CN111395374A - 一种沉井的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沉井的施工方法，包括施工准备工作，基坑开挖及砂垫层、素砼垫层制作，基坑开挖及砂垫层、素砼垫层制作，沉井第一、二、三节制作，沉井第一次下沉，沉井第四、五节制作，沉井第二次下沉；沉井采用不排水工艺下沉，取土方式为空气吸泥潜水员配合，助沉方式为压沉法下沉和触变泥浆减阻助沉；沉井水下素砼封底，沉井底板制作，管道支墩、排泥井及尾工施工；本发明采用压沉法便于控制沉井姿态，沉井下沉精度高，通过反力系统使得沉井刃脚贯入土层的深度更深，具有足够的下沉系数，可大幅提高沉井下沉速度，对外部土体扰动小，有效防止构筑物易出现不均匀沉降、变形、开裂等现象，下沉过程中井格内土仓不会出现隆起现象。

Description

一种沉井的施工方法

技术领域

本发明涉及沉井施工技术领域，特别地是一种沉井的施工方法。

背景技术

沉井下沉主要穿越土层分别为素填土层，淤泥层,淤泥质黏土层,淤泥质砂层。其中淤泥层和淤泥质黏土层的强度低，渗透性低，含水量高，压缩性搞，灵敏度高，具触变性和流变性。淤泥层和淤泥质黏土层与淤泥质砂层相比，井壁摩阻力与承载力都发生了大幅度的减小。在沉井下沉穿越淤泥质砂层后，进入淤泥质黏土层时，易发生沉井倾斜与突沉的不良现象，易对外部土体带来较大的扰动，构筑物易出现不均匀沉降、变形、开裂等现象；同时沉井抗隆起系数较小，下沉过程中井格内土仓会出现一定程度的隆起现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便于控制沉井姿态，沉井下沉精度高，下沉速度快，对外部土体扰动小，沉井抗隆起系数高的沉井施工方法。

本发明通过以下技术方案实现的：

一种沉井的施工方法，包括以下步骤：

(1)施工准备工作，按照总平面布置图现场布置临设搭建、机械设备及施工用水、用电线路；在沉井四周设置龙门桩，并用石灰粉划出井中心轴线、基坑轮廓线，作为沉井制作和下沉定位的依据；

(2)沉井井位土体采用石灰搅拌桩改良，刃脚底部设置旋喷桩加固，沉井外围设置旋喷桩止水帷幕；

(3)基坑开挖及砂垫层、素砼垫层制作，基坑开挖采用机械挖土和人工修整相结合；基坑开挖结束后，及时铺筑砂垫层；接着在砂垫层上铺筑素砼垫层；

(4)沉井第一、二、三节制作；根据砂垫层承载力σ，分别制作每一节沉井；

公式：

G1-沉井自重

A-刃脚下素砼垫层面积，

[σ]-砂垫层允许承载力值110KPa，极限承载力220KPa；

下卧层承载力演算：

公式：

G1-沉井自重

S——下卧层受力面积

γ砂——取16KN

H——砂垫层厚度

[σ_下]——砂垫层允许承载力值110KPa，极限承载力220KPa；

(5)沉井第一次下沉；沉井采用不排水工艺下沉，第一次下沉采用50t履带吊车配和容积抓斗抓土下沉，对称取土，使沉井均匀下沉；

(6)沉井第四、五节制作；沉井的第四节接高稳定系数：

式中：G—井位自重(KN)

T——井壁总摩阻力

R1——刃脚踏面及斜面下土的支承力

Ff——水浮力

(7)沉井第二次下沉；沉井采用不排水工艺下沉，取土方式为空气吸泥潜水员配合，助沉方式为压沉法下沉和触变泥浆减阻助沉；

(8)沉井水下素砼封底；沉井下沉到位后，采用水下素砼封底；封底后沉井抗浮验算：

在不计沉井侧壁摩阻力的情况，抗浮系数Kf＞1.05。

Kf＝G/F

G——相应阶段沉井的自重(KN)；

F——按施工阶段的最高水位计算浮力(KN)；井内外水位取+1.0m；

(9)沉井底板制作，当素砼封底达到强度后进行抽水，然后分格进行钢筋砼底板浇筑；

10)管道支墩、排泥井及尾工施工；沉井及管道施工结束后，进行管道及井内清洗，井内进行连通管安装，管道支墩、毛石混凝土及排泥井的结构制作。

进一步地，所述步骤(7)中，沉井第二次下沉采用沉压法下沉，沉井内须留有足够高度的土塞来防止沉井外围土体涌入沉井内，造成外部土体沉降，甚至影响井外的管线；再按照终沉阶段土塞高度为3m，同时不考虑沉井内底梁的隔离作用，按照最不利条件进行抗隆起计算，如下：

抗隆起安全系数

FS——沉井底抗隆起安全系数；

qf——滑动土体的AB面上土体的抗隆起极限承载力(KPa)；

H——沉井开挖深度(m)；

q——地表面超载(KN/㎡)；

R——滑动土体的AB面宽度(m)，R＝12.4m；

S——滑动土体的BN面上土体之间的总摩擦力(KN)；

井内外水位取+1.0m：若沉井抗隆起安全系数大于0.8，则沉井不会发生涌土现象。

进一步地，所述步骤(2)中，在进行石灰搅拌桩改良施工前进行工艺性试桩施工，试桩数量不少于2根；桩机就位后，将钻头对准孔位中心，钻机钻进搅拌并喷射压缩空气，搅拌头下钻至试桩标高；

