CN102635124B - 一种针对软土地区大型沉井的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对软土地区大型沉井的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：测量放线，表层土体开挖，进行垫层施工并铺设枕木；施工刃脚、首节井筒与地梁的钢筋与模板；在首节井筒与下节井筒的交接处设置一道钢板止水带；浇筑首节井筒与地梁的混凝土并进行养护；凿除刃脚垫层，进行土方开挖，下沉井筒；首节沉井基本稳定后，施工第二节井筒；完成第二节井筒的养护工作后，开挖土方下沉井筒，并继续施工后续各节井筒并下沉井筒；最后一节井筒施工完成，若接近设计标高时下沉速度仍偏快，在未封掉的底板范围内打设松木桩控制井底涌土；下沉沉井，达到封底条件时施工碎石垫层，然后浇捣素混凝土垫层；施工沉井底板，并进行养护。

Description

一种针对软土地区大型沉井的施工方法

技术领域

本发明属于建筑施工领域，特别涉及一种针对软土地区大型沉井的施工方法。

背景技术

沉井既是深基础，又是特殊的施工方法，具有基础工程占地面积小、不需另设围护、可满足对地下空间特定的功能要求等特点。但是在软土地区施工时，由于土质很差、含水量高，大型沉井在下沉过程中经常会出现沉井倾斜和突沉，特别是封底时沉井周边与基底等土体不足以控制沉井下沉，达不到沉井封底的条件，出现超沉和井底涌土等现象。

对位于软土地区的大型沉井，在施工阶段主要考虑两个系数：下沉系数K和下沉稳定系数K＇。下沉系数K在1.05～1.25时符合沉井施工条件，淤泥质土中K取小值。当下沉系数较大、在软弱土层中下沉或沉井可能发生突沉时要验算下沉稳定系数K＇，K＇在0.8～0.9时能满足施工，并能有效防止突沉和封底时超沉。因此，在软土地区，当土质很差时，无法简单地通过控制挖土的方法来解决沉井倾斜、超沉和井底涌土等问题，并且达不到8h内沉井下沉值小于10mm的封底条件。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种针对软土地区大型沉井的施工方法。采用该施工方法能有效调整下沉系数K和下沉稳定系数K＇，确保沉井均衡下沉，解决井底涌土和超沉等难题。

一种针对软土地区大型沉井的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

⑴ 测量放线，表层土体开挖，进行垫层施工并铺设枕木；

⑵ 施工刃脚、首节井筒与地梁的钢筋与模板；

⑶ 在首节井筒与下节井筒的交接处设置一道钢板止水带；

⑷ 浇筑首节井筒与地梁的混凝土并进行养护； 

⑸ 凿除刃脚垫层，进行土方开挖，下沉井筒；

⑹ 首节沉井基本稳定后，施工第二节井筒；

⑺ 完成第二节井筒的养护工作后，开挖土方下沉井筒，并继续施工后续各节井筒并下沉井筒；

⑻ 最后一节井筒施工完成，若接近设计标高时下沉速度仍偏快，在未封掉的底板范围内打设松木桩控制井底涌土；

⑼ 下沉沉井，达到封底条件时施工碎石垫层，然后浇捣素混凝土垫层；

⑽ 施工沉井底板，并进行养护。

优选地，步骤1中的垫层采用80mm厚C20的细石混凝土垫层，垫层上铺设15×25cm的枕木，每段长度枕木为1m，枕木间留设20mm空隙。

优选地，步骤2中的刃脚踏面宽度不小于200mm，刃脚斜面与水平面的夹角宜取45°。土质越差刃脚踏面宽度越大，土质极差时，可将夹角提高到50～60°。

优选地，步骤3中的钢板止水带做法：钢板厚度为3mm，宽度为500mm，通长设置。 

优选地，步骤4中的混凝土采用自拌混凝土泵送施工，沿沉井外围进行对称、均匀浇捣，每层厚度控制在300mm以内，每节混凝土一次浇捣成形。

优选地，步骤5中的土方开挖采用把杆或长臂挖掘机分块、同步、对称均衡取土。

优选地，步骤6中的首节沉井露出地面1m时，使沉井稳定，在刃脚部位和地梁两侧进行土方回填，增加土体的阻力。

优选地，步骤7中的土方开挖采用先开挖中间部位土方，再开挖四周刃脚边土方的方式，每层厚度控制在400~500mm。

优选地，步骤8中的松木桩采用根部直径在200mm左右，梢部直径在160mm以上，长度为5m，采用在PC200挖掘机抓斗上焊接150mm的钢管静压打设，在井底由中央向四周扩展打设，松木桩间距为500mm。

