CN117166510A - 一种深大直径沉井施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深大直径沉井施工方法，包括如下步骤：步骤一、基坑开挖至起沉标高；步骤二、在基坑内施工垫层，底部的砂垫层上设置素混凝土垫层，砂垫层的宽度通过设定的计算公式计算；步骤三、沉井浇筑施工下沉，分节制作，分节下沉；在每节浇筑时，在井筒内外两侧布置双排脚手架，其中外侧支架为落底式，内侧支架为悬挑式，外侧支架和内侧支架连接为一体，分节段进行立模浇筑，每浇筑一节混凝土，拆除内侧支架，待施工下一节混凝土时再重新安装，浇筑完成后再开挖下沉，依次循环直至沉井下沉至落底标高；步骤四、沉井封底。本发明具有安全性、经济性、适用性、工效高等优点。

Description

一种深大直径沉井施工方法

技术领域

本发明涉及沉井施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种深大直径沉井施工方法。

背景技术

沉井基础是以沉井法施工的地下构筑物和深基础的一种型式，是先在地表制作成一个井筒状的结构物即沉井，然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土，使沉井在自重作用下逐渐下沉，达到预定设计标高后，再进行封底，构筑内部结构。广泛应用于桥梁、烟窗、水塔基础、水泵房、地下油库、水池竖井等深井构筑物和盾构或顶管的工作井。

某市政工程W39-W60区段顶管由于受施工场地条件限制，且管道埋深较深，施工采用机械顶管施工，工作井、接收井设计采用沉井法施工。沉井结构尺寸由直径为8000mm和6000mm两种类型组成。现有沉井施工可分为现浇和预制两种类型，现浇通常在内外两侧搭设落地支架作为施工平台，绑扎钢筋、立模、浇筑混凝土、开挖土体、下沉；预制通常在后场分节段制作后，然后用平板车运至施工现场进行拼装。传统的现浇法对埋深较浅的沉井基础很有适用性，但是针对埋深较大的沉井每一次浇筑一个节段之后井筒内的落地支架都要拆除等下一节段沉井浇筑时重新从基底标高重新搭设，这种现浇法工序繁琐、施工效率低、投入的劳力多、消耗大量的材料；预制法虽然工效高，但是在承插口处密实性较差，在后期运营过程中极易发生渗漏，而且在吊装过程中由于重力过大存在一定的安全风险。

因此，针对上述技术存在的问题，亟需一种新的沉井施工方法，该方法不仅能克服现有的施工条件限制起到明显的施工效果，而且满足安全、经济、适用性高、工效高等要求。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种深大直径沉井施工方法，解决了现有施工技术不足的难题，该方法在传统方法的基础上进行了创新，具有安全性、经济性、适用性、工效高等优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种深大直径沉井施工方法，采用现浇施工方法进行沉井施工，具体包括如下步骤：

步骤一、基坑开挖至起沉标高；

步骤二、在基坑内施工垫层，底部的砂垫层上设置素混凝土垫层，素混凝土垫层上为刃脚，刃脚与素混凝土垫层之间的间隙设置砖胎膜，在砖胎膜之间预留PVC套管作为对拉螺杆预留孔，其中，砂垫层的宽度通过如下计算公式计算：B_S≥2h_stanα+B_L，其中B_L为素混凝土宽度、α为扩散角、h_s为砂垫层厚度；

步骤三、沉井浇筑施工下沉，分节制作，分节下沉；在每节浇筑时，在井筒内外两侧布置双排脚手架，其中外侧支架为落底式，内侧支架为悬挑式，外侧支架和内侧支架连接为一体，分节段进行立模浇筑，每浇筑一节混凝土，拆除内侧支架，待施工下一节混凝土时再重新安装，浇筑完成后再开挖下沉，依次循环直至沉井下沉至落底标高；

步骤四、沉井封底。

优选的是，所述步骤二中，素混凝土垫层厚度h_c不小于150mm，且不大于250mm，砂垫层厚度为600mm。

优选的是，所述步骤三中外侧支架包括形成为双层环形结构的外侧大横杆、将双层外侧大横杆连接为一体的多根外侧小横杆，外侧大横杆上下间隔设置为多层，任意相邻的两层外侧大横杆通过多根外侧立杆连接为一体，一一对应的双层外侧立杆通过外侧钢管斜撑连接为一体，外侧立杆的底部通过木垫板连接并固定于地基上，外侧支架与地基之间还设置有多根抛撑，其与地基之间的夹角为45°-60°。