以0.3～0.5m/min的均匀速度提升搅拌机，与此同时开动砂浆泵，将石灰粉从深层搅拌机中心管不断压入土中，由搅拌叶片将石灰粉与深层处的软土搅拌，边搅拌边喷粉直到提至地面，即完成一次搅拌过程；采用相同的方法再一次重复搅拌下沉和重复搅拌喷浆上升，即完成一根柱状加固体；钻机提升至地面以下50cm后，停止喷射，钻头提升至地面后桩机移位。

进一步地，所述步骤(3)中，机械挖土过程中利用水准仪跟踪观察，以随时调整开挖深度；基坑边坡的放坡1：1；沉井基坑底面设置碎石盲沟以及集水井；砂垫层铺设分层进行，砂垫层采用中粗砂，按每层30cm分层铺筑，按15％的含水量边洒水边用平板振捣器振捣密实，保证砂垫层的密实度，用环刀法测试密实度，干容重γ≥1.56t/m³后进行下一层砂垫层铺设；砂垫层上素砼达到预定强度后，根据设计井位在素砼垫层上精确测放沉井平面位置，进行砖胎模施工。

进一步地，所述步骤(4)中，沉井制作包括

起重设备，沉井制作采用50t履带吊机作为起重设备；

脚手工程，沉井制作时，内、外脚手架搭设在砂垫层上，外脚手架沿沉井井壁四周组成整体框架结构，且每隔4m设抛撑一根，外侧用粗眼安全网封闭，内外脚手的作业层铺设竹笆；

模板工程，按照模板的翻样图进行模板拼装、围檩、立筋；模板先立内模，后立外模；模板与钢筋安装相互配合进行，内模架立后完成后在沉井内设置预埋件及穿墙洞；

钢筋工程，钢筋工程包括钢筋表面清理，钢筋调直，钢筋弯曲，钢筋下料和钢筋焊接；

砼工程，砼浇筑时对称平衡进行，采用分层平铺法，振捣时防止漏振和过振现象，以确保砼的质量。

进一步地，所述步骤(5)中，沉井下沉前先凿除刃脚素砼垫层和砖胎模；素砼垫层先内后外对称拆除，并用吊车抓斗将井内碎砖清理干净；在井孔顶部周围预埋钢筋挂钩，当沉井偏移达到允许偏差值1/4时进行纠偏；偏抓时，当抓土斗落至井底后，将抓土头张口用的钢丝绳挂在钢筋挂钩上，并将抓土斗提起后突然松下，抓土斗即偏向井壁落下，再收紧闭口用的钢丝绳，实现偏抓的目的。

进一步地，所述步骤(7)中，压沉法下沉施工包括环形抗拔承台以及反力系统；反力系统包括

设定压入力，地下水最高水位取值为+1.0m；极限承载力公式选取最大值；沉井摩阻力取小值；

根据压入力确定沉井地锚布置形式，地锚采用环形抗拔承台，环形抗拔承台为钢筋砼结构，混凝土强度等级C30；

设置锚箱，锚箱设置在环形抗拔承台上；

设置反力拉索，反力拉索采用高强度钢绞线，反力拉索的底部与锚箱连接，反力拉索的顶部与穿心千斤顶连接；

设置符合安全系数的承压牛腿，承压牛腿采用钢牛腿和钢筋砼牛腿作为穿心千斤顶的承压结构。

进一步地，所述步骤(8)中，沉井水下素砼封底包括：

沉井封底前准备工作，导管上部采用可拆卸的短管，导管下部采用长管；

清基，采用空气吸泥机清除井内锅底浮泥，并将井墙、底梁等与封底砼接触处冲洗干净；

沉井封底，沉井封底采用C20素混凝土；施工时，导管底距井底土面30～40cm，在导管顶部布置3-4m³的漏斗，以确保浇筑时的下料需要；在漏斗的颈部安放球塞，并用绳索或粗铁丝系牢；球塞安放时球塞中心设置在水面以上，在球塞上部先铺一层稠水泥砂浆，使球塞润滑后，再浇砼；漏斗先盛满坍落度较大的砼，然后将球塞慢慢下放一段距离；浇筑时割断绳索或粗铁丝，同时迅速不断向漏斗内灌入混凝土，此时导管内的球塞，空气和水受混凝土重力挤压由管底排出，砼在管底周围堆成圆锥状，将导管下端埋入砼内。

进一步地，根据沉井下沉高度配置反力拉索，从地面钻孔灌注桩顶相接至沉井承压牛腿处；在进行压沉过程中，千斤顶油缸向上顶住上端锚固锁紧装置，反力拉索传递压力至环形抗拔承台；同时承压牛腿受到向下的压力，促使沉井下沉；当沉箱下沉一个油缸行程后，千斤顶油缸缩回，将上端锚固锁紧装置重新调整复位、锁紧反力拉索，如此往复，随后进行下一次压沉施工，直至沉井下沉至设计标高为止。

