CN118110193A - 复杂地质陆上大直径沉井全过程施工工法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种复杂地质陆上大直径沉井全过程施工工法,属于沉井施工工法领域。解决了施工带来的道路不均匀沉降问题。本发明基坑采用机械开挖,在基坑底铺设粗砂,浇筑混凝土垫层,井内壁预埋工字钢托架平台,沉井内壁支架搭设在工字钢托架平台上,刃脚钢筋在钢筋加工场加工,沉井采用分节制作、分次下沉原则,采用人工风镐进行垫层凿除,实时观测地下水水位,及时采取不排水下沉,刃脚完全入土后,开启泥浆泵,沉井边下沉边注入触变泥浆,沉井下沉稳定后,采用不排水垂直导管法灌注水下封底混凝土,最后,进行底板钢筋绑扎及混凝土浇筑工作。本发明通过对各地层特性及沉井结构进行沉井下沉分析,确保沉井下沉系数及沉井接高稳定性满足要求。

Description

复杂地质陆上大直径沉井全过程施工工法
技术领域
本发明属于沉井施工工法领域,特别是涉及一种复杂地质陆上大直径沉井全过程施工工法,适用于复杂地质富水地层大直径、超深沉井的施工。
背景技术
随着我国基建事业的蓬勃发展,我国沉井建设逐渐走向世界的前列。大型沉井形式因其整体结构刚度大、稳定性好,承载力大能支撑较大荷载、耐久性能好等特点得到更广泛的应用。同时,沉井形式具有其施工干扰小、安全可靠、占地面积小,对周边建筑影响小等特点。由于承载荷载的增加,使沉井尺寸逐步增大,大直径沉井建设逐步成为趋势。但目前对于直径沉井施工技术还处于发展的阶段,下沉过程中沉井的受力特性还未有较多研究成果。沉井工程如采用传统工艺进行施工存在较高局限性,施工不当很容易引发道路和建筑物不均匀下沉、地下水丰富地区降水困难等问题。
发明内容
有鉴于此,为了解决上述背景技术中提到的技术问题,本发明旨在提出一种复杂地质陆上大直径沉井全过程施工工法,为保证内径17m,深33.5m大沉井顺利下沉到位,考虑到沉井周边较空旷,且地下水极其丰富,采用不排水下沉技术进行沉井施工。该工法确保了在复杂地质、地下水丰富的状态下大直径、超深沉井的正常施工,解决了施工带来的道路不均匀沉降的问题。该工法施工方法新颖、安全快速,在城市沉井建设中有着广阔的推广应用前景。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:一种复杂地质陆上大直径沉井全过程施工工法,具体包括以下步骤:
步骤一:基坑排水:在基坑周边设置截水沟,与市政排水井相连,并在基坑边四周砌筑挡水墙,防止雨水流入基坑,在基坑内设置一个集水坑;
步骤二:场地基坑施工:施工中按照设计提供的沉井布设方位,进行测量、放样,确定沉井垫层基坑开挖的范围,然后开挖,第一节沉井制作前,需将沉井基坑进行人工整平,并在基坑底铺设粗砂垫层;
步骤三:模板支架施工:制备井壁模板,制备并安装沉井外侧支架和沉井内侧支架,井内外壁采用双排扣件式脚手架,井内工字钢托架由18A工字钢预埋入沉井井壁;
步骤四:刃脚施工:制备刃脚钢筋,然后将刃脚钢筋加工成刃脚,待钢筋模板固定绑扎完成后进行刃脚混凝土浇筑;
步骤五:井壁施工:井壁施工顺序:刃脚处钢筋向上绑扎→模板安装→混凝土浇筑→沉井下沉→下节沉井钢筋绑扎→模板安装→混凝土浇筑→沉井下沉至最后一节混凝土浇筑;
步骤六:沉井预留洞口处理:顶管进出洞口处需预埋一圈洞门止水钢环板与井壁结构砼一起浇筑,制作并安装沉井洞门钢环,然后在顶管进出位置预留洞口;
步骤七:沉井下沉:混凝土垫层凿除,沉井采用分节制作、分次下沉原则,实时观测地下水水位,及时采取不排水下沉,刃脚完全入土后,开启泥浆泵,沉井边下沉边注入触变泥浆,沉井下沉稳定后进行沉井封底;
步骤八:底板施工:底板钢筋绑扎,底板混凝土浇筑。
更进一步地,步骤三中,沉井井壁模板面板采用18mm厚竹胶板,主楞25号双拼钢筋环向布置,间距450mm,次楞为40×80mm方木,沿沉井竖向布置,间距为150mm,对拉螺栓为M16,螺栓间距450mm。
更进一步地,步骤三中,沉井外侧支架坐落在硬化后的施工平台上,沉井内侧支架坐落在工字钢施工平台上,均满足地基对支架的要求,沉井接高时上节内侧井壁需抽入深度为0.4m的延伸18A工字钢,工字钢间距1.5m,工字钢间铺设5cm厚模板,形成施工平台,内侧双排扣件式脚手架坐落于工字钢托架平台上。
更进一步地,步骤三中,沉井外侧双排脚手架采用抛撑进行辅助加固,内侧双排脚手架采用菱形对撑进行加固,内外侧脚手架使用φ25钢筋进行拉结,间距按照两步两跨进行布置,待拆除架体时,割断拉结钢筋,修复后涂抹防水涂料,内外侧脚手架顶部采用钢管进行整体连接。
更进一步地,井内工字钢托架埋入深度0.4m,间距1.5m,工字钢托架边缘设置1.2m高护栏;制作第二节沉井时,距离顶部1m处埋设工字钢托架,当混凝土达到设计强度后,拆除内部架体至工字钢托架平面位置时,铺设施工作业平台及护栏,沉井第一次下沉到位后,人员通过垂直爬梯至托架作业平台上进行内部架体搭设作业。
更进一步地,步骤四中,刃脚混凝土浇筑顺序为:浇筑采用两台天泵入仓浇筑,对称浇筑,浇筑完一层后在从前一层的起点继续浇筑,沉井刃脚、井壁及底板砼下落度均大于6m;浇筑方式:刃脚浇筑砼时应分层连续进行,每层厚度30cm-50cm,砼初凝时间,结构特点、钢筋疏密综合考虑决定,每层振捣厚度控制在30-50cm,砼采用插入式ZN50振捣器振捣,每次插入振捣的时间为20-30秒,振捣上一层时应插入下一层5-10cm,以使两层砼结合牢固;砼在浇筑完毕后的12h以内对其进行覆盖和浇水养护,刃脚采用覆盖土工布浇水养护,养护时间为14d。
更进一步地,步骤七中,沉井下沉施工划分为初沉、正常下沉、终沉三个阶段,分别采取纠偏控制措施,0-3m为初沉阶段,首先将素砼垫层先内后外对称凿除。测量要在此期间加强观察,当沉井发生倾斜时,应调整凿除位置,尽量使沉井平稳的切入土中;当沉井的下沉到最后2m时进入终沉阶段,放慢取土速度和数量,严格按照均匀对称的原则布置取土范围,当沉井四周控制点高差大于20mm时,及时纠偏。
更进一步地,步骤七中,纠偏控制措施包括偏除土纠偏、井外射水-井内偏除土纠偏、压重纠偏和沉井位置扭转时的纠正,其中偏除土纠偏为在沉井下沉的过程中,减少沉井高的一侧的刃脚下的阻力,而在沉井低的一侧则去提高刃脚下的阻力,在纠偏位移时,会提前将沉井向偏位方向倾斜,随后沉井下沉时要沿着倾斜方向,纠正时要确保沉井底面中轴线与设计中轴线的位置相重合。
更进一步地,步骤七中,沉井封底采用不排水垂直导管法灌注水下封底混凝土,制定沉井封底时间地标准为,经过观测在8h内累计下沉量不大于10mm或沉降率在允许范围内时,沉井下沉已经稳定,即可进行沉井封底。