优选地，步骤9中的碎石垫层厚度为100mm，素混凝土垫层厚度为200mm，素混凝土强度为C25。

优选地，步骤10中的封底时采取分块对称施工，先进行沉井四周的底板施工，再进行沉井中央的底板施工。

大型沉井受力性能差，本发明的施工方法首先通过增加刃脚踏面宽度、减小刃脚斜面与水平面的夹角、在沉井底板上增设地梁，施工时将地梁与第一段井壁及刃脚一起施工，增大下沉阻力，控制好沉井下沉系数，从根本上控制沉井的下沉速度与突沉。然后，通过分块、同步、对称均衡取土，先开挖中间土方再开挖四周刃脚边土方。其次，在沉井接近设计标高时，在井底由中央向四周扩展静压打设松木桩，一方面减小土体孔隙比，挤密桩周土体，增加土体固结强度，从而增加土体阻力；另一方面木桩打入土体的间距较密，土体由中部向四周不断挤压，形成强力挤土效应，有效控制下部与外侧土体涌入沉井。最后，达到封底条件时采取分块对称施工，先进行沉井四周底板的施工，再进行沉井中央底板的施工。采用该施工方法能有效调整下沉系数K和下沉稳定系数K＇，确保沉井均衡下沉，解决井底涌土和超沉等难题。

使用本发明的施工方法能解决沉井倾斜、突沉、井底涌土、超沉等问题的主要原理是：⑴通过增加沉井刃脚踏面宽度、减小刃脚斜面与水平面的夹角，增大下沉阻力，适当减小沉井下沉系数K；在沉井底板上增设地梁，增加地基土反力之和，减小并控制好下沉稳定系数K＇，从根本上控制沉井的下沉速度、解决突沉问题。⑵通过分块、同步、对称均衡取土，使沉井能均匀受力，从而均衡下沉；先开挖中间土方再开挖四周刃脚边土方，使沉井侧面与土体的接触面积与摩阻力随土方开挖逐渐减小，从而使沉井稳步下沉、防止突沉。⑶在沉井接近设计标高时，在井底由中央向四周扩展静压打设松木桩，一方面减小土体孔隙比，挤密桩周土体，增加土体固结强度，从而增加土体阻力；另一方面木桩打入土体的间距较密，土体由中部向四周不断挤压，形成强力挤土效应，有效控制下部与外侧土体涌入沉井。⑷达到封底条件时采取分块对称施工，先进行沉井四周底板的施工，再进行沉井中央底板的施工。由于沉井侧面与土体的摩阻力是控制沉井下沉的主要因素，在挖除沉井四周刃脚边土体时会有较大的下沉，因此先进行沉井四周底板的施工可有效控制沉井的设计标高。

本发明的针对软土地区大型沉井的施工方法解决了沉井倾斜、井底涌土、超沉等技术问题，能够确保沉井顺利下沉到位。本发明具有以下优势：①设备简单，不需要打设钢筋混凝土预制管桩或方桩，解决了大型桩机设备的问题；②不需要在沉井底部进行大面积大范围的高压注浆施工，在软土地区进行高压注浆施工造价高而且效果不理想；③施工快捷，可多次调整沉井的总阻力，且调整幅度灵活，确保沉井下沉的速度达到理想值，从而确保沉井顺利下沉到位。

附图说明

图1：大型沉井地梁设置平面图。

图2：大型沉井刃脚节点图。

图3：大型沉井土方开挖平面图。

图4：井底木桩施工布置图。

具体实施方式

本发明的针对软土地区大型沉井的施工方法详细描述如下：

1、软土地区大型沉井的施工

1.1测量放线，表层土体开挖，进行垫层施工并铺设枕木。垫层采用80mm厚C20的细石混凝土垫层，垫层上铺设15×25cm的枕木，每段长度枕木为1m，枕木间留设20mm空隙。

1.2施工刃脚、首节井筒与地梁的钢筋与模板。沉井地梁的设置平面图如图1所示。沉井刃脚节点示意图如图2所示。刃脚踏面宽度（b）不宜小于200mm，土质越差刃脚踏面宽度越大，刃脚斜面与水平面的夹角（α）取45°。土质极差时，可将夹角提高到50～60°。 

1.3在首节井筒与下节井筒的交接处设置一道钢板止水带，钢板厚度为3mm，宽度为500mm，通长设置。 

1.4浇筑首节井筒与地梁的混凝土并养护；混凝土采用自拌混凝土泵送施工，沿沉井外围进行对称、均匀浇捣，每层厚度控制在300mm以内，每节混凝土一次浇捣成形。

1.5凿除刃脚垫层，开挖土方，下沉井筒；开挖土方采用把杆或长臂挖掘机分块同时、同步、对称均衡取土。

1.6首节沉井基本稳定后，施工第二节井筒；首节沉井露出地面1m时，使沉井稳定，在刃脚部位和地梁两侧进行土方回填，增加土体的阻力。

1.7完成第二节井筒的养护工作后，开挖土方下沉井筒，土方开挖方式如图3所示，采用先开挖中间部位土方，再开挖四周刃脚边土方（即挖土顺序为：I→Ⅱ→Ⅲ）。每层厚度控制在400~500mm。并继续施工后续各节井筒并下沉井筒。

1.8继续下沉沉井，如果接近设计标高时下沉速度仍偏快，在未封掉的底板范围内打设松木桩控制涌土；松木桩采用根部直径在200mm左右，梢部直径在160mm以上，长度为5m，采用在PC200挖掘机抓斗上焊接150mm的钢管，在沉井范围内由中央向四周扩展静压打设，松木桩间距为500mm。松木桩施工顺序如图4所示，从I→Ⅱ→Ⅲ依次施工。