进一步地，所述步骤(7)中，所述触变泥浆减阻助沉包括以下步骤：

施工布置，根据现场情况，利用工法桩制作时使用的泥浆箱，拌浆棚布置拌浆机1台，压浆泵2台；在地面土层设地表围圈；围圈外侧用粘性土回填分层夯实；

泥浆制备，泥浆采用优质膨润土、CMC、纯碱和水调制而成，膨润土、CMC、纯碱和水的配比按重量比为11:0.3:0.4:100；

压浆，压浆采用压浆泵，正常压注压力为100～800kPa，压浆过程中分别对每个孔进行单独压注，并随沉井下沉不断补浆，使泥浆面始终保持在地面以上0.3m；

灌浆，沉井下沉完毕后，对沉井外侧的环带进行灌浆以置换膨润土泥浆；灌浆从底向上穿过井壁上的灌浆孔；灌浆由普通硅酸盐水泥且水灰比不超0.45的水泥浆组成。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种采用沉井分五节制作二次下沉的施工方法，下沉采用不排水下沉工艺，取土方式为空气吸泥潜水员配合，助沉方式采用压沉法和触壁泥浆减阻助沉；采用压沉法便于控制沉井姿态，沉井下沉精度高，通过反力系统使得沉井刃脚贯入土层的深度更深，从而使得沉井内在保持更高的土塞同时仍然具有足够的下沉系数，可大幅提高沉井下沉速度，对外部土体扰动小，有效防止构筑物易出现不均匀沉降、变形、开裂等现象，下沉过程中井格内土仓不会出现一定程度的隆起现象；采用触变泥浆助沉法较大程度降低沉井对周围土体扰动影响，通过触变泥浆对土体的静力作用按三角形分布，触变泥浆的凝胶状态时，触变泥浆的分子排列形成一定的网状结构骨架，触变泥浆在沉井下沉中起着减少摩擦力和维护土壁稳定的作用。本发明提高了沉井的施工效率和施工质量，具备推广的价值。

附图说明

图1为本发明实施例沉井的施工流程图；

图2为本发明实施例压沉法施工流程图；

图3为本发明实施例沉井分节制作数据图；

图4为本发明实施例旋喷桩施工工艺流程图；

图5为本发明实施例石灰搅拌桩施工工艺流程图；

图6为本发明实施例第一沉井下沉系数分析表；

图7为本发明实施例第一沉井下沉系数表；

图8为本发明实施例第二沉井下沉系数分析表；

图9为本发明实施例第二沉井下沉系数表。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意性实施例及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1，如图1、图3所示，一种沉井的施工方法，包括以下步骤：

(1)施工准备工作，按照总平面布置图现场布置临设搭建、机械设备及施工用水、用电线路；在沉井四周设置龙门桩，并用石灰粉划出井中心轴线、基坑轮廓线，作为沉井制作和下沉定位的依据；需要说明的是，为满足施工机械设备及文明施工的要求，在施工围档内设施工便道，施工便道的结构为：普通区域先铺设25cm厚粉煤灰三渣，再铺设20cm砼；重载车辆及吊车行驶区域先铺设25cm厚道粉煤灰三渣，再铺设25cm砼；砼内表层为Φ8@250双向钢筋网片。沿沉井的边侧搭设钢筋加工场、模板拼装场地、临时堆场，另将建造两层临时彩钢板房，分别作为监理现场办公室、各技术工种办公室(电工、机工、钳工)、医务室、休息室等。在沉井下沉阶段，沉井附近池塘、河浜经协商征用后，拦截作为临时泥浆沉淀池，从附近河道设置汲水口，输送至场地，作为下沉时补充水源之用。

(2)沉井井位土体采用石灰搅拌桩改良，刃脚底部设置旋喷桩加固，沉井外围设置旋喷桩止水帷幕；需要说明的是，为避免沉井下沉施工时对周边环境、建构筑物及管线的影响，在沉井周围设置双排旋喷桩围护。为确保在顶管阶段，沉井不发生沉降，在刃脚底部布置有四排封闭旋喷桩。围护结构的高压旋喷桩按照双排封闭布置，加固深度为地面以下3m至沉井刃脚以下10m；刃脚底部土体加固按照四排封闭旋喷桩布置，加固深度为刃脚至刃脚以下10m。为提高水泥在软土中的混合程度的同时减小对土体的扰动，选用

双重管高压旋喷桩施工，桩间距600mm，搭接长度≥200mm，水泥掺量少于400kg/m。

为满足桩径要求及提高搭接率采用双重管进行施工。

在正式施做前，须进行一根试桩，以确定各种施工参数。参照图4

1)测量放线。确定旋喷加固区域，确定旋喷桩孔位。

2)液压钻机就位钻孔，钻孔钻至旋喷加固标高，要求将钻头对准孔位中心，偏差小于1/2成孔孔径，喷管下至设计旋喷桩底下10cm，同时钻机平面应放置平稳、水平。

3)自下而上地进行旋喷作业，旋喷头边旋转边上升；高压泥浆孔口冒浆正常后才开始旋喷提升。输浆量40L/min，提升速度约15cm/min。

4)接喷射管或旋喷成桩期间发生故障，继续施工时必须将喷管下至停浆面下10cm，以确保旋喷成桩的竖向连续性。

5)将喷头提出地表清洗并移至下一孔位，检查喷嘴情况。

6)做好孔口回灌工作，单桩旋喷施工结束后，由于缩径及空喷的原因，必须做好孔口回灌工作，喷浆量为孔径体积4倍。同时将正常孔口冒浆后浆液，自然引至已施工旋喷孔内，或直接将高压浆管伸入孔内进行孔口回灌。此工作须多次操作，以确保孔口回灌的质量。

7)若部分孔位移位，则扩大移位孔加固范围，在第一次喷射完成后，重新将喷管插入到要求复喷位置进行第二次喷射。

(3)基坑开挖及砂垫层、素砼垫层制作，基坑开挖采用机械挖土和人工修整相结合；机械挖土采用WY-100型液压反铲挖土机，开挖至距坑底标高20cm左右时，应采用人工修坡、平底，防止扰动基地土层，坑底如遇淤泥或松软土质应彻底清除并采用砂性土回填、整平夯实。施工时应尽量减少基坑暴露时间，尽快填入封闭垫层；基坑开挖结束后，及时铺筑砂垫层；接着在砂垫层上铺筑素砼垫层；