更进一步地,步骤八中,底板处钢筋迎土侧钢筋保护层厚度为50mm,其余位置钢筋保护层厚度为40mm,采用混凝土垫块,布置间距为1m梅花型布置,厚度与保护层相同;底板垫块采用砼垫块井壁边200mm开始垫垫块,然后垫块按照500×500布置;首先在底板圆心处布置面筋,然后再布置环向钢筋,环向钢筋绑扎好后布置中层双向钢筋网,然后布置上面筋,最后布置拉筋。
与现有技术相比,本发明所述的一种复杂地质陆上大直径沉井全过程施工工法的有益效果是:
(1)本发明沉井制作时预埋工字钢托架,沉井内壁支架搭设在工字钢托架平台上,解决了不排水沉井制作时,沉井内部支架搭设问题。
(2)本发明与传统工法相比本工法沉井井壁预埋注浆管,对沉井外壁注入触变泥浆,填充管道周围的空隙,减少井壁侧模阻力,起到辅助沉井的作用。
(3)本发明通过对各地层特性及沉井结构进行沉井下沉分析,确保沉井下沉系数及沉井接高稳定性满足要求。
(4)本发明采用Midas/civil程序建立模板支架结构分析模型,进行了施工方案的有限元模拟,精确分析了模板支架的受力结果,确保了施工安全。
(5)经济效益。本发明在沉井制作时井内壁预埋工字钢托架平台,沉井内壁支架搭设在工字钢托架平台上,支架无需落在井底,大幅减少了支架使用量。沉井制作时井壁预埋了注浆管,待沉井下沉时,进行触变泥浆注入减少沉井侧摩阻力,辅助沉井顺利下沉,大幅缩短了工期。本发明采用沉井不排水下沉工艺及沉井在黏土层出土各种方法减少了人工成本,大幅节约工期,大幅节约成本。
(6)社会效益。本发明可确保大型沉井在复杂地质条件下顺利施工。与传统工艺沉井制作下沉相比,本发明对附近周边环境影响较小,沉井制作预留洞口封堵更加安全、沉井外壁注触变泥浆减阻措施、沉井黏土层开挖下沉等关键技术措施,解决了大直径、超深沉井复杂地层下沉困难的问题。本发明在复杂地层沉井不排水下沉施工具有良好的应用价值,值得推广和应用,社会效益显著。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为沉井施工流程图;图2为截水沟、挡水墙布置图;图3为1#/2#及4#基坑剖视图;图4为3#基坑剖视图;图5为沉井模板支架设计图;图6为沉井扣件脚手架剖面示意图;图7为沉井扣件脚手架平面示意图;图8为工字钢托架固定示意图;图9为沉井水平施工缝止水钢板示意图;图10为1#沉井水平施工缝止水钢板位置示意图;图11为预留洞口正面加固示意图;图12为混凝土垫层凿除示意图,其中箭头表示破除方向;图13为孔位布置图;图14为泥浆管线及设备布置图;图15为注浆孔位布置图;图16为水下封底混凝土施工钢浮箱平台示意图;图17为水下封底混凝土施工钢浮箱剖面图;图18为底板钢筋绑扎设计图;图19为底板钢筋剖面图,其中箭头表示浇筑顺序;图20为底板分层浇筑示意图。
其中:1-沉井壁,2-内侧双排扣件支架,3-外侧双排扣件支架,4-1.2m高护栏,5-18A工字钢,6-插入深度0.4m,7-钢边橡胶止水带CB-350×10,8-施工缝涂刷混凝土界面剂防水涂料,9-迎水面腻子型膨胀条,10-36a工字钢进行加固,11-10mm厚钢板,12-20a工字钢进行加固,13-一号定位支点,14-二号定位支点,15-三号定位支点,16-四号定位支点,17-沉井井壁,18-混凝土垫层,19-第二层注浆管,20-第一层注浆管,21-单向阀,22-注浆立管,23-锚链,24-钢浮箱,25-下料导管,26-18A工字钢,27-料斗,28-φ48mm护栏,29-150×150×20mm吊耳,30-上层钢筋,31-下层钢筋,32-①号钢筋,33-②号面筋,34-③号钢筋(中层双向钢筋网),35-④号环向钢筋,36-⑤号拉筋。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
参见图1-20说明本实施方式,一种复杂地质陆上大直径沉井全过程施工工法,具体解释如下:
一、施工参数:(1)1#井分6节制作3次下沉、2#井分4节制作3次下沉、3#井及4#井分4节制作2次下沉;
表1沉井参数数据表
(2)、以1#沉井施工工序为例,根据《沉井与气压沉箱施工规范》(GB∕T51130-2016)规定,下沉系数宜为1.05-1.25,在遇软弱土层宜为0.8-0.9。沉井下沉系数详见下表(下沉系数计算均按照刃角清空情况下进行计算,即不计算刃角反力):
表31#-4#工作井下沉系数表
(4)由于1#沉井和2#沉井后期将遇到可塑及硬塑黏土层,黏土层下沉刃角无法被清空,考虑刃角反力时1#沉井及2#沉井下沉系数计算如下:
表41#及2#工作井黏土层下沉系数表
沉井部位 分节高度(m) 井壁摩阻力标准值T(KN) 沉井自重G(KN) 下沉中水的浮托力标准值F(KN) 沉井刃角反力(KN) 下沉系数k
1#⑦-3黏土层位置 33 36968 85936 32646 36821 0.72
2#⑤黏土层位置 28.7 16613 29463 11098 9252 0.71
(5)根据《沉井与气压沉箱施工规范》(GB∕T51130-2016)规定,沉井制作接高稳定性系数小于1。沉井制作前实验人员提前对现场垫层下卧层地基承载力进行测试,与地勘中的地基承载力进行对比分析,重新对沉井接高稳定性进行计算,按照地勘数据沉井接高稳定性计算系数详见下表:
表51#-4#工作井接高稳定性系数表
(二)基坑排水
1、沉井排水:为防止地表水流入基坑内,需在离坡脚边缘30cm处基坑周边设置300×300mm截水沟,与市政排水井相连,并在基坑边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。
排水下沉:沉井基坑内设置一个集水坑,集水坑尺寸设置为50cm(长)×50cm(宽),集水坑深度比开挖面底1.0-1.5m,潜水泵泵放入钢筋笼下吊至集水坑,钢筋笼尺寸为80cm×45cm×45cm钢筋笼用钢丝网包裹。
不排水下沉:沉井开挖下沉中基坑需不停注入水,沉井封底后用两台水泵将井内积水排除。
2、水泵布置:排水下沉:沉井前期(排水下沉法不能让沉井继续下沉即进入沉井后期,之前的称为沉井前期)采用排水下沉,基坑每天排水量为V≥1.5Q,Q,经计算Q为455m³/d,V=682.5m³/d。集水坑内积水量按照Q<28.4m³/h考虑,基坑底距地面按照最大高差为10m,取10m,每个基坑需布置一台水泵,水泵选用65WQ25-50-7.5KW型潜水泵。该泵技术参数为:流量:25m³/h,扬程:35m,电机功率7.5kw。水管选用80mm橡胶钢丝软管,每个井位需要设置集水井处1台水泵,预备1台水泵,则4个沉井共需要水泵8台,现场具体集水坑数量根据现场实际排水量确定。沉井后期采用不排水下沉进行基坑开挖,为保证基坑内外水压平衡,开挖时需向井内不停注水,每个井位同样配备两台65WQ25-50-7.5KW型潜水泵,一用一备。