优选的是，安装内侧支架前，在前一节混凝土管节上预埋多根锚筋及对应的多块锚垫板，所述步骤三中内侧支架包括支架支撑结构、设置于支撑结构上的支架主体，所述支撑结构包括多根垂直于井壁固定于锚垫板上的主梁、两端分别固定于主梁端部及主梁正下方的锚垫板上的斜撑以及形成为双层环形结构的固定于多根主梁端部的联梁，所述支架主体包括形成为双层环形结构的内侧大横杆、将双层内侧大横杆连接为一体的多根内侧小横杆，内侧大横杆上下间隔设置为多层，任意相邻的两层内侧大横杆通过多根内侧立杆连接为一体，一一对应的双层内侧立杆通过内侧钢管斜撑连接为一体，内侧立杆的底部固定于地基联梁上，在支架主体的每步处均设置有密目防落网和木脚手板。

优选的是，外侧支架和内侧支架上部通过多根内外侧支架连接杆件连接为一体；内侧支架下部在内侧立杆及主梁的连接处设置竖向的限位钢筋，同时在支架主体上固定设置穿墙式连墙件，其穿设固定于混凝土管节上。

优选的是，外侧支架和内侧支架均间隔设置多跨，外侧大横杆、联梁以及内侧大横杆均通过多根直线型的杆体依次固定连接形成为环形结构。

优选的是，穿墙式连墙件一端提前预埋于混凝土管节上，另一端水平延伸至穿过支架主体，支架主体下部设置的脚手板底部对应穿墙式连墙件位置设置有内凹的凹槽通道，穿墙式连墙件上部恰好位于凹槽通道内，脚手板在凹槽通道两侧对称设置有两组卡合件，每组卡合件包括一对L型卡合杆，其内侧面固定设置有橡胶垫，一对卡合杆的一端对称铰接设置于脚手板的凹槽通道两侧上，另一端固定设置有极性相反的具有相互吸引力的磁铁块，穿墙式连墙件下部恰好通过两组卡合件通过卡合杆对应卡合固定。

优选的是，所述步骤三中沉井下沉采用辅助工法进行，在沉井外壁安装相互连接的水平和竖向的管路，横管上布置直径φ3-5mm，间距为100-150mm的出气孔，通过竖管向横管输送压缩空气以在井壁外侧形成空气幕膜，减少土体和井壁的摩擦力。

本发明至少包括以下有益效果：

现有的大型沉井一般指直径大于1.5m，深度大于2m的井体，而本申请针对的项目沉井直径达5m，埋深12m，远大于一般的大型沉井。具体包括如下优势：

1)经济性：井筒内外两侧布置双排脚手架，其中外侧支架为落底式，内侧支架为悬挑式，对比内外两侧同时布设落底式支架所需材料较少，且安装拆卸方便。

2)工效高：每浇筑一节混凝土后，只需拆除6m的内侧悬挑支架施工速度快，同时借助优化的空气幕膜法可提高沉井下沉速度。

3)可行性：井壁浇筑分节段进行浇筑，每节4m，每节混凝土浇筑时，锚筋、锚垫板、悬挑主梁与斜撑、附墙件都事先预埋在前一节浇筑成型的混凝土管节上，井壁分顺时针浇筑，每层厚度为0.3m，浇筑一圈用时约1.5h。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的模板支架体系平面布置图；

图2为本发明悬挑型钢平面布置；

图3为本发明沉井剖面图；

图4为本发明沉井开挖示意图；

图5为本发明穿墙式连墙件穿设于支架主体的侧视截面图。

附图标记说明：

1、排水沟，2、集水井，3、刃脚，4、素混凝土垫层，5、砂垫层，6、砖胎膜，7、PVC套管，8、井壁，9、外侧大横杆，10、外侧小横杆，11、外侧立杆，12、外侧钢管斜撑，13、锚筋，14、锚垫板，15、主梁，16、联梁，17、斜撑，18、内侧小横杆，19、内侧大横杆，20、内侧立杆，21、内侧钢管斜撑，22、密目防落网，23、木脚手板，24、限位钢筋，25、穿墙式连墙件，26、内外侧支架连接杆件，27、竹胶板，28、方木，29、主楞，30、对拉螺栓，31、竖管，32、横管，33、抛撑，34、卡合杆，35、橡胶垫，36、磁铁块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种深大直径沉井施工方法，主要包括下沉前的准备工作、测量放样、沉井加固、基坑开挖至起沉标高、垫层施工、第一节沉井制作、第一节沉井排水挖土下沉、第i节沉井制作、第i节沉井排水挖土下沉、沉井至设计标高、沉井封底等工序。

