探析沉井技術(shù)在大型混凝土結(jié)構(gòu)下沉中的應(yīng)用

周全

【摘要】本文通過(guò)對(duì)沉井技術(shù)及施工原理的概述，表明了沉井施工工藝的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，并具體論述了沉井施工技術(shù)在大型混凝土結(jié)構(gòu)下沉中的實(shí)施應(yīng)用過(guò)程及技術(shù)要求，以達(dá)到為廣大施工建設(shè)者提供參考和借鑒的目的。

【關(guān)鍵詞】沉井技術(shù);大型混凝土結(jié)構(gòu);應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在建筑工程施工領(lǐng)域里出現(xiàn)了很多新工藝和新技術(shù)，為工程建設(shè)實(shí)施提供了極大的幫助，大型沉井施工技術(shù)作為一種修筑深基礎(chǔ)和地下構(gòu)筑物的一種施工工藝，近年來(lái)經(jīng)過(guò)施工人員的不斷總結(jié)和完善，變得日漸成熟，成為了被廣泛應(yīng)用的一門施工技術(shù)，而許多大型混凝土結(jié)構(gòu)工程恰好需要這種新型技術(shù)的支持與利用，因此，加強(qiáng)對(duì)沉井技術(shù)在大型混凝土結(jié)構(gòu)下沉中的實(shí)踐應(yīng)用研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

一、沉井施工工藝的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

正所謂：“知己知彼，方能百戰(zhàn)不殆”，要想更好地將沉井施工技術(shù)運(yùn)用到大型混凝土結(jié)構(gòu)工程當(dāng)中，施工人員首先應(yīng)該了解這種施工工藝的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，這樣才能在實(shí)際的施工過(guò)程中把握準(zhǔn)確，做到有的放矢，那么，對(duì)于沉井施工技術(shù)首先要說(shuō)的是沉井的整體穩(wěn)定性較好，由于利用自重下沉的方式，其基礎(chǔ)可以埋置于很深的位置，能夠承受較大的荷載能力，在施工中無(wú)須利用機(jī)械設(shè)備，加快了施工進(jìn)度，提高了施工效率，例如：運(yùn)用沉井施工技術(shù)相較于大型開挖工程，減少了對(duì)于土方的挖、運(yùn)與回填量，其施工所需的時(shí)間及經(jīng)濟(jì)成本費(fèi)用也大大降低，其次，沉井施工技術(shù)可以運(yùn)用在各種復(fù)雜的地形及窄小環(huán)境中，在施工中對(duì)周圍的建筑影響較小，并且具有一定的靈活性，如果沉井尺寸較大，也可以利用機(jī)械設(shè)施來(lái)完成其制作及下沉的過(guò)程。

二、沉井施工技術(shù)在大型混凝土結(jié)構(gòu)下沉中的實(shí)施應(yīng)用過(guò)程

（一）、沉井制作的控制技術(shù)

沉井制作的控制要點(diǎn)：刃腳基礎(chǔ)、鋼筋制安、模板制安、混凝土拌制及澆筑。

1、刃腳基礎(chǔ)

沉井制作時(shí)的基礎(chǔ)必須能有效承受沉井的自重，保證沉井制作時(shí)的整體性、安全性和穩(wěn)定性，是確保沉井制作成敗的關(guān)鍵，是沉井能否順利下沉的先決條件。因此，對(duì)沉井制作時(shí)的基礎(chǔ)必須進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算。

2、鋼筋制安

鋼筋制安分項(xiàng)工程作為提升泵站工程施工質(zhì)量控制的要點(diǎn)之一，控制目標(biāo)值如下：

⑴鋼筋的綁扎接頭應(yīng)符合下列規(guī)定：

①搭接長(zhǎng)度的末端與鋼筋彎曲處的距離，不得小于鋼筋直徑的10倍。接頭不宜位于構(gòu)件最大彎矩處;

②受拉區(qū)域內(nèi)，級(jí)鋼筋綁扎接頭的末端應(yīng)做彎鉤;、級(jí)鋼筋可不做彎鉤;

③直徑等于和小于12mm的受壓級(jí)鋼筋的末端，以及軸心受壓構(gòu)件中任意直徑的受力鋼筋的末端，可不做彎鉤，但搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于鋼筋直徑的30倍;

④鋼筋搭接處，應(yīng)在中心和兩端用鐵絲扎牢;

⑤綁扎接頭的搭接長(zhǎng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

⑵受力鋼筋的綁扎接頭位置應(yīng)相互錯(cuò)開。在受力鋼筋直徑30倍且不小于500mm的區(qū)段范圍內(nèi)，綁扎接頭的受力鋼筋截面面積占受力鋼筋總截面面積的百分率，應(yīng)符合下列規(guī)定：

①受壓區(qū)不得超過(guò)50%;

②受拉區(qū)不得超過(guò)25%;但池壁底部施工縫處的預(yù)埋豎向鋼筋可按50%控制，并應(yīng)按本規(guī)范規(guī)定的受拉區(qū)鋼筋搭接長(zhǎng)度增加20%。

⑶當(dāng)鋼筋采取焊接排架的方法固定時(shí)，排架的間距應(yīng)根據(jù)鋼筋的剛度適當(dāng)選擇。

⑷預(yù)埋件、預(yù)埋螺栓及插盤等，其埋入都?分不得超過(guò)混凝土結(jié)構(gòu)厚度的3/4。

（二）、沉井下沉的控制技術(shù)