3、抽排水
排水下沉:基坑内水泵抽排水至地面集水箱汇总,集水箱设置管道横跨便道引入围挡周边排水沟。
不排水下沉:在基坑周边布置集水箱,用水泵将集水箱中的水抽入井内已保持井内水压平衡,由于不排水下沉基坑开挖时渣土中带有大量泥水,本发明在渣土池旁设置过滤池,将渣土中溢流出的泥水收集到过滤池中,经过沉淀过滤抽入集水箱中。
(三)场地基坑施工
1、场地基坑开挖:施工中按照设计提供的沉井布设方位,进行测量、放样,确定沉井垫层基坑开挖的范围。基坑采用机械开挖,1#、2#、4#开挖深度为地面距地下水水位以上0.5m,四周放坡,人工配合进行修整,坡比为1:1.25,基坑四周每侧多预留1m,作为工作平台空间。坑边坡处理方法如下:边坡采用80mmm厚C25喷射混凝土内设φ8@150×150钢筋网进行护坡,坡面采用φ22摩擦钉,长1.5m、水平间距1.5m、竖向间距1m进行坡面加固。3#由于靠近阿什河且地面标高较低,受到汛期影响,3#场地压实后在原地面进行垫层施工。坑底面的浮泥应清除干净,保持底面平整和干燥。沉井施工过程中采取措施保证边坡的稳定性,防止出现塌陷现象。挖土采用1台反铲挖掘机进行,配合人工修坡和平整坑底,挖出的土方用自卸车运至弃土场堆放。距离基坑上部坡脚2m范围内不得进行材料堆载及吊车支撑。4#沉井需将淤泥层进行开挖换填砂层并分层压实后再进行垫层施工。
表61#-4#场地基坑信息统计表
序号 井号 场地基坑开挖深度 砂垫层厚度 砼垫层厚度 备注
1 1#、2#、4# 地面距地下水以上0.5m 1m 0.15m 根据地下水影响适当调整深度
2 3# 压实后地面以上做0.75m垫层 0.6m 0.15m 不进行开挖
2、垫层施工:第一节沉井制作前,需将沉井基坑进行人工整平,并在基坑底铺设粗砂垫层,砂垫层厚度为1#、2#、4#铺设深度为1m,3#铺设深度为0.6m,采用人工机具夯实平整。砂垫层上浇筑0.15mC20混凝土垫层。
(四)模板支架施工
1、井壁模板:沉井井壁模板面板采用18mm厚竹胶板,主楞25号双拼钢筋(环向布置)间距450mm,次楞为40×80mm方木(沿沉井竖向布置)间距为150mm,对拉螺栓为M16,螺栓间距450mm。沉井井壁竹胶板根据井身尺寸,匹配好单片模板尺寸,并应定制形成满足要求的弧形模板,便于有序安装及重复使用。
2、井壁支架:沉井外侧支架坐落在硬化后的施工平台上,内侧支架坐落在工字钢施工平台上,均满足地基对支架的要求,如果井壁外侧施工平台遭到破坏,需对脚手架坐落基础进行压实加固。
井内外壁采用双排扣件式脚手架,立杆的纵距1.5m,立杆的横距0.8m,内排架距离井壁结构0.30m,横杆间步距1.6m。每个步距设置拦腰杆,栏杆高度0.9m,小横杆间距0.75m,底层纵向杆离立杆底端20cm,每3m设置一道抛撑,每层满铺设竹条板,用铁丝绑扎牢固并拉挂安全密目网。为了让施工人员上下脚手架方便,在脚手架每一区域搭设简易倾斜走道或扶梯,倾斜走道斜坡为35°,并铺设竹篱笆和搭设栏杆,在必要处设置上下爬梯,要求高大于2m,上端挂钩必须大于200mm。脚手架要求用剪刀撑、斜撑和八字撑等进行加固。
沉井接高时上节内侧井壁需抽入深度为0.4m的延伸18A工字钢,工字钢间距1.5m,工字钢间铺设5cm厚模板,形成施工平台,内侧双排扣件式脚手架坐落于工字钢托架平台上。
本发明沉井外侧双排脚手架采用抛撑进行辅助加固,内侧双排脚手架采用菱形对撑进行加固,内外侧脚手架使用φ25钢筋进行拉结,间距按照两步两跨进行布置,待拆除架体时,割断拉结钢筋,修复后涂抹防水涂料。内外侧脚手架顶部采用钢管进行整体连接。沉井模板支架布置情况如图5所示。
3、井内工字钢托架:工字钢托架由18A工字钢预埋入沉井井壁,埋入深度0.4m,间距1.5m,工字钢托架边缘设置1.2m高护栏。
制作第二节沉井时,距离顶部1m处埋设工字钢托架,当混凝土达到设计强度后,拆除内部架体至工字钢托架平面位置时,铺设施工作业平台及护栏。沉井第一次下沉到位后,人员通过垂直爬梯至托架作业平台上进行内部架体搭设作业。其余上部沉井节段托架作平台及内部架体施工同上述施工方法。
(五)刃脚施工
1、刃脚钢筋施工
(1)刃脚钢筋在钢筋加工场加工成半成品,并按不同的规格编号标识,堆放在钢筋存放区,汽车吊配合人工将钢筋搬运至工作面,按设计和规范要求进行绑扎、连接。
(2)钢筋的绑扎形式及搭接长度:本发明钢筋直径22≥d≥18mm受力钢筋接头采用焊接或机械连接,优先采用机械连接,直径d>22mm受力钢筋接头采用机械连接。直径d≤16mm受力钢筋、非受力的分布钢筋接头可采用焊接或绑扎搭接,优先采用焊接连接。具体连接形式及要求如下:
①焊接连接:同一构件中相邻纵筋的机械连接接头应相互错开。机械连接接头连接区段的长度为35d(d为连接钢筋的较小直径)且不小于500mm。位于同一连接区段内的受拉纵筋接头面积百分率不应大于50%,纵向受压钢筋可不受限制。焊缝长度:单面焊为10d,双面焊为5d。直径大于28mm的带肋钢筋,其焊接应经试验确定,余热处理钢筋不宜焊接。
②机械连接:同一构件中相邻纵筋的机械连接接头相互错开。机械连接接头连接区段的长度为35d(d为连接钢筋的较小直径)。位于同一连接区段内的受拉纵筋接头面积百分率不宜大于50%,纵向受压钢筋可不受限制。机械连接套筒的混凝土保护层厚度满足钢筋最小保护层厚度的要求,套筒的横向净距不宜小于25mm。
③绑扎搭接:同一构件中相邻纵向受力筋的绑扎搭接接头相互错开。搭接接头连接区段的长度为1.3倍搭接长度。位于同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头面积百分率:对梁类、板类及墙类构件,不宜大于25%。纵向受压钢筋最小搭接长度不应小于上述纵向受拉钢筋搭接长度的70%,且不应小于200mm。
④4个沉井刃脚、井壁、底板钢筋的绑扎形式及搭接长度设计相同后面不在进行描述。
2、刃脚混凝土施工:待钢筋模板固定绑扎完成后进行刃脚混凝土浇筑。
(1)浇筑顺序:混凝土浇筑采用两台天泵入仓浇筑,对称浇筑,浇筑完一层后在从前一层的起点继续浇筑。沉井刃脚、井壁及底板砼下落度均大于6m。可以采用串筒入仓方式进行混凝土浇筑。
