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1、第二节 沉井基础施工 一、沉井的分类和构造,沉井四周有壁,下部无底,上部无盖的筒形结构物，通常用钢筋混凝土作成。 制作井筒,就地在井内不断地挖土、运出。 沉井依靠其本身自重,克服阻力不断下沉,直至设计标高。 最后,进行封底及混凝土填心,便成为桥梁墩台基础。,图16 14 沉井下沉示意图,图16 15 沉井基础,(一)沉井的分类 1.按沉井制作的位置不同,按沉井制作的位置不同可分为： 就地制作的沉井 在基础设计位置上制造,然后在井筒中挖土使其下沉。 适用范围：基础位于浅水中,需先在水中筑岛,再在岛上筑井下沉。 浮运沉井 在岸上制造,然后浮运到设计位置下沉。 适用于深水区,筑岛有困难,或有碍通航,
2、或河流流速较大的情况。,(一)沉井的分类 2.按使用材料、截面形状、立面形状分,按使用材料 混凝土沉井、钢筋混凝土沉井及钢沉井等； 按沉井的截面形状 矩形、圆形及圆端形沉井等； 按立面形状 竖直式、倾斜式及阶梯式等。,图16 16 沉井平面形状,图16 17 沉井的立面形状,(二)沉井的构造,以钢筋混凝土沉井为例。 沉井通常由刃脚、井壁、隔墙、井孔、射水管、封底混凝土、顶盖诸部分组成。,(二)沉井的构造1. 刃 脚,沉井井壁最下端作成刀刃状, 故称作刃脚。 作用： 使沉井下沉时,减少土的正面阻力。 刃脚的式样： 根据沉井下沉时,所穿越的土层的紧密程度和刃脚单位长度上的反力大小选择,以利切入土中
3、。,(二)沉井的构造2. 井 壁,井壁是沉井的主体。作用： 起挡土、挡水的围护结构作用; 当施工完毕后,成为基础或基础的外壳保存下来,而将上部荷载传至地基。 井壁厚度 考虑沉井结构强度、刚度外,应根据下沉需要的自重确定,(二)沉井的构造3. 隔 墙,沉井长宽尺寸较大,则应在井筒内设置隔墙： 作用： 增加沉井下沉时的刚度； 将井筒分隔成若干个井孔,有利于控制挖土下沉的方向。 厚度： 因隔墙不直接承受土压力,所以厚度较外壁要薄些。,(二)沉井的构造4. 井 孔,作用：挖土出土的工作场所和通道。 井孔尺寸： 应满足施工要求,其宽度(直径)一般不小于3 m。 井孔的布置 应简单对称,便于对称挖土保持沉
4、井均匀下沉。,(二)沉井的构造5. 封底混凝土,沉井沉至设计标高进行清基后,便可进行浇注封底混凝土。 如井中之水无法排干,可采用水下混凝土封底,达到强度后即可抽水,凿除与水接触的表层混凝土。,(二)沉井的构造6. 顶 盖,作用： 承托墩身传来的力量。 顶盖一般用钢筋混凝土制作,厚度1. 52. 0 m 。,二、沉井的施工步骤(一)场地准备,墩台位无水,需平整场地; 若地下水位较低,可挖坑建造沉井; 若有地面水,则需筑岛建造沉井。 由于底节沉井刃脚踏面窄,底面积小,若直接在土面上制造数百吨甚至上千吨自重的沉井,将会发生不均匀沉陷,导致沉井破坏。 垫木法。 土模法,即在土面上按刃脚内侧斜面形状和尺
5、寸挖成或填筑成截头锥台形,既扩大了刃脚的支承面,又代替了刃脚内模板。,二、沉井的施工步骤(二)底节沉井制作,垫木铺好后就可立模制作沉井。工序有： 立内模、焊接刃脚角钢、绑扎钢筋、立外模、灌筑混凝土。 沉井制造工序多,时间长, 所以要组织平行作业,搞好各工序的衔接,尽量缩短制作时间。,二、沉井的施工步骤(三)底节沉井下沉,先拆除沉井内外模板,待混凝土达到规定强度后,就可拆垫木或挖土模。 沉井下沉主要靠在井内除土： 目的是减少或消除刃脚的正面阻力。,二、沉井的施工步骤(四)沉井接高,多节沉井施工时,制造与下沉两项工作交替进行, 但应保证接筑沉井与原沉井在同一轴线上。,二、沉井的施工步骤(五)井顶围
