1、 長(zhǎng)春工程學(xué)院地下工程施工第第 6 6 章章 沉井法施工沉井法施工CONTENTS主要內(nèi)容主要內(nèi)容沉井的分類6.1沉井的構(gòu)造6.2沉井法施工6.3案例導(dǎo)讀 某工程中消防泵站結(jié)構(gòu)形式采用沉井。該沉井平面尺寸為18.7m17.2m，壁厚為0.8m，內(nèi)有隔墻一道，其厚度為1m，下設(shè)地梁六道，其斷面尺寸為0.6m0.7m，底板厚度為1.0m，被隔板分為兩塊。沉井總高度8.6m，均為鋼精混凝土結(jié)構(gòu)。整個(gè)沉靜出于軟塑、流塑粉質(zhì)粘土中，地基承載力僅為80kPa。 討論：如何根據(jù)工程條件，設(shè)計(jì)沉井的結(jié)構(gòu)，包括井壁、刃腳，并設(shè)計(jì)合理的沉井施工方案，采取主要的施工措施有哪些？6.1 沉井的分類 沉井是將位于地下一

2、定深度的建（構(gòu)）筑物或建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)，先在地面以上制作，形成一個(gè)井狀結(jié)構(gòu)，然后在井內(nèi)不斷挖土，借助井體自重而逐步下沉，下沉到設(shè)計(jì)深度后，進(jìn)行封底，構(gòu)筑井內(nèi)底板、梁、樓板、內(nèi)隔墻、頂板等構(gòu)件，最終形成一個(gè)地下建（構(gòu)）筑物或建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)。沉井施工順序如圖6-1所示。圖6-1 沉井施工順序（a）開(kāi)始澆筑（b）接高（c）初沉（d）邊下沉邊接高（e）下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高（f）封底（g）井內(nèi)施工6.1 沉井的分類 沉井施工具有很多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：占地面積??；不需要板樁圍護(hù)；與大開(kāi)挖相比較，挖土量少；對(duì)鄰近建筑物的影響比較??；操作簡(jiǎn)便，無(wú)需特殊的專業(yè)設(shè)備。 沉井的分類形式很多。以制作材料分類，有混凝土、鋼筋混凝土

3、、鋼、石等多種類型。應(yīng)用最多的是鋼筋混凝土沉井。沉井一般可按以下兩方面分類。6.1.1 按沉井平面形狀分類 沉井的平面形狀有圓形、方形、矩形、橢圓形、端圓形、多邊形及多孔井字形等。根據(jù)井孔的布置方式，又可分為單孔、雙孔及多孔，如圖6-2 所示。6.1 沉井的分類 （1）圓形沉井：圓形沉井可分為單孔圓形沉井、雙壁圓形沉井和多孔圓形沉井。圓形沉井制造簡(jiǎn)單，易于控制下沉位置，受力性能較好。但是，圓形沉井由于要滿足使用和工藝要求，而不能充分利用，在應(yīng)用上受到了一定的限制。圖6-2 沉井平面圖（a）圓形單孔沉井（b）方形單孔沉井（c）矩形單孔沉井（d）矩形雙孔沉井（e）橢圓形雙孔沉井（f）矩形多孔沉井6

4、.1 沉井的分類 （2）方形、矩形沉井：方形及矩形沉井在制作與使用上比圓形沉井方便。但方形及矩形沉井受水平壓力作用下，其斷面內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較大彎矩，受力情況遠(yuǎn)較圓形沉井不利。 （3）兩孔、多孔沉井：兩孔、多孔井字形沉井的孔間有隔墻或橫梁，因此，可以改善井壁、底板、頂板的受力狀況，提高沉井的整體剛度，在施工中易于均勻下沉。 （4）橢圓形、端圓形沉井：橢圓形、端圓形沉井因其對(duì)水流的阻力較小，多用于橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)等構(gòu)筑物。6.1.2 按沉井立面形狀分類 沉井按立面形狀分類有圓柱形、階梯形及錐形等，如圖6-3所示，為了減少下沉摩阻力，刃腳外緣常設(shè)2030cm間隙，井壁表面作成1/100坡度。6.1 沉井的分類

5、 （1）圓柱形沉井：圓柱形沉井井壁按橫截面形狀做成各種柱形且平面尺寸不隨深度變化，圓柱形沉井受周圍土體的約束較均衡，只沿豎向下沉，不易發(fā)生傾斜，且下沉過(guò)程中對(duì)周圍土體的擾動(dòng)較小。缺點(diǎn)是沉井外壁面上土的側(cè)摩阻力較大，尤其當(dāng)沉井平面尺寸較小、下沉深度較大而土又較密實(shí)時(shí)，其上部可能被土體夾住，使其下部懸空，容易造成井壁拉裂。因此，圓柱形沉井一般在入土不深或土質(zhì)較松散的情況下使用。圖6-3 沉井剖面圖（a）圓柱形（b）外壁單階形（c）外壁多階梯形（d）內(nèi)壁單階梯形6.1 沉井的分類 （2）階梯形沉井：階梯形沉井井壁平面尺寸隨深度呈臺(tái)階形加大，階梯可設(shè)在井壁內(nèi)側(cè)或外側(cè)。當(dāng)土比較密實(shí)時(shí)，設(shè)外側(cè)階梯可減少沉