(2)浇筑方式:刃脚浇筑砼时应分层连续进行,每层厚度30cm-50cm,砼初凝时间,结构特点、钢筋疏密综合考虑决定,每层振捣厚度控制在30-50cm。砼采用插入式ZN50振捣器振捣,使用振动棒时,振动棒距离模板不大于振捣器作用半径的0.5倍,也不能紧靠模板振动,避免碰撞钢筋、预埋件等,每次插入振捣的时间为20-30秒左右,振捣时注意边角、预留口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,使用插入式振捣器应快插慢拔,插点要均匀排列,逐点移动,顺序进行,不得遗漏,做到均匀振实。移动间距不大于振捣作用半径的1.5倍(一般为30-40cm)。振捣上一层时应插入下一层5-10cm,以使两层砼结合牢固。
(3)刃脚砼养护:砼在浇筑完毕后的12h以内对其进行覆盖和浇水养护,刃脚采用覆盖土工布浇水养护,养护时间为14d。
(4)刃脚砼浇筑分析:以1#沉井刃脚为例,经计算沉井刃脚混凝土需浇筑约697方。按照计划工期1天完成浇筑施工。每台天泵每小时需浇筑约29方。每台天泵工作效率为20-40方每小时,两台天泵满足施工要求。
(六)井壁施工
井壁施工顺序:刃脚处钢筋向上绑扎→模板安装→混凝土浇筑→沉井下沉→下节沉井钢筋绑扎→模板安装→混凝土浇筑→沉井下沉至最后一节混凝土浇筑。
1、井壁钢筋施工
(1)井壁处钢筋迎土侧钢筋保护层厚度为50mm,其余位置钢筋保护层厚度为40mm,采用混凝土垫块,布置间距为1m梅花型布置,厚度与保护层相同。
(2)井壁纵向钢筋沿刃脚处竖向钢筋向上按照每节沉井长度进行绑扎,纵向钢筋绑扎完后绑内侧环向钢筋及外侧环向钢筋,最后布置上部钢筋及拉筋。
(3)井壁与平台板、底板结构相交位置的钢筋采用接驳器进行连接,应根据各结构相对应的钢筋型号预埋钢筋接驳器,考虑沉井下沉过程中接驳器的损耗,应增加10~20%的预埋数量,保证后期钢筋能够有效连接。
2、井壁混凝土施工:待井壁钢筋模板固定绑扎完成后进行井壁混凝土浇筑。
(1)浇筑顺序:井壁混凝土浇筑顺序与刃脚混凝土浇筑顺序相同详见刃脚砼浇筑顺序。
(2)浇筑方式:井壁混凝土浇筑方式与刃脚混凝土浇筑方式相同详见刃脚砼浇筑方式。
(3)施工缝:井壁不得留置竖向施工缝,井壁水平施工缝设在沉井节与节接触处,水平施工缝在侧墙中间设置钢边橡胶止水带7,止水带7上粘贴腻子型膨胀条9。施工缝在浇筑混凝土前,应将其表面浮浆和杂物清除,然后涂刷混凝土界面剂防水涂料8,再浇混凝土。
(4)混凝土凿毛:本发明沉井采用分节制作,分次下沉,下一节沉井浇筑前要对上一节沉井进行接缝处进行凿毛处理。用凿毛机对混凝土表面进行凿毛处理,把表面的浮浆、杂物凿除,用鼓风机或吸尘器清除浮沉、细粒,用高压水枪冲洗一遍,待干燥后,即可进行施工。
(5)井壁混凝土养护:井壁砼在浇筑前完毕后的12h以内对其进行采取覆盖土工布并浇水保持湿润方式进行养护,养护时间为14d,沉井拆除模板后,在距离井壁上边缘5cm处用铆钉进行固定。
(6)井壁砼浇筑分析:经计算沉井井壁最高沉井7m混凝土需浇筑约650方,按照计划工期1天完成浇筑施工,每台天泵每小时需浇筑约28方,每台天泵工作效率为20-40方每小时,两台天泵满足施工要求。
(七)沉井预留洞口处理
1、沉井洞门钢环制作安装:顶管进出洞口处预埋一圈洞门止水钢环板与井壁结构砼一起浇筑,沉井洞口周边钢筋进行补强加固,本发明4个沉井分节制作时考虑到洞门钢环预埋位置,洞门钢环均在第二节沉井制作时进行整体预埋。
洞门钢环安装前应对洞门标高进行测量复核,确保钢环安装位置的准确性,预埋钢环制作精度直径允差20mm,安装误差±10mm,拱底部位可根据施工需要适当预留浇筑孔,待浇筑后用钢板补上焊平。
本发明洞门钢环整体制作安装,内部采用工字钢进行加固支撑,确保钢环吊装与浇筑过程中不变形。
2、预留洞口处理:沉井制作时,顶管进出洞口迎土侧与井壁结构一起浇筑50cm厚砖墙,用1cm厚钢板进行封堵,内侧采用工字钢加固(20a工字钢横向布置,36a工字钢竖向布置),示意图图11所示。
(八)沉井下沉
1、准备工作
(1)敷设取水管路和排浆管路,检查装置设备。
(2)沉井下沉,每节沉井在设计强度达到100%时方能下沉,沉井模板,在混凝土强度达到设计强度的70%及以上时方可拆除;沉井下沉中加强观测,每班至少测量一次,并在每次下沉后进行检查,如发现倾斜、位移时,应随时注意纠正,沉井初沉和终沉阶段应增加观测次数;为防突沉,施工时应控制均匀挖土,在井壁四周靠近刃脚处挖土时,应注意不宜掏挖过深。
(3)沉井制作时在井内外搭设扶梯和平台,井上布置栏杆照明等辅助设施。在沉井四周外井壁设置四处沉井下沉高程控制点,喷制水准尺尺花,在四侧外井壁上端喷制平面位移观察尺花,在施工区域可靠位置,布置后视水准点二只,后视方位二只,要求各控制点、基准点稳固可靠,并根据沉井降水的影响的情况随时进行复测、校正。刃脚踏面底标高必须严格复核。
(4)沉井下沉前,切割井壁上所有对拉螺栓,嵌补好对拉螺栓留下的凹槽,并涂抹砂浆作抗渗处理,井壁上所有预埋插筋均扳弯,以防勾搭或划伤工作人员。
(5)为保证水下封底素砼与井体有较好的连结,下沉前由潜水员检查刃脚位置是否清理干净。
(6)建立测量控制体系。在沉井外壁四等分处设立下沉刻度线和标尺,并安装对准标尺的读数指针,距井壁15-40m处安装牢固校验指针高程基准点的装置,井壁内设立倾斜度控制线进行沉降、位移、倾斜的审核,并按质量控制程序做好详细记录。
2、混凝土垫层凿除:混凝土垫层必须在第一节沉井混凝土已达到设计强度后,方可进行。
混凝土垫层凿除采用人工风镐进行凿除,凿除时应先内后外,分两组按沉井顺时针方向对称凿除混凝土垫层。凿除线应与刃脚底边平齐,凿断的板应立即清除,及时运出井外空地堆放,凿除后的空穴立即用砂进行回填。4个定位支撑点应最后凿除,但不得漏凿,凿除方式见下图所示。
3、开挖下沉
(1)沉井下沉概况:沉井制作及下沉根据“分节制作、分次下沉”原则施工即1#沉井施工为采用六次制作,三次下沉;2#沉井四次制作,三次下沉;3#、4#沉井为四次制作,两次下沉。1#、3#及4#沉井用挖机对垫层破除并清理后,即进行不排水下沉;2#由于存在9m~12m杂填土,对2#沉井井外采取深井降水干施工方法进行开挖下沉,开挖至杂填土层下层的中砂层(约11m深)后停止降水,转为不排水下沉。沉井采用水下封底施工工艺。
(2)2#杂填土段排水下沉:沉井下沉前期根据地下水情况进行排水下沉,下沉速度的控制根据土质情况,采用锅底型挖土自重破土下沉方式。在地面用长臂挖机并在井中布置一台小挖机进行基坑开挖,挖机从中间向四周逐层对称开挖,并始终均衡进行。每层挖土厚度为0.5m,再分层逐渐往刃脚方向开挖土层,刃脚处预留1m左右土垅,垅土区用挖掘机逐层对称均匀地削薄土层,当土垅挡不住刃脚的挤压而破裂时,沉井便在自重作用下破土下沉。根据沉井下沉时地质水文情况实时观测地下水水位,及时采取不排水下沉,避免出现涌水、涌砂现象。