1.9下沉沉井，施工厚度为100mm的碎石垫层，然后浇捣厚度为200mm、强度为C25的素混凝土垫层。

1.10、达到设计标高和封底条件（即8h内沉井下沉值小于10mm），进行沉井封底。封底时采取分块对称施工，先进行沉井四周的底板施工，再进行中央的底板施工。

2、质量安全控制详细描述如下

2.1当沉井下沉到距离设计标高0.1m时应停止挖土，使其靠自重下沉至设计标高或接近设计标高，沉井下沉接近设计标高，应进行沉降现测，在8小时内下沉量不大于10mm时，方可封底。排干井内积水、清除浮泥才能进行封底。

2.2干封底时，应符合下列规定：

⑴沉井基底土面应全部挖至设计标高；

⑵井内积水应尽量排干；

⑶混凝土凿毛处应洗刷干净；

⑷浇筑时，应防止沉井不均匀下沉，分格对称进行封底。

2.3沉井下沉过程中要加强观测，勤于分析，做到信息畅通，动态管理，及时调整挖土方法，将问题消灭在萌芽状态。

2.4在原有建筑物附近下沉沉井时，应经常对原有建筑物进行沉降观测，必要时应采取相应的安全措施。

2.5在沉井周围布置起重机、管路和其他重型设备时，应考虑地面的可能沉陷，并采取相应的技术措施。

2.6挖土应分层进行，防止中间锅底挖得太深，或刃脚挖土太快以防突沉伤人。再挖土时，刃脚处，隔墙下不准有人操作或穿行，以免刃脚处切土过快伤人。

临海市城市污水处理厂位于浙江省临海市灵江北岸，其中提升泵池平面成凸形，埋深达到10.8m。设计采用钢筋混凝土沉井结构施工，沉井作为围护结构又作为提升泵池结构。沉井落地面积为201m²，刃脚底标高为-5.3m，泵池底板厚度为50cm标高为-3.5m，泵池室外标高为5.5m。整个沉井埋深为10.8m。泵池结构混凝土标号为C30。沉井长边尺寸为23.0m，短边大头尺寸为15.5m，小头尺寸为4.7m，墙厚600mm，沉井整体重量为1600t。沉井涉及的土层为软土，沉井基底坐落在淤泥层④。地下水位在地表下0.6～1.0m，主要靠大气降水及河水补给。

采用本发明施工方法，顺利将沉井下沉到-4.2m标高，经观测在8h内沉井下沉不大于10mm，将松土修整到-4.3m标高进行封底施工，确保了沉井顺利施工与工程质量。

Claims (7)

1.一种针对软土地区大型沉井的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

⑴ 测量放线，表层土体开挖，进行垫层施工并铺设枕木；

⑵ 施工刃脚、首节井筒与地梁的钢筋与模板；所述刃脚踏面宽度不小于200mm，刃脚斜面与水平面的夹角为45°；

⑶ 在首节井筒与下节井筒的交接处设置一道钢板止水带；

⑷ 浇筑首节井筒与地梁的混凝土并进行养护； 

⑸ 凿除刃脚垫层，进行土方开挖，下沉井筒；土方开挖采用把杆或长臂挖掘机分块、同步、对称均衡取土；

⑹ 首节沉井基本稳定后，施工第二节井筒；

⑺ 完成第二节井筒的养护工作后，开挖土方下沉井筒，并继续施工后续各节井筒并下沉井筒；

⑻ 最后一节井筒施工完成，若接近设计标高时下沉速度仍偏快，在未封掉的底板范围内打设松木桩控制井底涌土；所述松木桩采用根部直径在200mm左右，梢部直径在160mm以上，长度为5m，采用在PC200挖掘机抓斗上焊接150mm的钢管静压打设，在井底由中央向四周扩展打设，松木桩间距为500mm；

⑼ 下沉沉井，达到封底条件时施工碎石垫层，然后浇捣素混凝土垫层；

⑽ 施工沉井底板，封底时采取分块对称施工，先进行沉井四周的底板施工，再进行沉井中央的底板施工，并进行养护。

2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤1中的垫层采用80mm厚C20的细石混凝土垫层，垫层上铺设15×25cm的枕木，每段长度枕木为1m，枕木间留设20mm空隙。

3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤3中的钢板止水带做法：钢板厚度为3mm，宽度为500mm，通长设置。

4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤4中的混凝土采用自拌混凝土泵送施工，沿沉井外围进行对称、均匀浇捣，每层厚度控制在300mm以内，每节混凝土一次浇捣成形。

5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤6中的首节沉井露出地面1m时，使沉井稳定，在刃脚部位和地梁两侧进行土方回填，增加土体的阻力。

6.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤7中的土方开挖采用先开挖中间部位土方，再开挖四周刃脚边土方的方式，每层厚度控制在400~500mm。

7.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤9中的碎石垫层厚度为100mm，素混凝土垫层厚度为200mm，素混凝土强度为C25。