沉井下沉的控制要點(diǎn)：刃腳基礎(chǔ)的鑿除、土方的開挖和沉井的下沉。

1、刃腳基礎(chǔ)的鑿除

采用風(fēng)鎬以沉井平面中心點(diǎn)為對(duì)稱鑿除刃腳基礎(chǔ)混凝土，隨時(shí)觀測(cè)沉井四角下沉情況，確保整體下沉均勻。

2、土方的開挖

采用人工以沉井平面中心點(diǎn)為對(duì)稱開挖沉井內(nèi)土方，隨挖隨運(yùn)，隨時(shí)觀測(cè)沉井四角下沉情況，確保整體下沉均勻。

3、沉井的下沉

沉井下沉前必須對(duì)沉井整體穩(wěn)定性、摩阻力、抗滑移、抗傾覆驗(yàn)算：

3.1、整體穩(wěn)定的計(jì)算

整體穩(wěn)定是指由于井內(nèi)、外土體的高差達(dá)到一定程度后，井外土體在自重的作用下擠入井內(nèi)而造成周圍土體和沉井一起下沉。對(duì)軟土地質(zhì)應(yīng)進(jìn)行整體穩(wěn)定的計(jì)算。如果驗(yàn)算不能滿足要求，應(yīng)采用攪拌樁或白灰樁對(duì)基底進(jìn)行加固處理，處理后方可進(jìn)行沉井的施工。

3.2、摩阻力的計(jì)算

沉井下沉?xí)r，作用在沉井外壁上的土產(chǎn)生的摩阻力及其沿井筒高度的分布情況，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)水文條件、井筒的外形及施工方法確定。

3.2.1、極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值的確定

施工現(xiàn)場(chǎng)各土層的極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)由勘察單位通過(guò)試驗(yàn)確定并提供勘察報(bào)告。沒有勘察報(bào)告的可按土壤的類別按下表估算：

序號(hào)

土壤的類別

f（Kpa）

序號(hào)

土壤的類別

f（Kpa）

1

2

3

4

砂卵石

砂礫石

砂土

硬塑粘性土

18—30

15—20

12—25

25—50

5

6

7

可塑軟塑粘性土

流塑粘土、粘土

泥漿套

12—25

10—15

3—5

注：當(dāng)采用泥漿助沉?xí)r：取f=0.3—0.5KN/m2，當(dāng)沉井外壁為階梯形，在灌砂段可取

f=0.7—1.0KN/m2。

3.2.2土體作用在沉井上的摩阻力的計(jì)算

土體作用在沉井上的摩阻力可按下式計(jì)算：

1、筒柱形沉井

Tf=π∑Dhifi，

式中：D—沉井的外徑（m）;

hi—i土層的厚度（m）;

fi—i土層的極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值;對(duì)地面以下5米范圍內(nèi)為平均值（Kpa）。

2、外壁呈階梯形

Tf=π∑D1h1ifi+0.6π∑D2h2ifi，

式中：D1—階梯沉井下部的外徑（m）;

D2—階梯沉井上部的外徑（m）;

H1i—階梯下部i土層的厚度（m）;

H2i—階梯上部i土層的厚度（m）;

fi—i土層的極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值;對(duì)地面以下5米范圍內(nèi)為平均值（Kpa）。

3.3沉井下沉系數(shù)的計(jì)算

沉井按自重下沉?xí)r，計(jì)算公式如下：

G-Pfw/Tf≥Ks

式中：G—沉井自重（KN）;

Pfw—沉井承受的水的浮托力（KN）;

Tf—沉井外壁承受的土的總摩擦力（KN）;

Ks—下沉系數(shù)。Ks≥1.05，當(dāng)沉井在軟土層中下沉?xí)r，宜取1.05;在其他一般土層中下沉?xí)r，宜取1.15。

3.4沉井施工過(guò)程中的抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算

抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算應(yīng)根據(jù)可能出現(xiàn)的最高水位進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

Kw=（G+0.5?Tf）/?Pfw≥1.1—1.25;

式中：G—沉井自重（KN）;

Tf—沉井外壁的總摩阻力（KN）;

Pfw—沉井承受的浮力（KN）;采用不排水下沉?xí)r，為沉井壁浸入水或泥水中的體積乘以水或泥水的比重;排水封底后，為沉井浸入地下水面的體積。

Kw—沉井抗浮安全系數(shù)。一般取Kw≥1.1—1.25。

總結(jié)

綜上所述，大型沉井施工技術(shù)作為近年來(lái)受到認(rèn)同并被大量應(yīng)用的新型施工工藝，需要進(jìn)一步通過(guò)不斷的工程實(shí)踐和研究來(lái)尋求發(fā)展和技術(shù)突破，將大型沉井施工技術(shù)應(yīng)用于大型混凝土地下結(jié)構(gòu)施工中，不失為一種有效的驗(yàn)證與改進(jìn)這門施工技術(shù)的最好途徑。在沉井的設(shè)計(jì)和施工中巧妙地應(yīng)用這種技術(shù)，有利于實(shí)現(xiàn)建筑工程施工進(jìn)度、降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)約工程投資。希望通過(guò)本文的通篇論述，可以帶給眾多建筑施工人員更多的啟迪與幫助，從而不斷完善自身的施工技術(shù)水平，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

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