(3)不排水下沉:根据地勘显示,本发明沉井下沉过程中均会遇到不同厚度的砂层及黏土层,为应对地层变化,本发明不排水下沉采用长臂挖机出土、伸缩臂挖机出土、履带吊+重力式抓斗出土、空气吸泥机出土、冲水吸泥机出土、大功率搅吸泵出土、反循环钻机+重力式抓斗出土等施工方法进行沉井下沉施工。
①长臂挖机及伸缩臂挖机出土:根据沉井井壁下沉深度以及黏土层地层标高及时安排长臂挖机或伸缩臂挖机进行出土,长臂挖机及伸缩臂挖机出土时需搭设施工平台,本发明施工平台采用水撼砂搭设,上部铺设钢板。
②履带吊+重力式抓斗出土:现场配备履带吊,利用履带吊起放抓斗,抓斗重量8吨,抓斗利用自重深入井内覆土层后收紧收缩瓣进行抓土施工。
③空气吸泥机出土:空气吸泥机由空气输送管、吸泥器、吸泥管、排泥管和射水管、射水头及其联结件组成。动力是空气压缩机和高压水泵。空气吸泥机是由空气压缩机输送足够风量进入吸泥器的风包内,并向吸泥机管内喷射,形成圆锥行高速气流,向排泥管出口排放,从而带走吸泥管和排泥管中的泥水和空气。而在吸泥器下部造成负压,产生吸力,将泥砂、石块和水吸入吸泥管,随同高压气流连续不断排出排泥管外,达到出土的效果。
④冲吸设备出土(冲水吸泥机出土及大功率搅吸泵出土):中粗砂层采用冲水吸泥设备进行不排水下沉施工。施工过程中,采用吸泥机除土、吸泥时,沉井内大量的水被吸走,使井内水位逐渐降低,与井外产生水位差,为防止泥沙因水位差由刃脚涌入井内,施工过程中配备抽水泵向井内灌水补充,将井内水位始终保持高于井外水位1~2m范围内,避免下沉过程中出现涌水涌砂现象。
冲吸设备和工作原理:冲吸设备装置包括:进气管路、空气吸泥器,排泥管路、高压射水装置等,以及供水、供气、吸泥、起重、潜水等大量的配套设备。
空气吸泥器包括约500mm×600mm的圆柱状空气箱、Ф200mm吸泥管、Ф50mm进气管,并有二根Ф50mm的高压射水管经过,在空气吸泥器上打设直径为Ф5mm小眼孔,其中孔眼总截面积为进气管截面积的1.2-1.4倍。
当空气吸泥装置工作时,压缩空气沿气管进入空气箱以后,通过内管壁上的一排排向上倾斜的小孔眼进入混合管,在混合管内与水和泥形成容重小于1的气水混合物,当送入的压缩空气足够充足,空气箱在水面以下又有相当的深度时,混合管内的混合物在管外水气压力的作用下,使顺着排泥管上升而排出井外。由此可知:供气量越大,气、水、土混合物的容重越小,压差增大,吸泥效果越好;水深越大,吸泥效果也越好。但是,过大的气量将使每单位体积空气的有效出土量降低,而且效果反而不好,往往造成浪费。
在下沉过程中,采用电测手段对刃脚反力、钢筋、混凝土应力应变、侧壁摩阻力等进行了监测,用于指导施工,配合下沉。另外,还可采取控制井内水位减少浮力、防止堵管等措施,确保下沉的顺利进行。
⑤反循环钻机+重力式抓斗出土
根据地勘显示1#沉井下沉至26m-33m深度时将遇到⑦号黏土,根据地质参数分析,此黏土地层特性为硬塑,考虑常规水下取土设备无法对该特性黏土层进行取土,计划采用反循环钻机对井内黏土层旋转松动后,再用履带吊+重力式抓斗进行出土。钻机施工需在井内搭设施工平台。
1#沉井在黏土层中采用抓斗+履带吊难以取土下沉,拟采用反循环设备对黏土进行钻孔松土,设备总重3吨。旋喷钻机钻孔松土前需在井体顶面搭设施工平台。施工平台主梁采用双拼45a工字钢,主梁间距2m,其上拟采用16工字钢做分配梁,分配梁上铺设10mm钢板。
在1号沉井施工平台搭设完成后,利用反循环钻机在沉井内侧环向钻孔取土,孔径800mm,一次钻至设计底标高下0.5m,形成环形沟槽,在井中心范围内同样采用反循环钻机进行1500mm梅花形钻孔松土。孔位布置图如图13所示。
利用履带吊将旋喷钻机吊装至施工平台。钻机安装定位要准确、水平、稳固。为保证钻孔达到设计要求的垂直度,钻机就位后须作水平校正,使其钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置。钻杆垂直度<1%,把钻机移至钻孔位置,对准孔位用水平尺掌握机台水平,立轴垂直、垫牢机架,使其钻杆轴线,垂直对准钻孔中心位置,保证钻孔的垂直度不超过1%。在校直纠偏检查中,利用垂球(高度不得低于2米)从垂直两个方向进行检查,若发现偏斜,则在机座下加垫薄木块进行调整,经技术人员验测合格后方可开钻。如发现钻机倾斜,则停机找平后再开钻。采用合金钻头钻进施工。井体内部周边环状区域采用跳桩法进行施工。
沉井下沉采用带吊+重力式抓斗进行沉井土方开挖,对进行松土的井底中间位置的土方进行开挖,然后由中间向四周对称开挖取土。在取土深度达到下沉条件后,进行井内排水,迫使井体下沉。
在采用带吊+重力式抓斗进行抓土下沉时若沉井仍存在下沉困难的情况下,采用潜水员下水作业,对沉井刃角下黏土层进行冲洗,减少刃角反力,促使沉井下沉。
4、触变泥浆助沉:考虑本发明沉井下沉深度较大及富水砂层下沉等易出现难沉情况,本发明采用触变泥浆助沉措施。
本发明沉井均设置触变泥浆减阻措施,以减小沉井侧壁摩阻力;刃脚完全入土后,开启泥浆泵,沉井边下沉边注浆。通过压注触变泥浆填充管道周围的空隙,形成一道泥浆保护套,起减少沉井与土壤间的摩阻力的作用。
(1)注浆孔布置:井壁内预埋压浆立管采用φ25mm钢管,支管为φ25mm钢管,止回阀每层12个共24个;注浆管距离井壁20cm。
本工程设置两套压浆系统,第一套预埋第一级台阶处,其压浆立管与外井壁钢筋进行可靠连接,另一套预埋于第二级台阶处,其压浆立管与内井钢筋可靠连接。两套压浆立管互相错开。具体示意图如图15所示。
(2)泥浆配制:沉井施工前通过泥浆配合比实验,确定适合于施工的泥浆配合比。
表7触变泥浆的配合比参考
表8触变泥浆的物理力学性能指标
指标 数值 附注
比重 1.15-1.2 《桥规》一般为1.2-1.4
粘度 大于100秒
失水量 小于8毫升
泥皮 小于2mm 《桥规》为小于3mm
静切力 大于100mg/cm2
胶体率 100%
含砂率 小于4%
PH值 6-8
减阻泥浆的拌制要严格按操作规程进行,催化剂、化学添加剂等要搅拌均匀,使之均匀地化开,膨润土加入后要充分搅拌,使其充分水化。泥浆拌好后,应放置一定的时间才能使用。注浆是通过储浆池处的注浆泵将泥浆压至管道内的注浆总管,然后经由注浆孔压至沉井壁外。施工中,在注浆泵处装有压力表,便于观察,控制和调整注浆压力。