6、堰,沉井顶面位于最低水位或地面以下。 因此沉井沉至设计标高之前,应做井顶围堰,才能在继续下沉时防止水、土进入井孔中。,二、沉井的施工步骤 (六)清基封底、 (七)填充、顶盖和建第一节墩台身,当沉井沉至设计标高后,要对基底进行清理、检查和处理,合格后方可进行混凝土封底。 当封底混凝土达一定强度后,即抽水填充或浇筑钢筋混凝土底板,最后浇筑钢筋混凝土顶盖和第一节墩台身混凝土,二、沉井的施工步骤,三、沉井下沉,沉井下沉施工方法：排水下沉和不排水下沉。 一般是依据沉井所处的水文、地质情况而定。 排水下沉法： 在渗水量小的稳定黏性土中下沉沉井。 不排水下沉法： 当渗水量较大时,一般采用不排水下沉法,用水下
7、抓泥、射水吸泥方法除土。,(一)排水下沉,排水下沉即用抽水降低井内水位,工人可直接下到井底进行挖掘作业,这种方法施工条件较好,其优点是:容易控制下沉方向;有利于防止下沉过程中出现较大的偏斜;易于处理下沉中遇到的特殊障碍,下沉速度一般较快;便于基础底层的检验和处理。 抽水宜用电动离心式水泵。当井深大于水泵有效吸程时,可将水泵安放在井孔内用钢丝绳悬挂的活动平台上,使其能在井孔内随抽水深度变化而升降。开挖前首先应挖一个较深的汇水坑,在有横隔墙的沉井中,汇水坑宜挖在横隔墙下,以免影响挖土。,(一)排水下沉,开挖方法,一般先从中央下挖4050 c m ,逐层开挖,每层2030 c m ,均一圈一圈地向刃
8、脚方向逐步扩大,每一圈均从远离定位支垫位置处开始,使定位支垫位置处的土最后同时挖除。土质松软时,在分层开挖的过程中沉井即逐渐下沉。在坚硬的土层中,可能挖平刃脚仍不下沉。如挖平刃脚仍不下沉,就须掏空刃脚下土壤,这时,应比照抽垫方法,分段顺序掏土至刃脚外,随即回填砂砾,最后将支垫位置的土亦换成砂砾后,再分层分圈逐步挖除砂砾使沉井下沉。,(二)不排水下沉,不排水下沉是在井内外水头相同的静水条件下利用抓土斗、吸泥器等机具除土的井上作业方法,它可以有效地防止“ 流砂”确保安全,因而特别适用于地下水位较高的粉、细砂地层。 水中除土,可将沉井中部挖成锅底。在砂及砾石类土中,一般当锅底比刃脚低11. 5 m时
9、,沉井即可下沉,并将刃脚下的土挤向中央锅底,只要继续在中间挖土,沉井即可继续下沉。在粘性土或胶结层中,四周的土不易向中间坍落,需要靠近井壁偏挖,往往还须辅以高压射水松土。为避免沉井发生较大倾斜, 一般应使锅底深度不超过2 m ; 相邻土面高差不宜大于0. 5 m 。靠近刃脚处,除处理胶结层和清理风化岩外,除土和射水都不得低于刃脚,还应注意提前挖深隔墙下的土,勿使搁住沉井。,吸泥机,吸泥机是不排水下沉的常用机具,它是由自制吸泥器配上高压风管即成,如图1625 所示。 空气吸泥机的工作原理,是把压缩空气通入吸泥器,经向上斜的小孔进入排泥管中,与泥砂、水相混后,容重减轻,由于空气的上溢和管外水面形成
10、的水柱反压力,迫使管内水土混合物上升,从管中涌出。,(三)下沉困难时的辅助措施,沉井下沉发生困难,主要是由于沉井自身重量克服不了井壁摩阻力,或刃脚下遇到大的障碍所致。解决上述问题是须从增加沉井自重和减小井壁摩阻力两个方面着手。 1. 增加沉井自重 (1)提前接筑上一节沉井,以增加沉井自重; (2)在井顶上压重物(钢轨、铁块或片石等),但由于沉井自重很大,能够增加的压重有限,往往无济无事。除为了纠正沉井偏斜采取偏心压重外,很少使用; (3)在不排水下沉的井内抽水减小浮力,可增加沉井重力,促使沉井下沉。 但在砂类土等容易翻砂涌水的地层中使用时,井内水头降低容易引起翻砂,而且沉井往往突然大量下沉导致