(4)沉井第一、二、三节制作；根据砂垫层承载力σ，分别制作每一节沉井；

公式：

G1-沉井自重

A-刃脚下素砼垫层面积，第一沉井92.3㎡，大梁底部素砼面积56.3㎡；第二沉井97.7㎡，大梁底部素砼面积62.4㎡

[σ]-砂垫层允许承载力值110KPa，极限承载力220KPa；

第一节制作完成后：

第一沉井：σ＝(8026+2768)/92.3＝111≈[σ]，允许。

第二沉井：σ＝(9476+3058)/97.7＝112≈[σ]，允许

第二、三节制作完成后

第一沉井：σ＝(8026+17408+2768)/(92.3+56.3)＝185KPa＜极限承载力。

第二沉井：σ＝(9476+3058+23480)/(97.7+62.4)＝203KPa＜极限承载力。在第三节制作完成后，2座沉井砂垫层均会出现沉降。现场做好观测记录。

下卧层承载力演算：

公式：

G1-沉井自重

S——下卧层受力面积

γ砂——取16KN

H——砂垫层厚度

[σ_下]——砂垫层允许承载力值110KPa，极限承载力220KPa；

第一沉井下卧层为淤泥质砂层，考虑采用石灰搅拌桩加固，下卧层[δ]＝100kPa，极限承载力200KPa。

第二沉井下卧层为素耕土层，考虑采用石灰搅拌桩加固，下卧层[δ]＝100kPa，极限承载力200KPa。

第一节制作完成后

第一沉井：σ＝(8026+2768)/186.4+16*1.5＝81.9KPa＜[100],下卧层承载力满足要求。

第二沉井：σ＝(9476+3058)/217.8+16*1.5＝60KPa＜[100]，下卧层承载力满足要求。

第二、三节制作完成后

由于底梁在第二、三次制作时强度已达到100％(时间超过28天)，下卧层承载力计算引入底梁的面积，

第一沉井：σ＝(8026+17408+2768)/(186.4+136.6)+1.5×16＝109.7KPa＜[200]，下卧层承载力满足要求。

第二沉井：σ＝(9476+3058+23480)/(217.8+150.2)＝100.2＜[200]，下卧层承载力满足要求。

(5)沉井第一次下沉；沉井采用不排水工艺下沉，第一次下沉采用50t履带吊车配和容积抓斗抓土下沉，对称取土，使沉井均匀下沉；

(6)沉井第四、五节制作；第一沉井的第四节接高稳定系数：

式中：G—井位自重(KN)，沉井前三节砼自重37344KN；

T——井壁总摩阻力，取值8285KN(参照图6至图9，沉井下沉系数分析)

R1——刃脚踏面及斜面下土的支承力，17416KN

Ff——水浮力，9632KN。

经计算：K2＝0.95＜1，沉井接高稳定性满足要求，第二沉井接高稳定系数K2＝0.96≤1，满足接高稳定性要求。

(7)沉井第二次下沉；沉井采用不排水工艺下沉，取土方式为空气吸泥潜水员配合，助沉方式为压沉法下沉和触变泥浆减阻助沉；

(8)沉井水下素砼封底；沉井下沉到位后，采用水下素砼封底；封底后沉井抗浮验算：

在不计沉井侧壁摩阻力的情况，抗浮系数Kf＞1.05。

Kf＝G/F

G——相应阶段沉井的自重(KN)；

F——按施工阶段的最高水位计算浮力(KN)；井内外水位取+1.0m；

封底施工后

第一沉井抗浮系数Kf＝58689/66590＝0.88＜1.05；

第二沉井抗浮系数Kf＝72592/88610＝0.82＜1.05；

因沉井降水水位主要处于淤泥质粉质粘土层，这层土体的渗透系数比较小，不太适宜采用轻型井点降水，根据本工程沉井的实际情况和以往施工经验，在封底之前，在沉井底部设置4个泄压孔，以满足沉井水封底后抗浮的需要。

(9)沉井底板制作，当素砼封底达到强度后进行抽水，然后分格进行钢筋砼底板浇筑；

(10)管道支墩、排泥井及尾工施工；沉井及管道施工结束后，进行管道及井内清洗，井内进行连通管安装，管道支墩、毛石混凝土及排泥井的结构制作。

具体的，本实施例方案中，所述步骤(7)中，沉井第二次下沉采用沉压法下沉，沉井内须留有足够高度的土塞来防止沉井外围土体涌入沉井内，造成外部土体沉降，甚至影响井外的管线；再按照终沉阶段土塞高度为3m，同时不考虑沉井内底梁的隔离作用，按照最不利条件进行抗隆起计算，如下：

抗隆起安全系数

FS——沉井底抗隆起安全系数；

qf——滑动土体的AB面上土体的抗隆起极限承载力(KPa)；

H——沉井开挖深度(m)；

q——地表面超载(KN/㎡)；

R——滑动土体的AB面宽度(m)，R＝12.4m；

S——滑动土体的BN面上土体之间的总摩擦力(KN)；

井内外水位取+1.0m：若沉井抗隆起安全系数大于0.8，则沉井不会发生涌土现象。经计算，第一沉井抗隆起安全系数0.88＞0.8，第二沉井抗隆起安全系数0.9＞0.8。满足要求，沉井不会发生涌土现象。为满足抗涌要求，意味着土塞从刃脚到泥面的高差为3m，在下沉施工过程中，须保持5m的土塞才能够防止沉井外部的土体涌入井内，从而满足井外管线及海堤保护的要求。

具体的，本实施例方案中，参照图5，所述步骤(2)中，在进行石灰搅拌桩改良施工前进行工艺性试桩施工，试桩数量不少于2根；桩机就位后，将钻头对准孔位中心，钻机钻进搅拌并喷射压缩空气，搅拌头下钻至试桩标高；