6、井側(cè)面土的摩阻力以便順利下沉。刃腳處的臺(tái)階高度h1一般為13m，階梯寬度一般為12cm?？紤]到井壁受力要求并避免沉井下沉使四周土體破壞的范圍過(guò)大而影響鄰近的建筑物，可將階梯設(shè)在沉井內(nèi)側(cè)。 外壁階梯形沉井：階梯形沉井分為單階梯和多階梯兩類。 外壁單階梯沉井的優(yōu)點(diǎn)是可以減少井壁與土體之間的摩阻力，并可向臺(tái)階以上形成的空間內(nèi)壓送觸變泥漿。其缺點(diǎn)是，如果不壓送觸變泥漿，則在沉井下沉?xí)r，對(duì)四周土體的擾動(dòng)要比圓柱形沉井大。 外壁多階梯沉井與外壁單階梯沉井的作用基本相似。由于越接近地面，作用在井壁上的壓力越小，為節(jié)約材料，將井壁逐段減薄，故形成多階梯形。6.1 沉井的分類 內(nèi)壁階梯形沉井：為減少沉井四周土體

7、的擾動(dòng)和坍塌，或因沉井自重大，而土質(zhì)又軟弱的情況下，避免沉井下沉速度過(guò)快，可采用內(nèi)壁階梯形沉井。而且階梯設(shè)于井壁內(nèi)側(cè)，亦可以節(jié)省材料。 （3）錐形沉井：錐形沉井的外壁面帶有斜坡，坡度比一般為1/201/50，錐形沉井也可以減少沉井下沉?xí)r土的側(cè)摩阻力，但這種沉井在下沉?xí)r不穩(wěn)定，而且有制作較困難等缺點(diǎn)，較少采用。 另外，沉井按其排列方式，又可分為單個(gè)沉井與連續(xù)沉井。連續(xù)沉井是若干個(gè)沉井的并排組成。通常用在構(gòu)筑物呈帶狀，施工場(chǎng)地較窄的地段。沉井的其它分類方法，如表6-1 所示。6.1 沉井的分類6.2 沉井的構(gòu)造 沉井一般由井壁（側(cè)壁）、刃腳、內(nèi)隔墻、橫梁、框架、封底和頂蓋板等組成 ，如圖6-4所示

8、。6.2.1 井壁 井壁是沉井的主要部分，應(yīng)具有足夠的厚度與強(qiáng)度。井壁厚度主要取決于沉井大小、下沉深度、土層的物理力學(xué)性質(zhì)以及沉井能在足夠的自重下順利下沉的條件來(lái)確定。設(shè)計(jì)時(shí)通常先假定井壁厚度，再進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。井壁厚度一般為0.41.2m。階梯形井壁臺(tái)階設(shè)在每節(jié)沉井接縫處，寬度一般為1020cm，最下面一級(jí)階梯宜設(shè)于h1=（l/41/3）H高度處或h1=l.23.0m處。6.2 沉井的構(gòu)造 沉井一般由井壁（側(cè)壁）、刃腳、內(nèi)隔墻、橫梁、框架、封底和頂蓋板等組成 ，如圖6-4所示。6.2.1 井壁 井壁是沉井的主要部分，應(yīng)具有足夠的厚度與強(qiáng)度。井壁厚度主要取決于沉井大小、下沉深度、土層的物理力學(xué)性

9、質(zhì)以及沉井能在足夠的自重下順利下沉的條件來(lái)確定。設(shè)計(jì)時(shí)通常先假定井壁厚度，再進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。井壁厚度一般為0.41.2m。階梯形井壁臺(tái)階設(shè)在每節(jié)沉井接縫處，寬度一般為1020cm，最下面一級(jí)階梯宜設(shè)于h1=（l/41/3）H高度處或h1=l.23.0m處。6.2 沉井的構(gòu)造6.2.2 刃腳 井壁最下端一般都做成刀刃狀的“刃腳”。其主要功用是減少下沉阻力，刃腳井壁與底板連接的凹槽深度c一般為1520cm，踏面寬度一般為1030cm。刃腳內(nèi)側(cè)的傾角一般為4060。當(dāng)沉井濕封底時(shí)，刃腳的高度取1.5m左右，干封底時(shí)，取0.6m左右。沉井重、土質(zhì)軟時(shí)，踏面要寬些。相反，沉井輕，又要穿過(guò)硬土層時(shí)，踏面要窄