(3)注浆方法:注浆压力应以浆液能压出管壁外而压力最小为宜,注浆压力控制在水土压力1.2倍左右,约0.1-0.2MPa。压力太大,则沉井外土体要受到扰动,造成局部坍塌,容易造成沉井倾斜;压力太小,则浆液无法压出管壁外,不能形成浆套。沉井下沉施工时可以通过观察总的注浆量与沉井下沉速度的关系来估算注浆压力是否恰当。
5、下沉控制措施:根据下沉过程中质量控制的重点,将下沉施工划分为以下三个阶段:
(1)初沉阶段:在沉井壁上设4个观测点,连续跟踪测量。测量结果的整理是以4个点下沉量的平均值作为沉井每次的下沉量,以下沉量最大的一点为基准与其他各点的下沉量相减作为各点的高差,来指导纠偏下沉施工;
0-3m初沉阶段,首先将素砼垫层先内后外对称凿除。测量要在此期间加强观察,当沉井发生倾斜时,应调整凿除位置,尽量使沉井平稳的切入土中;
初沉时,沉井下沉系数较大,重心高,稳定性差;出现波动,乃属正常现象,但是当沉井四个方向(东、南、西、北)高差值偏大时,就应该及时纠偏。纠偏的方法主要采用选择挖土区域,一般由沉井四角处均匀对称地挖土;利用不同的挖土深度,对沉井顶标高大处多挖土,对顶标高小处少挖土,调整井内刃脚踏面的土反力分布状况,使得沉井改变倾斜状态,逐步过渡到竖直方向下沉;
初下沉阶段当测量报单反映沉井偏差超限时,应及时向挖土人员发出指令,调整取土仓号或取土部位,但要控制好每仓之间的取土深度,一般取土底面高差不宜大于50cm-100cm。当测量报单四方向高差较好时,要控制好锅底的深度,一般限制挖土锅底深度不宜超过1m,以防止沉井突然发生突沉事故,确实做到均挖、勤测、勤纠抓土均匀,控制好高差;
初沉阶段沉井下沉的阻力多数来自井刃脚踏面和对井壁的侧压力,并且伴随着下沉量的增加,井外侧向摩擦力增加。在施工中采用调整锅底挖土的方式、形状来改变上述土反力的分布状况。初沉阶段井四个方向高差测量每1小时进行一次,并及时出单递交给施工现场负责人。井平面位移2天测量一次,其余同上处理。
(2)正常下沉阶段:在初沉阶段末期,如沉井的各项技术指标良好,可增加沉井锅底深度,一般锅底深度控制在1.2m左右,可加快挖土速度,减少土反力,从而降低下沉时的阻力,提高施工进度;
若在初沉阶段末期,沉井的四个方向控制点高差仍然很大,则按初沉阶段的纠偏要求进行调整,使沉井恢复正常的施工状况。在第二阶段的沉井过程中,四方向控制点的高差大于30cm时,应立即进行纠偏,纠偏时仓与仓之间的高差以1m左右为宜,不得过大,外墙刃脚下的土体一定要控制好,不宜挖该处土体,如该处土体被破坏则极易产生涌土现象;
沉井下沉时,井仓内应对称挖土,均匀下沉,先冲吸中央部位的土体,再冲吸刃脚下土,井内土面高差不得大于1.0m。施工时应随时观测下沉情况,每6小时观测一次四角高差,若发现倾斜,及时采取纠偏措施,严禁出现刃脚被局部搁置等现象。施工中作好沉井下沉的记录工作,画出下沉的速度图,为终沉施工提供可靠的数据依据。
(3)终沉阶段:当沉井的下沉到最后2m时即进入终沉阶段。适当放慢取土速度和数量,严格按照均匀对称的原则布置取土范围,当沉井四周控制点高差大于20mm时,应及时纠偏,纠偏方法以调整挖土深度为主,外刃脚土塞部分土体易涌进,不准冲挖。终沉阶段是沉井的关键时刻,故一定要加强观测,测量在最后阶段应每次不超过1小时,并及时提供一份测量报告,以便严格控制沉井的下沉速率;
一旦沉井刃脚踏面标高达到设计要求的标高,立即停止取土,可用大石块抛填,测量密切注意观测,8小时内沉井下沉不大于10mm。沉井施工到位后,测量要求每4-6小时观测一次四角方向高差。
(4)纠偏控制措施
①偏除土纠偏:倾斜容易在沉井入土还比较浅时产生,但是此时纠正起来很容易。纠正倾斜所需要的土体通常是在刃脚高的一侧取土,有时甚至还需要人工的配合下对刃脚高的一侧进行除土(井下有水时,采用空气吸泥机进行出土)。在沉井下沉的过程中,需要减少沉井高的一侧的刃脚下的阻力,而在沉井低的一侧则需要去提高刃脚下的阻力,这样在沉井下沉过程便可逐渐纠正其偏差,这种方式具有简洁,高效的特点。在纠偏位移时,一般会提前将沉井向偏位方向倾斜,随后沉井下沉时要沿着倾斜方向,纠正时要确保沉井底面中轴线与设计中轴线的位置相重合,这时才可进行相应的倾斜纠正,通常纠正时只要向相反方向稍微倾斜一些就可完成纠正处理,这样可确保最终调正后其倾斜和位移都处在容许范围以内。
②井外射水、井内偏除土纠偏:随着沉井入土深度增加,将会导致沉井周围土层对井壁的约束力的增加,这会加大沉井纠偏工作的难度。因此,纠正沉井下沉偏斜的关键是要破坏土层的被动土压力。利用高压射水管可以有效地降低土层的被动土压力,具体过程是在沉井高的一侧把高压射水管插入土中,这样便达到了破坏土体结构的目的,从而大大降低土层的被动土压力。此时再利用偏除土纠偏方法,这样就达到纠正沉井的傾斜目的。在有些情况下,采用沉井顶加荷重的方式也可以达到处理倾斜的目的。
③压重纠偏:利用钢锭在沉井高的一侧进行压重,这将导致沉井低的一侧刃脚土的应力小于高的一侧刃脚下土的应力,相对来说加大了沉井高的一侧下沉量,这样也确保达到处理倾斜的目的。在使用这种纠偏方式时,一定要依据现场实际的情况。
④沉井位置扭转时的纠正:如果在沉井位置发生扭转时,可以在沉井偏位的两角进行出土,另外两角进行填土,这样可借助于刃脚下不均等的土压力所产生的扭矩来逐步纠正下沉过程中的位置。一般来说,沉井的倾斜、位移、扭转通常在沉井下沉到距设计标高的距离大于1米纠正刚好,在纠正完成后,再次下沉时要谨慎以免在偏移。当沉井刃脚比较接近设计标高30厘米以内时,则不允许存在超过容许范围内偏差,如果存在这些情况再去纠正就变得极为困难了。
6、沉井封底:本发明采用不排水垂直导管法灌注水下封底混凝土。制定沉井封底时间地标准为,经过观测在8h内累计下沉量不大于10mm或沉降率在允许范围内时,沉井下沉已经稳定,即可进行沉井封底。
(1)封底前的准备工作: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,误差应小于土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,拼接后试验拉力不小于上述总量2倍。
(2)清基:沉井在下沉距设计标高2m时,结合封底土塞高度,确保砼封底厚度,并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。沉井基底清理完成后,在封底混凝土浇筑前抛填50cm厚块石作为反滤层。
