混凝土全部封闭，然后再处理沉井内部。当局部沉井刃脚与基岩面相差数米，仅靠浇筑的混凝土已无法挡住井外土压力时，则可将护壁作成锚杆式或加固井外土体使其自身能挡住井外土压力等。

 

　　2）若井内涌水量大，井外土又容易向井内坍塌，则可采取不排水，并将井内水位提高到足以防止井外泥沙涌人时，利用水下除土的一套办法，一边除土，一边由潜水人员将基岩面处理后用袋装水泥或干搅混凝土堵塞住缺口。全部刃脚下堵塞完毕后，再用上述同样方法清理基岩面进行封底等。

 

　　3）若刃脚距岩层最多达1m左右，开挖时，刃脚外的土又向井内坍塌较多，容易引起沉井倾斜，这时只要井外为砂性土或砂夹石类的土层，则可用尖头带眼的钢管从刃脚下向外斜向打人井外土层至岩面，压水泥浆，使该部分土体加固，然后再逐步将刃脚与岩面间用混凝土填塞封闭。．

 

　　4）根据设计承力与工艺要求，如井底岩层倾斜或凹凸不平，宜将岩面凿成台阶形或榫形；如基坑还要继续向下开挖时，宜采用井中间掏槽的光面控制爆破或人工凿岩，且岩面下的基坑壁只能与沉井内壁平。

 

　　3.8其他情况的处理措施

 

　　1）沉井下沉过程中如遇到了硬质胶结土层或胶结石层等，用抓斗齿无法掏挖而需排水开挖时，则可采用钢钎撬挖；不排水开挖可采用射水管射水或钢制冲头冲击破坏硬质土层。必要时还可打眼爆破，每孔放药量宜控制0.2kg以内。

 

　　2）在含有较多大块石的砂或砂卵石中下沉沉井，采用吸泥、抓土斗或排水开挖有困难时，可考虑在井外周围土层中钻孔压浆或旋喷封闭成截水墙或截水幕。压浆法根据经验，可在10～20m深的砂层或砂卵石层内进行，可使用0.4～0.5MPa的压力，距沉井壁宜＞1.5m。压浆孔距离可视土的紧密程度而定为0.8～1.5m。砂的粒径宜＜0.5mm；水灰比用1：0.8左右，先压稀浆，以后逐步加稠；水泥与砂的配合比可从1：0.5开始，最后用1：2，还可掺用2％～4％氯化钙速凝剂，先压浆孔少掺，后压浆孔多掺。压浆应使用灰浆泵进行，边压浆边逐步提升压浆管，一般每次提升1m左右，每次压浆至进浆困难时为止。等压浆固结后，再排水除去井内土体。

 

　　4沉井封底过程的质量问题及防治措施

 

　　4.1封底困难或无法封底原因分析

 

　　1）地质条件有变化，与设计不一致。

 

　　2）设计刃脚高度不足。

 

　　3）施工经验不足，对沉井下沉没有预见性。

 

　　4.2防治措施

 

　　1）沉井施工之前认真核对地质情况，发现异样时及时通知设计单位进行核算或变更。

 

　　2）设计交底前认真研究施工图纸，了解相关施工经验及教训，确认设计有缺陷时要在交底时提出。

 

　　3）监理人员要及时了解下沉情况，提醒督促施工单位在快要下沉到位时根据实际情况放慢下沉速度或暂停观测。

 

　　总之，要保证沉井的施工质量，其关键在于采取正确的质量控制处理方案，并对沉井施工的各个环节充分重视、精心施工，沉井的施工质量就能够得到保证。