以0.3～0.5m/min的均匀速度提升搅拌机，与此同时开动砂浆泵，将石灰粉从深层搅拌机中心管不断压入土中，由搅拌叶片将石灰粉与深层处的软土搅拌，边搅拌边喷粉直到提至地面，即完成一次搅拌过程；采用相同的方法再一次重复搅拌下沉和重复搅拌喷浆上升，即完成一根柱状加固体；钻机提升至地面以下50cm后，停止喷射，钻头提升至地面后桩机移位。

具体的，本实施例方案中，所述步骤(3)中，机械挖土过程中利用水准仪跟踪观察，以随时调整开挖深度；基坑边坡的放坡1：1；沉井基坑底面设置碎石盲沟以及集水井；砂垫层铺设分层进行，砂垫层采用中粗砂，按每层30cm分层铺筑，按15％的含水量边洒水边用平板振捣器振捣密实，保证砂垫层的密实度，用环刀法测试密实度，干容重γ≥1.56t/m³后进行下一层砂垫层铺设；砂垫层上素砼达到预定强度后，根据设计井位在素砼垫层上精确测放沉井平面位置，进行砖胎模施工。

具体的，本实施例方案中，所述步骤(4)中，沉井制作包括

起重设备，沉井制作采用50t履带吊机作为起重设备；

脚手工程，沉井制作时，内、外脚手架搭设在砂垫层上，外脚手架沿沉井井壁四周组成整体框架结构，且每隔4m设抛撑一根，外侧用粗眼安全网封闭，内外脚手的作业层铺设竹笆；需要说明的是，施工期间，为预防沉井可能出现的不同程度的沉降，为安全起见，脚手与井壁是脱离的，距离约30cm。沉井下沉期间，内、外脚手都需拆除。内、外脚手架均为落地扣件式钢管脚手架，脚手架下铺设木模板，钢管为外径48mm、壁厚3.5mm的高频焊接钢管。

模板工程，按照模板的翻样图进行模板拼装、围檩、立筋；模板先立内模，后立外模；模板与钢筋安装相互配合进行，内模架立后完成后在沉井内设置预埋件及穿墙洞；模板采用组合式定型钢模，由“U”型卡连接。在预留洞、井壁底板位置等特殊部位采用木模，在沉井插筋部位用2英寸木板间隔拼装，拼装的木模其表面应进行刨光，拼缝严密平整不漏浆，所有模板表面平整后符合规范要求。围檩立筋采用φ48mm钢管或8#槽钢，拉杆螺栓采用φ14mm螺栓杆，中间设置60×60mm，δ＝3mm的止水片，周边焊，拉杆螺栓设置水平间距75cm，垂直间距60cm。为防止浇砼时爆模应加强支撑及模板接缝处检查，所有拼缝及模板接缝处要逐个检查嵌实，防止漏浆。

模板拉杆螺栓强度计算

拉杆螺栓受振捣砼荷载、砼对侧模压力、倾倒砼产生的荷载等的影响，这几种荷载分别取值如下：

振捣砼时产生的荷载F1取4.0KN/㎡。

砼对侧模压力F2＝0.22Γet0β1β2V1/2

其中：Γe＝25KN/m³(砼容重)

t0＝6h(砼的初凝时间)

β1＝1(外加剂影响修正系数)

β2＝1.15(砼塌落度影响整体系数)

V＝0.5m/h(砼浇筑速度)

F2＝0.22×25×6×1×1.15×0.51/2＝26.8KN/㎡

倾倒砼产生的荷载取：F3＝2.0KN/㎡

则模板最大侧压力

Fmax＝F1+F2+F3＝32.8KN/㎡

模板拉杆承受的拉力P＝F×A

式中:F—混凝土的侧压力(N/㎡)

A—模板拉杆分担的受荷面积(㎡)

P＝F×A＝32800×0.6×0.75＝14760N

拉杆M14其容许拉力为17500N>14760N，符合要求。

钢筋工程，钢筋工程包括钢筋表面清理，钢筋调直，钢筋弯曲，钢筋下料和钢筋焊接；钢筋表面清理：钢筋表面应洁净，粘着的油污、泥土、浮锈使用前必须清理干净；钢筋调直：用机械调直钢筋，调直后的钢筋不得有局部弯曲、死弯、小波浪型；钢筋弯曲：钢筋按设计和规范要求弯钩；钢筋下料：钢筋下料长度应根据构件尺寸、混凝土保护层厚度，钢筋弯曲调整值和弯钩增加长度等规定综合考虑。钢筋焊接：钢筋采用Ⅰ、Ⅱ级钢筋，分别采用E43、E5O焊条。

砼工程，砼浇筑时对称平衡进行，采用分层平铺法，振捣时防止漏振和过振现象，以确保砼的质量。

具体的，本实施例方案中，所述步骤(5)中，沉井下沉前先凿除刃脚素砼垫层和砖胎模；素砼垫层先内后外对称拆除，并用吊车抓斗将井内碎砖清理干净；需要说明的是，当素砼垫层敲拆后，沉井重心偏高，沉井井壁的四周无摩擦力，沉井的下沉系数很大，掏挖刃脚下的砖土若不均匀，将会使沉井产生很大的倾斜，所以在沉井挖土前，沉井的刃脚先采用人工全面同时分层掏挖，挖除的土方先集中在各仓底中央，让沉井逐渐下沉，使沉井刃脚埋在土层中，降低沉井重心；在井孔顶部周围预埋钢筋挂钩，当沉井偏移达到允许偏差值1/4时进行纠偏；偏抓时，当抓土斗落至井底后，将抓土头张口用的钢丝绳挂在钢筋挂钩上，并将抓土斗提起后突然松下，抓土斗即偏向井壁落下，再收紧闭口用的钢丝绳，实现偏抓的目的。