(3)设备准备:导管采用φ200~300mm特制加厚的无缝钢管,丝口连接,保证足够的强度和刚度。根据沉井面积在东、西、南、北、中五个位置设置5根导管,安装前逐根进行压水试验,在0.6Mpa压力下不漏水的方可使用,导管安装时每个接口内放置两根密封圈,确保不漏水。导管拼装长度约21m左右,导管间距拟定为4m。
(4)钢浮箱平台搭设:在井顶用工字钢搭设灌注平台,平台采用浮箱悬浮于井内水面上方,拟采用矩形四个角点安装钢浮箱,钢浮箱尺寸为3m×1.5m×1.5m,每个钢浮箱由一条Ø20mm钢丝绳与井壁顶部锚固。钢浮箱之间用18A工焊接成整体,然后在最外工字钢上用焊接横向和竖向工字钢形成网格状,横向间距1m,竖向间距0.75m。横、纵方向工字钢焊接完成后,除放混凝土漏斗外的其他空洞满铺5mm薄钢板用于行走及施工。连接钢浮箱的4条工字钢上焊接1.2m高Ø4.8cm钢管和横向钢管形成护栏,供操作人员行走,平台的移位由4条钢丝绳调节。
(5)沉井封底施工方法:封底用C30素混凝土。施工时,导管底距井底土面30-40cm,在导管颈部布置3m3左右的漏斗以确保浇筑进的下料需要。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应在水面以上,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。浇筑时割屡绳索或粗铁丝,同时迅速不断向漏斗内灌入混凝土,此时导管内和球塞,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,半导管下端埋入砼内。为了达到要求的砼扩散半径,砼坍落度一般为18-22cm,在开始浇筑时,为了保证导管底部立即被砼堆包围埋住,坍落度可适当减少。在水下砼浇筑过程中,导管的提升也是一处关键问题,做到慢提快落,均匀布料,并严防将导管拔出混凝土外的事故发生,导管插入砼内深度一般控制在1m以上为宜,当漏斗已达到最大高度不能再提升时,可拆卸上部的短管,以缩短导管的长度。为此,当导管内的砼下降到预备拆卸的管节下口时,迅速降低导管,使砼停止从导管内流出,然后进行拆除工作。拆除短管的时间应控制在20~30分钟。等漏斗内继续装漏砼后,方可将导管提高恢复浇筑工作。在浇筑工作快要结束时,可采用流动性较大的砼,便不应改变水灰比,并适当增加导管埋在砼内的深度。砼表面标高已达到设计标高,并多浇筑10~20cm,然后将导管从砼内拔出,并冲洗干净。在水下砼浇筑过程中,应经常不断测量水下砼面的上升情况,以及扩散半径和施工进度,并根据测量资料控制导管的埋入深度。
(6)首批混凝土方量计算:依据《沉井与气压沉箱施工规范》GB/T51130-2016第4.5.5条,首批灌注混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度和填充导管底部的需要,所需灌注量根据公式:
式中:V-灌筑首批混凝土所需的数量(m3);h-水位面至基底的深度(m);h1-导管内混凝土柱与管外泥浆柱平衡所需高度(m);h2-初灌混凝土下灌后导管外混凝土扩散高度(m),取1.3m~1.4m;d-导管内径(m);r-扩散半径(m);k-充盈系数,宜取1.3。
式中:h1-导管内混凝土柱与管外泥浆柱平衡所需高度(m);-混凝土拌和物比重(取24kN/m3)。
则首批混凝土方量为:V=31m3
(7)封底砼达到强度后,将井内的水抽干,并将高出底板底标高的素混凝土凿除。在浇筑钢筋砼底板前,应将新光砼接触面凿毛,并洗刷干净,沉井在底板浇筑时应对称进行,在钢筋砼底板强度达到设计强度之前,应从集水井内不间断抽水,由于底板钢筋在集水井处被切断,所以在集水井四周的底板应增加加固钢筋。待沉井钢筋砼底板达到设计强度后,停止抽水,集水井应用素砼填满,然后带螺栓孔的钢盖板和橡皮垫圈:盖好,拧紧与法兰盘上的所有螺栓,集水井的上口标高,应比钢筋砼底板顶面标高低200-300mm,待底板完成后再用素砼找平。
(8)几项经验参数:为保证水下混凝土施工顺利和质量良好,灌注中对下列经验参数加以控制:混凝土拌合机出料至砍球开灌地总储料时间不宜超过30min;正常灌注时,每根导管灌注间隙时间不宜超过2min;正常灌注时,混凝土自出料至灌入导管地时间不宜超过20min。
(九)底板施工
1、底板钢筋绑扎
(1)底板处钢筋迎土侧钢筋保护层厚度为50mm,其余位置钢筋保护层厚度为40mm,采用混凝土垫块,布置间距为1m梅花型布置,厚度与保护层相同。
(2)底板垫块采用砼垫块井壁边200mm开始垫垫块,然后垫块按照500×500布置。
(3)首先在底板圆心处布置②号面筋33,然后再布置④号环向钢筋35,④号环向钢筋35绑扎好后布置③号中层双向钢筋网34,③号钢筋34布置完后布置①号钢筋32,①号钢筋32布置完成后布置⑤号拉筋36。
2、底板混凝土浇筑:沉井封底混凝土浇筑完成后,待强度达到设计要求后抽出井内积水,绑扎底板钢筋,浇筑底板混凝土,底板一次浇筑成型,1#底板厚度为2.5m、2#1.7m、3#1.4m、4#2.2m,底板混凝土等级为C40。
(1)浇筑顺序:底板混凝土浇筑仍采用天泵串筒浇筑,浇筑顺序由中间向四周浇筑。
(2)浇筑方法:底板混凝土(C40)按设计要求控制好配合比,混凝土浇筑过程中,严禁加水,混凝土到现场后应做好塌落度试验,做好试块,并进行标准养护。由于底板砼厚1.4m-2.5m,浇筑时应进行温度控制,要求控制混凝土内、外温差不超过20℃。砼浇筑采用斜面分层、一次到顶的方法,每层厚度控制30-50cm。每次插入振捣的时间为20-30秒左右,如图19所示。
(3)浇筑要求:混凝土开浇前全面检查准备工作情况并进行技术交底,明确混凝土浇筑部位的次序和混凝土每层浇筑厚度,混凝土浇筑前清除各种垃圾,施工中严格控制层差,杜绝冷缝出现。浇筑时采用插入式振捣棒振捣,振动器插点均匀排列,以免造成漏振。振动时做到快插慢拔,混凝土分层灌注时,每层混凝土厚度不超过振动棒长的1.25倍(如插入式振动捣固器ZN50有效振捣长度为45.2cm,每层振捣厚度控制在30-50cm),在振捣上一层时,插入下层中50mm左右,以消除两层之间的接缝,同时在振捣上层混凝土时,在下层混凝土初凝之前进行。使用振动棒时,振动棒距离模板不大于振捣器半径的0.5倍,也不能紧靠模板振动,避免碰撞钢筋、预埋件等,每次插入振捣的时间为20-30秒左右,并以混凝土不再显著下沉,不出现气泡,开始泛浆时为准。
(4)混凝土的底板应连续浇筑不得留置施工缝。
(5)底板砼浇筑分析:经计算沉井以底板最厚1#沉井2.5m计算,混凝土需要浇筑567方。按照计划工期1天完成浇筑施工。采用两台天泵每小时需要浇筑40-80方。天泵工作效率为20-40方每小时,满足施工要求。