具体施工步骤如下：

步骤S1：基坑开挖至起沉标高；测量放样和沉井端头加固之后，定出沉井中心及沉井外壁位置，基坑底尺寸比沉井结构外围尺寸沿周边各放宽1m，沉井的基坑开挖深度为1.5m，以基坑底部周边尺寸按1：1放坡至地面标高，为基坑敞口形。在基坑顶周边设置300×300mm截水沟，与市政排水井相连，并在基坑四周砌筑一道高度为0.2m，宽度为24cm的挡水墙，防止雨水流入基坑；基坑内四周设0.2×0.2m排水沟1，在基坑内四个角点处设置0.6m×0.6m×0.6m集水井2，集水井布设抽水泵，采用抽水泵抽水使水位降至比基坑底面低0.5m。

其中，测量放样为：用全站仪放出沉井结构边线，根据基坑边坡坡度，定出基坑平面的开挖边线后，将防护栏杆、基坑顶排水沟位置撒白灰，并由沉井结构的边线再放出旋喷桩位。沉井加固为：以GPS按设计桩位放点，定位旋喷桩位置，并保护桩位，对每个桩号进行编号，以便于工程施工数据记录，然后依次进行钻机就位、水泥浆制备、钻孔、插管、试喷、喷射作业等工序。

步骤S2：如图4所示，在基坑内施工垫层；为了减轻沉井刃脚对砂垫层或地基土的压力，扩大刃脚支承面积，故施作砂垫层和素混凝土垫层，其中素混凝土垫层设置在砂垫层之上。在刃脚3下设置15cm素混凝土垫层4和60cm砂垫层5(砂垫层的宽度宜根据B_S≥2h_stanα+B_L确定，其中B_L为素混凝土宽度、α为扩散角、h_s为砂垫层厚度)，素混凝土垫层厚度h_c不应小于150mm，且不宜大于250mm，混凝土的强度等级不应低于C20，砂垫层厚度取600mm，砂垫层应采用颗粒级配良好的中砂、粗砂或砾砂，采用平板振动器人工夯实，防止基础不均匀沉降。在刃脚与混凝土垫层之间的空隙采用砖胎膜6，砖胎膜内预埋φ20mmPVC套管7作为对拉螺杆预留孔。

步骤S3：如图1至3所示，沉井采用C30混凝土浇筑，分节制作，分节下沉，每节4m，井壁8厚60cm，依据现场的施工条件和材料力学特性，在每节浇筑时采用内外侧双排脚手架，外侧采用落底式，内侧采用悬挑式，分节段进行立模浇筑，每浇筑一节混凝土，拆除内侧支架，待施工下一节混凝土时再重新安装，浇筑完成后再开挖下沉，依次循环直至沉井下沉至落底标高。具体结构及施工如下：

(1)外侧支架由外侧大横杆9、外侧小横杆10、外侧立杆11、外侧钢管斜撑12、抛撑33等组成，外侧支架包括形成为双层环形结构的外侧大横杆、将双层外侧大横杆连接为一体的多根外侧小横杆，外侧大横杆上下间隔设置为多层，任意相邻的两层外侧大横杆通过多根外侧立杆连接为一体，一一对应的双层外侧立杆通过外侧钢管斜撑连接为一体，立杆11通过木垫板作用在地基上固定。外侧支架每跨对齐且均以两跨为一榀，跨度按照15°等角度布置，横距0.8m，步距1.5m，外侧支架高5m。施工双排脚手架杆件规格为48.3*3.6mm。

(2)在安装内侧悬挑式支架之前，事先在前一节沉井混凝土管节上预埋φ12的锚筋13和锚垫板14，工16型钢主梁15和工16型钢斜撑17分别焊接在锚垫板14上，型钢主梁15和型钢斜撑17通过工16型钢联梁16连接在一起形成整体受力骨架。悬挑主梁与钢斜撑采用焊接与预埋锚垫板连接牢固，主梁联梁采用焊接，焊缝高度不小于10mm，主梁预埋时设置1％的斜度。