具体的，本实施例方案中，所述步骤(7)中，压沉法下沉施工包括环形抗拔承台以及反力系统；反力系统包括

设定压入力，地下水最高水位取值为+1.0m；极限承载力公式选取最大值；沉井摩阻力取小值；

第一沉井下压力计算

地下水最高水位+1.0m；

极限承载力公式选取最大值；

沉井摩阻力取小值(采取注浆减阻措施)；

第一沉井为圆形沉井，沉井尺寸为外径Φ18.6m，高29.12m，沉井自重为46490KN。

沉井外侧摩阻力F＝17900KN，井内侧摩阻力f＝3014KN

沉井刃脚踏面及底梁反力R取终沉时3倍土层特征承载力值，R＝18047KN

沉井浮力U取终沉时最大，U＝17159KN

则压入力需求为P＝10111KN(沉井终沉阶段，下沉系数1.05计算)

第二沉井下压力计算

地下水最高水位+1.0m；

极限承载力公式选取最大值；

沉井摩阻力取小值(采取注浆减阻措施)；

第二沉井为圆形沉井，沉井尺寸为外径Φ20.6m，高29.4m，沉井自重为56786KN。

沉井外侧摩阻力F＝22840KN，井内侧摩阻力f＝3391KN

沉井刃脚踏面及底梁反力R取终沉时3倍土层特征承载力值，R＝19580KN

沉井浮力U取终沉时最大，U＝20991KN

则压入力需求为P＝10517KN(沉井终沉阶段，下沉系数1.05计算)

根据压入力确定沉井地锚布置形式，地锚采用环形抗拔承台，环形抗拔承台为钢筋砼结构，混凝土强度等级C30；

设置锚箱，锚箱设置在环形抗拔承台上；设置反力拉索，反力拉索采用高强度钢绞线，反力拉索的底部与锚箱连接，反力拉索的顶部与穿心千斤顶连接；设置符合安全系数的承压牛腿，承压牛腿采用钢牛腿和钢筋砼牛腿作为穿心千斤顶的承压结构。

具体的，本实施例方案中，所述步骤(8)中，沉井水下素砼封底包括

沉井封底前准备工作，导管上部采用可拆卸的短管，导管下部采用长管；需要说明的是，导管上部应用2～3节长度为1m左右短管组成，导管提升后便于拆卸，其余部分导管为减少接头漏水现象，可用长导管组成，其最下部一节底端不应带有法兰盘，以免破坏水下砼和管端部的防水效果，导管内壁表面应力求光滑，误差应小于±2mm，导管应有足够抗拉强度，能承受导管自重和盛满砼后的总重量。

清基，顶管井在下沉距设计标高2m时，结合封底要求控制基底土塞高度，确保砼封底厚度，采用空气吸泥机清除井内锅底浮泥，并将井墙、底梁等与封底砼接触处冲洗干净；由潜水员配合测量出土面高度，绘制出土面高程图，进行针对性清基。

沉井封底，沉井封底采用C20素混凝土；施工时，导管底距井底土面30～40cm，在导管顶部布置3-4m³的漏斗，以确保浇筑时的下料需要；在漏斗的颈部安放球塞，并用绳索或粗铁丝系牢；球塞安放时球塞中心设置在水面以上，在球塞上部先铺一层稠水泥砂浆，使球塞润滑后，再浇砼；漏斗先盛满坍落度较大的砼，然后将球塞慢慢下放一段距离；浇筑时割断绳索或粗铁丝，同时迅速不断向漏斗内灌入混凝土，此时导管内的球塞，空气和水受混凝土重力挤压由管底排出，砼在管底周围堆成圆锥状，将导管下端埋入砼内。

参照图2，具体的，本实施例方案中，根据沉井下沉高度配置反力拉索，从地面钻孔灌注桩顶相接至沉井承压牛腿处；在进行压沉过程中，千斤顶油缸向上顶住上端锚固锁紧装置，反力拉索传递压力至环形抗拔承台；同时承压牛腿受到向下的压力，促使沉井下沉；当沉箱下沉一个油缸行程后，千斤顶油缸缩回，将上端锚固锁紧装置重新调整复位、锁紧反力拉索，如此往复，随后进行下一次压沉施工，直至沉井下沉至设计标高为止。

具体的，本实施例方案中，所述步骤(7)中，所述触变泥浆减阻助沉包括以下步骤：

施工布置，根据现场情况，利用工法桩制作时使用的泥浆箱，拌浆棚布置拌浆机1台，压浆泵2台。输浆管道用Φ50的胶管和钢管，竖管均采用Ф25mm镀锌管，水平管采用Ф15mm镀锌管。每一排有4个独立的水平管，共两排，高度分别为刃脚以上3.4m和9.15m。每根竖管与每道水平管单独连接，并有独立的球阀。水平管的砼保护层厚度为3cm，水平管喷气孔在气管位置用于手枪钻在水平管上打出Ф5mm的孔，小孔间距1.5m。为防止压浆时泥浆直接冲射土壁和减少压浆出口处的堵塞，在射口处设角钢L100×100×8mm长度为20cm组成射口围圈。为防止地面土层坍塌而破坏泥浆套，设地表围圈。地表围圈采用钢板、角钢焊接，安装高度顶口高出地面50cm，围圈外侧用粘性土回填分层夯；