本发明所述的复杂地质陆上大直径沉井全过程施工工法的工艺原理为:
刃脚钢筋在钢筋加工场加工,井壁钢筋绑扎及混凝土浇筑作业。沉井采用“分节制作、分次下沉”原则,采用人工风镐进行垫层凿除,实时观测地下水水位,及时采取不排水下沉,避免出现涌水、涌砂现象。刃脚完全入土后,开启泥浆泵,沉井边下沉边注入触变泥浆。将下沉施工划分为初沉、正常下沉、终沉三个阶段,分别采取纠偏控制措施。沉井下沉稳定后,采用不排水垂直导管法灌注水下封底混凝土,最后,进行底板钢筋绑扎及混凝土浇筑工作。该工法确保了在复杂地质、地下水丰富的状态下大直径、超深沉井的正常施工。施工质量满足设计及相关质量验收规范要求。本工法安全可靠、施工便捷,施工速度快、安全环保,效率节能、质量好,满足建设单位工期要求,经济效益、社会效益显著,为类似工程施工提供了宝贵的经验。
以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

Claims (10)

1.一种复杂地质陆上大直径沉井全过程施工工法,其特征在于:具体包括以下步骤:
步骤一:基坑排水:在基坑周边设置截水沟,与市政排水井相连,并在基坑边四周砌筑挡水墙,防止雨水流入基坑,在基坑内设置一个集水坑;
步骤二:场地基坑施工:施工中按照设计提供的沉井布设方位,进行测量、放样,确定沉井垫层基坑开挖的范围,然后开挖,第一节沉井制作前,需将沉井基坑进行人工整平,并在基坑底铺设粗砂垫层;
步骤三:模板支架施工:制备井壁模板,制备并安装沉井外侧支架和沉井内侧支架,井内外壁采用双排扣件式脚手架,井内工字钢托架由工字钢预埋入沉井井壁;
步骤四:刃脚施工:制备刃脚钢筋,然后将刃脚钢筋加工成刃脚,待钢筋模板固定绑扎完成后进行刃脚混凝土浇筑;
步骤五:井壁施工:井壁施工顺序:刃脚处钢筋向上绑扎→模板安装→混凝土浇筑→沉井下沉→下节沉井钢筋绑扎→模板安装→混凝土浇筑→沉井下沉至最后一节混凝土浇筑;
步骤六:沉井预留洞口处理:顶管进出洞口处需预埋一圈洞门止水钢环板与井壁结构砼一起浇筑,制作并安装沉井洞门钢环,然后在顶管进出位置预留洞口;
步骤七:沉井下沉:混凝土垫层凿除,沉井采用分节制作、分次下沉原则,实时观测地下水水位,及时采取不排水下沉,刃脚完全入土后,开启泥浆泵,沉井边下沉边注入触变泥浆,沉井下沉稳定后进行沉井封底;
步骤八:底板施工:底板钢筋绑扎,底板混凝土浇筑。
2.根据权利要求1所述的复杂地质陆上大直径沉井全过程施工工法,其特征在于:步骤三中,沉井井壁模板面板采用18mm厚竹胶板,主楞采用双拼钢筋环向布置,间距450mm,次楞为40×80mm方木,沿沉井竖向布置,间距为150mm,对拉螺栓为M16,螺栓间距450mm。
3.根据权利要求1所述的复杂地质陆上大直径沉井全过程施工工法,其特征在于:步骤三中,沉井外侧支架坐落在硬化后的施工平台上,沉井内侧支架坐落在工字钢施工平台上,均满足地基对支架的要求,沉井接高时上节内侧井壁需抽入深度为0.4m的延伸18A工字钢,工字钢间距1.5m,工字钢间铺设5cm厚模板,形成施工平台,内侧双排扣件式脚手架坐落于工字钢托架平台上。
4.根据权利要求1所述的复杂地质陆上大直径沉井全过程施工工法,其特征在于:步骤三中,沉井外侧双排脚手架采用抛撑进行辅助加固,内侧双排脚手架采用菱形对撑进行加固,内外侧脚手架使用φ25钢筋进行拉结,间距按照两步两跨进行布置,待拆除架体时,割断拉结钢筋,修复后涂抹防水涂料,内外侧脚手架顶部采用钢管进行整体连接。
5.根据权利要求1所述的复杂地质陆上大直径沉井全过程施工工法,其特征在于:井内工字钢托架埋入深度0.4m,间距1.5m,工字钢托架边缘设置1.2m高护栏;制作第二节沉井时,距离顶部1m处埋设工字钢托架,当混凝土达到设计强度后,拆除内部架体至工字钢托架平面位置时,铺设施工作业平台及护栏,沉井第一次下沉到位后,人员通过垂直爬梯至托架作业平台上进行内部架体搭设作业。
6.根据权利要求1所述的复杂地质陆上大直径沉井全过程施工工法,其特征在于:步骤四中,刃脚混凝土浇筑顺序为:浇筑采用两台天泵入仓浇筑,对称浇筑,浇筑完一层后在从前一层的起点继续浇筑,沉井刃脚、井壁及底板砼下落度均大于6m;浇筑方式:刃脚浇筑砼时应分层连续进行,每层厚度30cm-50cm,砼初凝时间,结构特点、钢筋疏密综合考虑决定,每层振捣厚度控制在30~50cm,砼采用插入式ZN50振捣器振捣,每次插入振捣的时间为20~30秒,振捣上一层时应插入下一层5~10cm,以使两层砼结合牢固;砼在浇筑完毕后的12h以内对其进行覆盖和浇水养护,刃脚采用覆盖土工布浇水养护,养护时间为14d。
7.根据权利要求1所述的复杂地质陆上大直径沉井全过程施工工法,其特征在于:步骤七中,沉井下沉施工划分为初沉、正常下沉、终沉三个阶段,分别采取纠偏控制措施,0~3m为初沉阶段,首先将素砼垫层先内后外对称凿除,测量要在此期间加强观察,当沉井发生倾斜时,应调整凿除位置,尽量使沉井平稳的切入土中;当沉井的下沉到最后2m时进入终沉阶段,放慢取土速度和数量,严格按照均匀对称的原则布置取土范围,当沉井四周控制点高差大于20mm时,及时纠偏。
8.根据权利要求1所述的复杂地质陆上大直径沉井全过程施工工法,其特征在于:步骤七中,纠偏控制措施包括偏除土纠偏、井外射水-井内偏除土纠偏、压重纠偏和沉井位置扭转时的纠正,其中偏除土纠偏为在沉井下沉的过程中,减少沉井高的一侧的刃脚下的阻力,而在沉井低的一侧则去提高刃脚下的阻力,在纠偏位移时,会提前将沉井向偏位方向倾斜,随后沉井下沉时要沿着倾斜方向,纠正时要确保沉井底面中轴线与设计中轴线的位置相重合。
9.根据权利要求1所述的复杂地质陆上大直径沉井全过程施工工法,其特征在于:步骤七中,沉井封底采用不排水垂直导管法灌注水下封底混凝土,制定沉井封底时间地标准为,经过观测在8h内累计下沉量不大于10mm或沉降率在允许范围内时,沉井下沉已经稳定,即可进行沉井封底。
10.根据权利要求1所述的复杂地质陆上大直径沉井全过程施工工法,其特征在于:步骤八中,底板处钢筋迎土侧钢筋保护层厚度为50mm,其余位置钢筋保护层厚度为40mm,采用混凝土垫块,布置间距为1m梅花型布置,厚度与保护层相同;底板垫块采用砼垫块井壁边200mm开始垫垫块,然后垫块按照500×500布置;首先在底板圆心处布置面筋,然后再布置环向钢筋,环向钢筋绑扎好后布置中层双向钢筋网,然后布置上面筋,最后布置拉筋。
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