《沉井工程施工》PPT课件.ppt

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,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。,(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,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)。,