淺談異型鋼筋混凝土沉井施工技術(shù)的應(yīng)用

李鳳明 于文梁 蔣 勇

1 技術(shù)簡介

本論文不僅對沉井的常規(guī)施工方法進(jìn)行全面、具體的闡述，而且針對異形沉井平面形狀不對稱、刃腳存在高差的特點，對沉井下沉過程中防偏糾偏措施進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2 操作要點

2.1 施工方案選擇

1)根據(jù)對擬建場地的土層特征、地下水位及施工條件的綜合分析，優(yōu)先采用“排水下沉和干封底”的施工方法。

2)沉井施工的一般方法為:一次制作、一次下沉;分節(jié)制作、一次下沉;多節(jié)制作、分節(jié)下沉、制作與下沉交替進(jìn)行。

2.2 沉井驗算

2.2.1 刃腳墊木鋪設(shè)數(shù)量和砂墊層鋪設(shè)厚度測算

刃腳墊木的鋪設(shè)數(shù)量，由第一節(jié)沉井的重量及地基(砂墊層)的承載力而定。沿刃腳每米鋪設(shè)墊木的根數(shù)n可按式(1)計算:

其中，G為第一節(jié)沉井單位長度的重力，kN/m;A為每根墊木與砂墊層接觸的底面積，m2;f為地基或砂墊層的承載力設(shè)計值，kN/m2。

沉井的刃腳下采用砂墊層是一種常規(guī)的施工方法，砂墊層的厚度一般根據(jù)第一節(jié)沉井重量和墊層底部地基土的承載力計算而定。可按式(2)計算:

其中，G為沉井第一節(jié)單位長度的重力，kN/m;f為砂墊層底部土層承載力設(shè)計值，kN/m2;L為墊木長度，m;θ為砂墊層的壓力擴(kuò)散角，一般取22.5°。

2.2.2 沉井下沉驗算

沉井下沉前，應(yīng)對其在自重條件下能否下沉進(jìn)行驗算。沉井下沉?xí)r，必須克服井壁與土間的摩阻力和地層對刃腳的反力，其比值稱為下沉系數(shù)K，一般應(yīng)不小于 1.15～1.25。井壁與土層間的摩阻力計算，通常的方法是:假定摩阻力隨土深而加大，并且在5m深時達(dá)到最大值，5m以下時保持常值。計算方法見圖 1。

沉井下沉系數(shù)的驗算公式為:

其中，K為下沉安全系數(shù)，一般應(yīng)大于 1.15～1.25;Q為沉井自重及附加荷載，kN;B為被井壁排出的水量，kN，如采取排水下沉法時，B=0;T為沉井與土間的摩阻力，kN，T=L(H-2.5)?f，L為沉井外周長，m，H為沉井全高，m，f為井壁與土間的摩阻力系數(shù)，kPa，由地質(zhì)資料提供;R為刃腳反力，kN，如將刃腳底部及斜面的土方挖空，則R=0。

2.3 沉井封底后的抗浮穩(wěn)定性驗算

沉井封底后，整個沉井受到被排除地下水向上浮力的作用，如沉井自重不足以平衡地下水的浮力，沉井的安全性會受到影響。為此，沉井封底后應(yīng)進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗算。

沉井外未回填土，不計井壁與側(cè)面土反摩擦力的作用，抗浮穩(wěn)定性計算公式見式(4):

其中，G為沉井自重力，kN;F為地下水向上的浮力，kN。

根據(jù)上述計算，當(dāng)沉井自重不足以抵抗地下水的浮力時，沉井封底后，井外的深井降水必須繼續(xù)進(jìn)行，直到沉井內(nèi)部結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)完成后才能停止。

2.4 基坑開挖

對池壁兩側(cè)存在高低差的異型沉井，先開挖井壁較深一側(cè)基坑，其相鄰井壁高差標(biāo)高處，使較深側(cè)沉井在坑中作業(yè)。

2.5 砂墊層鋪設(shè)

沉井高度大，重量重，當(dāng)?shù)鼗休d力較低，經(jīng)計算墊架需用量較多，鋪設(shè)過密時，在墊木下設(shè)砂墊層加固，以減少墊架數(shù)量，將沉井的重量擴(kuò)散到更大面積上，避免制作中發(fā)生不均勻沉降。

2.6 刃腳支設(shè)

刃腳支設(shè)采用墊架法，在砂墊層上鋪墊木和墊架，墊架間距取1.0m，墊木采用(160×220×2 000)mm枕木，在墊木上支設(shè)刃腳及井壁模板，澆筑混凝土。墊架鋪設(shè)應(yīng)對稱進(jìn)行，同一條沉井壁上設(shè) 2組定位架，每組由 2個～3個墊架組成，位置在距離兩端各0.15L處(L為沉井壁邊長)，在其中間支設(shè)一般墊架，墊架垂直井壁鋪設(shè)。

砂墊層鋪平夯實后鋪設(shè)墊木，鋪設(shè)墊木時用水準(zhǔn)儀找平，應(yīng)使頂面保持在同一水平面上，高差在10mm以內(nèi)，并在墊木間用砂填實，墊木埋深為其厚度的一半。

預(yù)制時外圈沉井壁刃腳加∠150×100×10型鋼護(hù)角，中間沉井壁采用 10mm厚鋼板按刃腳形狀制作型鋼護(hù)角，護(hù)角與混凝土錨固用Ф12鋼筋，錨固筋長400mm，每300mm設(shè)一道，每道兩根。