泥浆制备，泥浆采用优质膨润土、CMC、纯碱和水调制而成，其配比按重量比为11:0.3:0.4:100，土质变化处稍微做了调整。①比重：采用比重计测定，控制在1.05～1.08之间；②粘度：采用量筒量测600cm3泥浆装入粘度计，泥浆粘度不大于100s；③胶体率：要求达到100％；④PH值：采用PH试纸测试，其值控制在6～8之间。对失水量及泥皮厚、静切力、含砂量按常规控制。当泥浆箱内泥浆存放过久，泥浆老化出现泥皮时，须洒水保养；

压浆，压浆采用压浆泵，正常压注压力为100～800kPa，压浆过程中分别对每个孔进行单独压注，并随沉井下沉不断补浆，使泥浆面始终保持在地面以上0.3m；

灌浆，沉井下沉完毕后，对沉井外侧的环带进行灌浆以置换膨润土泥浆；灌浆从底向上穿过井壁上的灌浆孔；灌浆由普通硅酸盐水泥且水灰比不超0.45的水泥浆组成。灌浆应是水泥和水的均匀混合物，它们的稠度应有足够的流动性但不能过度，以保证灌浆在中等压力下填满所有间隙部分时能流动通畅。

沉井采用触变泥浆减阻助沉，井壁处于触变泥浆套内，在沉井下沉至设计标高后，进行触变泥浆置换，用水泥粉煤灰浆液(1：2)将井壁与周侧土体进行固结，提高井壁外侧摩阻力，满足沉井的抗浮要求。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种沉井的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)施工准备工作，按照总平面布置图现场布置临设搭建、机械设备及施工用水、用电线路；在沉井四周设置龙门桩，并用石灰粉划出井中心轴线、基坑轮廓线，作为沉井制作和下沉定位的依据；

(2)沉井井位土体采用石灰搅拌桩改良，刃脚底部设置旋喷桩加固，沉井外围设置旋喷桩止水帷幕；

(3)基坑开挖及砂垫层、素砼垫层制作，基坑开挖采用机械挖土和人工修整相结合；基坑开挖结束后，及时铺筑砂垫层；接着在砂垫层上铺筑素砼垫层；

(4)沉井第一、二、三节制作；根据砂垫层承载力σ，分别制作每一节沉井；

公式：

G1-沉井自重

A-刃脚下素砼垫层面积，

[σ]-砂垫层允许承载力值110KPa，极限承载力220KPa；

下卧层承载力演算：

公式：

G1-沉井自重

S——下卧层受力面积

γ砂——取16KN

H——砂垫层厚度

[σ_下]——砂垫层允许承载力值110KPa，极限承载力220KPa；

(5)沉井第一次下沉；沉井采用不排水工艺下沉，第一次下沉采用50t履带吊车配和容积抓斗抓土下沉，对称取土，使沉井均匀下沉；

(6)沉井第四、五节制作；沉井的第四节接高稳定系数：

式中：G—井位自重(KN)

T——井壁总摩阻力

R1——刃脚踏面及斜面下土的支承力

Ff——水浮力

(7)沉井第二次下沉；沉井采用不排水工艺下沉，取土方式为空气吸泥潜水员配合，助沉方式为压沉法下沉和触变泥浆减阻助沉；

(8)沉井水下素砼封底；沉井下沉到位后，采用水下素砼封底；封底后沉井抗浮验算：

在不计沉井侧壁摩阻力的情况，抗浮系数Kf＞1.05；

Kf＝G/F；

G——相应阶段沉井的自重(KN)；

F——按施工阶段的最高水位计算浮力(KN)；井内外水位取+1.0m；

(9)沉井底板制作，当素砼封底达到强度后进行抽水，然后分格进行钢筋砼底板浇筑；

(10)管道支墩、排泥井及尾工施工；沉井及管道施工结束后，进行管道及井内清洗，井内进行连通管安装，管道支墩、毛石混凝土及排泥井的结构制作。

2.根据权利要求1所述的一种沉井的施工方法，其特征在于：所述步骤(7)中，沉井第二次下沉采用沉压法下沉，沉井内须留有足够高度的土塞来防止沉井外围土体涌入沉井内，造成外部土体沉降，甚至影响井外的管线；再按照终沉阶段土塞高度为3m，同时不考虑沉井内底梁的隔离作用，按照最不利条件进行抗隆起计算，如下：

抗隆起安全系数

FS——沉井底抗隆起安全系数；

qf——滑动土体的AB面上土体的抗隆起极限承载力(KPa)；

H——沉井开挖深度(m)；

q——地表面超载(KN/㎡)；

R——滑动土体的AB面宽度(m)，R＝12.4m；

S——滑动土体的BN面上土体之间的总摩擦力(KN)；

井内外水位取+1.0m：若沉井抗隆起安全系数大于0.8，则沉井不会发生涌土现象。

3.根据权利要求1所述的一种沉井的施工方法，其特征在于：所述步骤(2)中，在进行石灰搅拌桩改良施工前进行工艺性试桩施工，试桩数量不少于2根；桩机就位后，将钻头对准孔位中心，钻机钻进搅拌并喷射压缩空气，搅拌头下钻至试桩标高；

以0.3～0.5m/min的均匀速度提升搅拌机，与此同时开动砂浆泵，将石灰粉从深层搅拌机中心管不断压入土中，由搅拌叶片将石灰粉与深层处的软土搅拌，边搅拌边喷粉直到提至地面，即完成一次搅拌过程；采用相同的方法再一次重复搅拌下沉和重复搅拌喷浆上升，即完成一根柱状加固体；钻机提升至地面以下50cm后，停止喷射，钻头提升至地面后桩机移位。