(3)在工16型钢联梁上从下至上依次安装内侧立杆20、内侧小横杆18、内侧大横杆19、内侧钢管斜撑21、并在每步处设置密目防落网22和木脚手板23，支架下部通过限位钢筋24和穿墙式连墙件25约束下部变形，支架上部通过内外侧支架连接杆件26约束上部变形。内侧支架包括支架支撑结构、设置于支撑结构上的支架主体，所述支撑结构包括多根垂直于井壁固定于锚垫板上的主梁、两端分别固定于主梁端部及主梁正下方的锚垫板上的斜撑以及形成为双层环形结构的固定于多根主梁端部的联梁，所述支架主体包括形成为双层环形结构的内侧大横杆、将双层内侧大横杆连接为一体的多根内侧小横杆，内侧大横杆上下间隔设置为多层，任意相邻的两层内侧大横杆通过多根内侧立杆连接为一体，一一对应的双层内侧立杆通过内侧钢管斜撑连接为一体，内侧立杆的底部固定于地基联梁上。内侧支架每跨对齐且均以两跨为一榀，跨度按照15°等间距布置，横距0.8m，步距1.5m，内侧支架高6m。施工采用竹脚手板，180mm高挡脚板，均按一步一设，内侧支架每步设置防落网，井壁内外侧脚手架外侧设置满铺密目网。支架内侧钢管斜撑6跨一设，顶部内外侧支架连接措施间隔2跨一设，底部穿墙式连墙件间隔2跨一设，外侧支架间隔2跨设置抛撑，抛撑与地面角度应在45°-60°之间。内侧支架的立杆与悬挑主梁连接处设置限位钢筋，外侧支架底部设置50*200mm木垫板，垫板应尽可能连续设置。外侧支架和内侧支架均间隔设置多跨，外侧大横杆、联梁以及内侧大横杆均通过多根直线型的杆体依次固定连接形成为环形结构，各横杆均设置为直线型，以直代曲加工方便。

如图5所示，穿墙式连墙件25一端提前预埋于混凝土管节上，另一端水平延伸至穿过支架主体，支架主体下部设置的脚手板底部对应穿墙式连墙件位置设置有内凹的凹槽通道，穿墙式连墙件上部恰好位于凹槽通道内，脚手板在凹槽通道两侧对称设置有两组卡合件，每组卡合件包括一对L型卡合杆34，其内侧面固定设置有橡胶垫35，以使得卡合杆转动时适应穿墙式连墙件的硬度，顺利实现转动打开及关闭形成包裹的矩形，一对卡合杆的一端对称铰接设置于脚手板的凹槽通道两侧上，另一端固定设置有极性相反的具有相互吸引力的磁铁块36，穿墙式连墙件下部恰好通过两组卡合件通过卡合杆对应卡合固定。转动并打开两组卡合件对应的卡合杆，让出凹槽通道，然后下放脚手板至恰好位于穿墙式连墙件上，再转动两组卡合件对应的卡合杆，形成为矩形将穿墙式连墙件包裹，并通过相互吸引的磁铁块通过吸引力固定。

(4)浇筑井壁8时模板材料为12mm厚竹胶板27，竖向布置50*100mm方木28，间距200mm，横向布置48.3*3.6mm定型双拼钢管作为主楞29，间距500mm，对拉螺杆采用M16对拉螺栓30，横向间距500mm，竖向间距500mm。

(5)井壁8浇筑分节段进行浇筑，其中每节井壁浇筑为4m，每节混凝土浇筑时，锚筋、锚垫板、悬挑主梁与斜撑、附墙件都事先预埋在前一节浇筑成型的混凝土管节上，井壁浇筑时按0.3m分层顺时针浇筑，浇筑一圈用时约1.5h，施工同一跨内脚手架作业层不大于两层，或同一跨内施工总荷载不大于5KN/m²。

(6)每浇筑一节段之后混凝土到达设计强度后，从上至下依次拆除内侧支架，拆除顺序为扣件式脚手架钢管(立杆、横杆、斜撑)、联梁、主梁、斜撑。

(7)沉井下沉，下沉速度的控制根据土质情况，采用台阶形挖土自重破土下沉，长臂挖机位于基坑外，在挖机长臂范围内，挖机从中间区开始向四周逐层对称开挖，并始终均衡进行，每层的开挖厚度控制在0.5m左右；沉井下沉时当井壁和土体之间的摩擦力较大时，采用空气幕膜法等辅助工法，在沉井外壁安装横向管路和竖向管路，横向管路上布置出气孔(φ3-5mm)间距为100-150mm。通过竖管31向横管32输送压缩空气，在井壁外侧形成空气幕膜，减少土体和井壁的摩擦力。以每4m为一个循环直至下沉到设计标高。竖管沿圆周井壁每30°布置一道。

步骤四、沉井封底，采用排水干封对沉井进行封底作业，沉井下沉到设计标高后，30cm碎石垫层铺筑完成后，井底封底为C15素混凝土厚度0.15m进行2mm厚橡胶沥青防水卷材铺设，防水卷材铺设完成后浇筑5cmC20细石混凝土保护层。保护层浇筑完接着绑扎底板钢筋在浇筑C30防水混凝土。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种深大直径沉井施工方法，其特征在于，采用现浇施工方法进行沉井施工，具体包括如下步骤：