2.7 沉井壁制作

1)模板支設(shè);2)鋼筋綁扎;3)混凝土澆筑;4)沉井壁孔洞處理。沉井外壁 DN 1 500洞口在下沉前用鋼板、木板封閉，中間填與孔洞重量相等的砂石配重，外側(cè)鋼板與內(nèi)側(cè)木板用 φ12對拉螺栓加固，外圈8個，內(nèi)圈4個，具體作法見圖2;5)針對高低刃腳存在高差的處理措施。a.深淺基坑處處理措施。在深淺基坑交界處，為方便較淺基坑部分砂墊層鋪設(shè)，砌240mm厚紅磚墻，內(nèi)抹20mm厚水泥砂漿，外掛一層厚塑料布，兼作刃腳模板。b.高低刃腳交接處結(jié)構(gòu)處理措施。沉井高低刃腳交接處以 1∶2坡度斜刃腳過渡，防止在下沉過程中此部位因應(yīng)力集中造成井壁拉裂。

2.8 沉井下沉

2.8.1 施工平臺架設(shè)

在沉井上口鋪木跳板，形成施工操作平臺，在每倉中部適當(dāng)位置留洞口，以利提升井內(nèi)棄土。

2.8.2 墊架拆除

刃腳墊架待混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的 100%后拆除。

2.8.3 挖土下沉

1)待混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的 100%后開始下沉。2)采用人工挖土，從井中間挖向四周，均衡、對稱地進(jìn)行，使沉井能均勻豎直下沉。3)同一刃腳底標(biāo)高部分，削土?xí)r應(yīng)沿刃腳方向全面、均勻、對稱地進(jìn)行，且各孔格內(nèi)挖土高差不得大于 500mm，使井內(nèi)土體均勻平穩(wěn)下沉。4)在離設(shè)計深度 20 cm左右時應(yīng)停止取土，靠自重下沉至設(shè)計標(biāo)高。

2.8.4 測量控制與觀測

1)沉井位置標(biāo)高的控制，是在井外地面及井壁頂部四面設(shè)置縱橫十字中心控制線、水準(zhǔn)基點，下沉?xí)r在井壁上四周設(shè)水平點，于壁外側(cè)用紅鉛油畫出標(biāo)志，用水準(zhǔn)儀來觀測沉降。2)井內(nèi)中心線與垂直度的觀測利用井壁內(nèi)側(cè)上部預(yù)埋鋼筋，下部預(yù)埋水平標(biāo)板來控制。井壁內(nèi)側(cè)標(biāo)出垂直軸線，各吊一個線垂。3)沉井下沉過程中，應(yīng)安排專人進(jìn)行測量觀測，預(yù)防超沉。

2.8.5 下沉過程中傾斜、位移的預(yù)防及糾正

1)初沉期間沉井沒有井壁外土摩擦阻力作用，由于沉井自重分布不均勻，井體易發(fā)生較大傾斜和滑移。采取暫不開挖或少挖較淺區(qū)域土方，先進(jìn)行較深區(qū)域土方開挖的措施，有意識防止沉井向較深區(qū)域偏移，確保沉井平衡下沉。2)當(dāng)沉井下沉過程中，偏斜達(dá)到允許偏差值 1/4時就應(yīng)糾偏，沉井下沉過程中要做到勤測、勤糾、緩糾。沉井初沉階段糾偏應(yīng)根據(jù)“沉多則少挖”“沉少則多挖”的原則在開挖中糾偏。終沉階段要加強(qiáng)監(jiān)控，緩中求穩(wěn)，嚴(yán)格控制超沉。

2.9 沉井封底

1)當(dāng)沉井下沉至距設(shè)計底標(biāo)高10 cm時，停止井內(nèi)挖土，使其靠自重下沉至或接近設(shè)計底標(biāo)高，再經(jīng) 2 d～3 d的下沉穩(wěn)定，或經(jīng)觀測在8 h內(nèi)累計下沉量不大于10mm時，即可進(jìn)行封底施工。2)首先將新老混凝土接觸面沖刷干凈，對井底進(jìn)行修整使其形成鍋底形，再澆筑封底素混凝土，刃腳下混凝土切實填嚴(yán)，振搗密實，以保證沉井的最后穩(wěn)定。3)墊層混凝土達(dá)到 50%設(shè)計強(qiáng)度后，進(jìn)行底板鋼筋綁扎。鋼筋應(yīng)按設(shè)計要求伸入刃腳的凹槽內(nèi)。4)底板混凝土澆筑應(yīng)分層、不間斷地進(jìn)行，由四周向中間推進(jìn)，每層澆筑厚度控制在30 cm～50 cm左右，并采用振動器振搗密實。底板混凝土澆筑后應(yīng)進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)。

3 結(jié)語

對工藝有平面不對稱、刃腳存在高差要求的沉井，若不克服異形沉井施工難度而設(shè)計成矩形等高度沉井，勢必會局部加大沉井平面寬度和埋深，造成資金大量浪費。本論文對異形沉井順利施工提供了可靠保證，故經(jīng)濟(jì)效益可觀。

[1] GB 50010-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB 50204-2002，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[3] 段良策，殷 奇.沉井設(shè)計與施工[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2006.

[4] 葛春輝.鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計施工手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[5] 周申一.沉井沉箱施工技術(shù)[M].北京:人民交通出版社，2005.