4.根据权利要求1所述的一种沉井的施工方法，其特征在于：所述步骤(3)中，机械挖土过程中利用水准仪跟踪观察，以随时调整开挖深度；基坑边坡的放坡1：1；沉井基坑底面设置碎石盲沟以及集水井；砂垫层铺设分层进行，砂垫层采用中粗砂，按每层30cm分层铺筑，按15％的含水量边洒水边用平板振捣器振捣密实，保证砂垫层的密实度，用环刀法测试密实度，干容重γ≥1.56t/m³后进行下一层砂垫层铺设；砂垫层上素砼达到预定强度后，根据设计井位在素砼垫层上精确测放沉井平面位置，进行砖胎模施工。

5.根据权利要求1所述的一种沉井的施工方法，其特征在于：所述步骤(4)中，沉井制作包括

起重设备，沉井制作采用50t履带吊机作为起重设备；

脚手工程，沉井制作时，内、外脚手架搭设在砂垫层上，外脚手架沿沉井井壁四周组成整体框架结构，且每隔4m设抛撑一根，外侧用粗眼安全网封闭，内外脚手的作业层铺设竹笆；

模板工程，按照模板的翻样图进行模板拼装、围檩、立筋；模板先立内模，后立外模；模板与钢筋安装相互配合进行，内模架立后完成后在沉井内设置预埋件及穿墙洞；

钢筋工程，钢筋工程包括钢筋表面清理，钢筋调直，钢筋弯曲，钢筋下料和钢筋焊接；

砼工程，砼浇筑时对称平衡进行，采用分层平铺法，振捣时防止漏振和过振现象，以确保砼的质量。

6.根据权利要求5所述的一种沉井的施工方法，其特征在于：所述步骤(5)中，沉井下沉前先凿除刃脚素砼垫层和砖胎模；素砼垫层先内后外对称拆除，并用吊车抓斗将井内碎砖清理干净；在井孔顶部周围预埋钢筋挂钩，当沉井偏移达到允许偏差值1/4时进行纠偏；偏抓时，当抓土斗落至井底后，将抓土头张口用的钢丝绳挂在钢筋挂钩上，并将抓土斗提起后突然松下，抓土斗即偏向井壁落下，再收紧闭口用的钢丝绳，实现偏抓的目的。

7.根据权利要求1所述的一种沉井的施工方法，其特征在于：所述步骤(7)中，压沉法下沉施工包括环形抗拔承台以及反力系统；反力系统包括

设定压入力，地下水最高水位取值为+1.0m；极限承载力公式选取最大值；沉井摩阻力取小值；

根据压入力确定沉井地锚布置形式，地锚采用环形抗拔承台，环形抗拔承台为钢筋砼结构，混凝土强度等级C30；

设置锚箱，锚箱设置在环形抗拔承台上；

设置反力拉索，反力拉索采用高强度钢绞线，反力拉索的底部与锚箱连接，反力拉索的顶部与穿心千斤顶连接；

设置符合安全系数的承压牛腿，承压牛腿采用钢牛腿和钢筋砼牛腿作为穿心千斤顶的承压结构。

8.根据权利要求1所述的一种沉井的施工方法，其特征在于：所述步骤(8)中，沉井水下素砼封底包括

沉井封底前准备工作，导管上部采用可拆卸的短管，导管下部采用长管；

清基，采用空气吸泥机清除井内锅底浮泥，并将井墙、底梁等与封底砼接触处冲洗干净；

沉井封底，沉井封底采用C20素混凝土；施工时，导管底距井底土面30～40cm，在导管顶部布置3-4m³的漏斗，以确保浇筑时的下料需要；在漏斗的颈部安放球塞，并用绳索或粗铁丝系牢；球塞安放时球塞中心设置在水面以上，在球塞上部先铺一层稠水泥砂浆，使球塞润滑后，再浇砼；漏斗先盛满坍落度较大的砼，然后将球塞慢慢下放一段距离；浇筑时割断绳索或粗铁丝，同时迅速不断向漏斗内灌入混凝土，此时导管内的球塞，空气和水受混凝土重力挤压由管底排出，砼在管底周围堆成圆锥状，将导管下端埋入砼内。

9.根据权利要求7所述的一种沉井的施工方法，其特征在于：根据沉井下沉高度配置反力拉索，从地面钻孔灌注桩顶相接至沉井承压牛腿处；在进行压沉过程中，千斤顶油缸向上顶住上端锚固锁紧装置，反力拉索传递压力至环形抗拔承台；同时承压牛腿受到向下的压力，促使沉井下沉；当沉箱下沉一个油缸行程后，千斤顶油缸缩回，将上端锚固锁紧装置重新调整复位、锁紧反力拉索，如此往复，随后进行下一次压沉施工，直至沉井下沉至设计标高为止。

10.根据权利要求1所述的一种沉井的施工方法，其特征在于：所述步骤(7)中，所述触变泥浆减阻助沉包括以下步骤：

施工布置，根据现场情况，利用工法桩制作时使用的泥浆箱，拌浆棚布置拌浆机1台，压浆泵2台；在地面土层设地表围圈；围圈外侧用粘性土回填分层夯实；

泥浆制备，泥浆采用优质膨润土、CMC、纯碱和水调制而成，膨润土、CMC、纯碱和水的配比按重量比为11:0.3:0.4:100；

压浆，压浆采用压浆泵，正常压注压力为100～800kPa，压浆过程中分别对每个孔进行单独压注，并随沉井下沉不断补浆，使泥浆面始终保持在地面以上0.3m；

灌浆，沉井下沉完毕后，对沉井外侧的环带进行灌浆以置换膨润土泥浆；灌浆从底向上穿过井壁上的灌浆孔；灌浆由普通硅酸盐水泥且水灰比不超0.45的水泥浆组成。

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