11、沉井倾斜。因此井入土不深、稳定性较差时,不宜使用;一般抽水不宜过大,以防井孔内突然大量涌水危及安全。,(三)下沉困难时的辅助措施,2. 减小沉井外壁的摩阻力 除在设计时对外壁形状、错台宽度以及施工制作中外模光滑等提出较高要求外。通常采用: (1)井外射水 在井壁上留有射水嘴的管组(施工中需防止泥砂堵死)。利用高压水流冲松井壁附近的土,且水流沿井壁上升而润滑井壁,使沉井摩阻力减小。 (2)井外挖土 在沉井周围挖除部分覆盖土,可减少部分摩阻力。 (3)炮振下沉 当刃脚下土已挖空,采取其他措施仍不能克服外壁摩阻力的不得已情况下,才允许采用炮振下沉。使用时必须严格控制用药量及操作方法(可只在沉井中央泥
12、面放置炸药,且每次只起爆一处),炸药量一次不宜超过100 g。应当指出,爆压通过水介质的传播,将形成很大的向外压力,极易引起沉井开裂,因而在水中炮振时,应严格控制每次用药量不超过100 g的规定,以策安全。,(四)沉井纠偏方法,沉井下沉的全部过程,都是防偏与纠偏的过程。对已出现偏斜的沉井采用什么方法纠正,必须依据偏移情况、下沉深度等有关条件具体分析制定。在以往的工程实践中,曾积累了许多宝贵的经验,纠正方法尽管多种多样,但其共同的规律是在下沉中纠偏,边沉边纠;不下沉,单纯纠偏是难以办到的。下面分别介绍几种常用的纠偏方法。,(四)沉井纠偏方法,(1)井内偏挖、加垫法 这是偏挖土法与一侧加支垫法的结
13、合纠偏方法,是基本和有效的方法之一。即在刃脚较高的一侧井内挖土而在刃脚较低的一侧加支垫,随沉井的下沉,高侧刃脚可逐渐降低下来,如图1627。,(四)沉井纠偏方法,(2)井外偏挖、井顶偏压或套拉法 这是偏挖土与偏压重或偏挖土与一侧施加水平力相结合的纠偏方法,其目的是提高单纯偏挖土的纠偏效果, 因为井外挖槽因土方量大, 一般只挖1.52 m 左右。此法多用在入土较深时的纠偏。如图1628 所示。由于钢丝绳套拉时施加的水平力很大(可以大至百吨以上),滑车组的锚固需有强大的地拢(一般只能利用附近的桥墩作为地拢)。采用这一方法时,应如图使用平衡重,而不用卷扬机牵引,使作用力持续不变,避免沉井位移时钢丝绳
14、松弛,也可防止沉井结构或千斤绳因受力过大而受损。,(四)沉井纠偏方法,(3)井外支垫法 如图1629 用枕木垛托住拴于沉井顶面的挑梁,借枕木垛下的大面积支承力阻止该侧沉井下沉,可以比较有效地纠正沉井倾斜。但须防止千斤绳受力过大而断裂。,(四)沉井纠偏方法,(4)井外射水法 在沉井刃脚较高的一侧井外射水,破坏其外壁摩阻力,促使该侧沉井下沉,是水中沉井纠偏的一种方法(旱地影响施工场地,很少使用)。使用时,射水管的间距宜不超过2 m 。,(四)沉井纠偏方法,(5)摇摆法下沉 当沉井入土深度不大,但偏移量较大,且沉井结构中心线与设计中心线平行时,可采用摇摆法下沉逐渐克服土侧压力以正位。其作法是:先将偏移方面一侧先落低1520 c m ,然后再将另一侧落低成水平状态, 如此反复下沉使沉井回到正确位置。,(四)沉井纠偏方法,(6)倾斜法下沉 当沉井入土深度不大,且偏移量较大,沉井结构中心线与设计中心线相交于刃脚下一定深度时,可沿沉井倾斜方向下沉,使沉井刃脚向设计位置接近,然后把沉井正平(图1631)。,