步骤一、基坑开挖至起沉标高；

步骤二、在基坑内施工垫层，底部的砂垫层上设置素混凝土垫层，素混凝土垫层上为刃脚，刃脚与素混凝土垫层之间的间隙设置砖胎膜，在砖胎膜之间预留PVC套管作为对拉螺杆预留孔，其中，砂垫层的宽度通过如下计算公式计算：B_S≥2h_stanα+B_L，其中B_L为素混凝土宽度、α为扩散角、h_s为砂垫层厚度；

步骤三、沉井浇筑施工下沉，分节制作，分节下沉；在每节浇筑时，在井筒内外两侧布置双排脚手架，其中外侧支架为落底式，内侧支架为悬挑式，外侧支架和内侧支架连接为一体，分节段进行立模浇筑，每浇筑一节混凝土，拆除内侧支架，待施工下一节混凝土时再重新安装，浇筑完成后再开挖下沉，依次循环直至沉井下沉至落底标高；

步骤四、沉井封底。

2.如权利要求1所述的深大直径沉井施工方法，其特征在于，所述步骤二中，素混凝土垫层厚度h_c不小于150mm，且不大于250mm，砂垫层厚度为600mm。

3.如权利要求1所述的深大直径沉井施工方法，其特征在于，所述步骤三中外侧支架包括形成为双层环形结构的外侧大横杆、将双层外侧大横杆连接为一体的多根外侧小横杆，外侧大横杆上下间隔设置为多层，任意相邻的两层外侧大横杆通过多根外侧立杆连接为一体，一一对应的双层外侧立杆通过外侧钢管斜撑连接为一体，外侧立杆的底部通过木垫板连接并固定于地基上，外侧支架与地基之间还设置有多根抛撑，其与地基之间的夹角为45°-60°。

4.如权利要求3所述的深大直径沉井施工方法，其特征在于，安装内侧支架前，在前一节混凝土管节上预埋多根锚筋及对应的多块锚垫板，所述步骤三中内侧支架包括支架支撑结构、设置于支撑结构上的支架主体，所述支撑结构包括多根垂直于井壁固定于锚垫板上的主梁、两端分别固定于主梁端部及主梁正下方的锚垫板上的斜撑以及形成为双层环形结构的固定于多根主梁端部的联梁，所述支架主体包括形成为双层环形结构的内侧大横杆、将双层内侧大横杆连接为一体的多根内侧小横杆，内侧大横杆上下间隔设置为多层，任意相邻的两层内侧大横杆通过多根内侧立杆连接为一体，一一对应的双层内侧立杆通过内侧钢管斜撑连接为一体，内侧立杆的底部固定于地基联梁上，在支架主体的每步处均设置有密目防落网和脚手板。

5.如权利要求4所述的深大直径沉井施工方法，其特征在于，外侧支架和内侧支架上部通过多根内外侧支架连接杆件连接为一体；内侧支架下部在内侧立杆及主梁的连接处设置竖向的限位钢筋，同时在支架主体上固定设置穿墙式连墙件，其穿设固定于混凝土管节上。

6.如权利要求4所述的深大直径沉井施工方法，其特征在于，外侧支架和内侧支架均间隔设置多跨，外侧大横杆、联梁以及内侧大横杆均通过多根直线型的杆体依次固定连接形成为环形结构。

7.如权利要求5所述的深大直径沉井施工方法，其特征在于，穿墙式连墙件一端提前预埋于混凝土管节上，另一端水平延伸至穿过支架主体，支架主体下部设置的脚手板底部对应穿墙式连墙件位置设置有内凹的凹槽通道，穿墙式连墙件上部恰好位于凹槽通道内，脚手板在凹槽通道两侧对称设置有两组卡合件，每组卡合件包括一对L型卡合杆，其内侧面固定设置有橡胶垫，一对卡合杆的一端对称铰接设置于脚手板的凹槽通道两侧上，另一端固定设置有极性相反的具有相互吸引力的磁铁块，穿墙式连墙件下部恰好通过两组卡合件通过卡合杆对应卡合固定。

8.如权利要求1所述的深大直径沉井施工方法，其特征在于，所述步骤三中沉井下沉采用辅助工法进行，在沉井外壁安装相互连接的水平和竖向的管路，横管上布置直径φ3-5mm，间距为100-150mm的出气孔，通过竖管向横管输送压缩空气以在井壁外侧形成空气幕膜，减少土体和井壁的摩擦力。