10、些。6.2 沉井的構(gòu)造6.2.3 內(nèi)隔墻 設(shè)置內(nèi)隔墻的主要作用是增加沉井在下沉過(guò)程中的剛度，減小井壁受力計(jì)算跨度。同時(shí)，又把整個(gè)沉井分隔成多個(gè)施工井孔（取土井），使挖土和下沉可以較均衡地進(jìn)行，也便于沉井偏斜時(shí)的糾偏。內(nèi)隔墻因不承受水土壓力，其厚度較沉井外壁可以小一些。 內(nèi)隔墻的底面一般應(yīng)比井壁刃腳踏面高出0.51.0m，以免土體頂住內(nèi)墻妨礙沉井下沉。但當(dāng)穿越軟土層時(shí)，為了防止沉井“突沉”，也可與井壁刃腳踏面齊平。 內(nèi)隔墻的厚度一般為0.5m左右。沉井在硬土層及砂類土層中下沉?xí)r，為了防止隔墻底面受土體的阻礙，阻止沉井糾偏或出現(xiàn)局部土反力過(guò)大，造成沉井?dāng)嗔?，故隔墻底面高出刃腳踏面的高度，可增加到1

11、00l.5m。隔墻下部應(yīng)設(shè)過(guò)人孔，供施工人員在各取土井間往來(lái)之用。人孔的尺寸一般為0.8m1.2m1.lm1.2m左右。6.2 沉井的構(gòu)造6.2.4 上、下橫梁及框架 當(dāng)在沉井內(nèi)隔墻設(shè)置過(guò)多時(shí)，對(duì)沉井的使用和下沉都會(huì)帶來(lái)較大的影響，通常采用上、下橫梁與井壁組成框架來(lái)代替?？蚣苡邢铝凶饔茫?（1）可以減少井壁底、頂板之間的計(jì)算跨度，增加沉井的整體剛度，使井壁變形減小。 （2）便于井內(nèi)操作人員往來(lái)，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。在下沉過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整各井孔的挖土量來(lái)糾正井身的傾斜，并能有效地控制和減少沉井的突沉現(xiàn)象。 （3）有利于分格進(jìn)行封底，特別是當(dāng)采用水下混凝土封底時(shí)，分格能減少混凝土在單位時(shí)間內(nèi)的供應(yīng)量

12、，并改善封底混凝土的質(zhì)量。6.2 沉井的構(gòu)造6.2.5 井孔 沉井內(nèi)設(shè)置了縱橫隔墻或縱橫框架形成的格子稱作井孔，井孔尺寸應(yīng)滿足工藝要求。6.2.6 封底及頂蓋 當(dāng)沉井下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)并對(duì)井底清理整平后，即可封底，以防止地下水滲入井內(nèi)。封底可分為濕封底（水下灌筑混凝土）和干封底兩種。采用干封底時(shí)，可先鋪墊層，然后澆筑鋼筋混凝土底板，必要時(shí)在井底設(shè)置集水井排水。采用濕封底時(shí)，待水下混凝土達(dá)到強(qiáng)度，抽干井水后再澆筑鋼筋混凝土底板。6.3 沉井法施工 沉井法施工一般可概括為旱地沉井施工和水中沉井施工兩種。6.3.1 旱地沉井施工 當(dāng)沉井位于旱地時(shí)沉井基礎(chǔ)可就地制造、挖土下沉、封底、充填井孔以及

13、澆筑頂板。在這種情況下，施工較容易，其施工工序如圖所示。6.3 沉井法施工 （1）挖基坑及基礎(chǔ)處理：如天然地面土質(zhì)較好，即可在其上制造沉井；如土質(zhì)松軟應(yīng)整平夯實(shí)或換土夯實(shí)。 （2）制作第一節(jié)沉井：先在刃腳處對(duì)稱鋪滿墊木用于支承第一節(jié)沉井，在刃腳處放上刃腳角鋼，豎立內(nèi)模，綁扎鋼筋，再立外模澆筑第一節(jié)沉井。 刃腳支設(shè)； 沉井井壁制作。 （3）拆模及抽墊：當(dāng)大型沉井混凝土應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%，小型沉井達(dá)到70%以上，便可拆除墊木。 （4）除土下沉 ：沉井宜采用不排水除土下沉，穩(wěn)定的土層中也可采用排水除土下沉。6.3 沉井法施工 （5）沉井接高：當(dāng)?shù)谝还?jié)沉井下沉至一定深度，一般井頂露出地面不小于0.5m，或露出水面不小于1.5m時(shí)，停止除土，接筑下節(jié)沉井。 （6）基底檢驗(yàn)和處理：沉井沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)檢驗(yàn)基底土質(zhì)情況是否與設(shè)計(jì)相符。排水下沉?xí)r可直接檢驗(yàn)，不排水下沉?xí)r則應(yīng)進(jìn)行水下檢驗(yàn)，必要時(shí)可用鉆機(jī)取樣。 （7）沉井封底：沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，經(jīng)過(guò)觀測(cè)在8h內(nèi)累計(jì)下沉量不大于10mm，或沉降率在允許范圍內(nèi)，即沉井下沉已經(jīng)穩(wěn)定時(shí)，可進(jìn)行沉井封底，封底方法通常有排水封底、不排水封底兩種。6.3 沉井法施工 如沉井在淺水（水深小于5m)地段下沉，可填筑人工島制作沉井，島面應(yīng)高出施工期的最高水位0.5m以上，四周留出護(hù)道。島面寬度為：當(dāng)有圍堰時(shí)，不得小于1.5m；無(wú)圍堰時(shí)，不得小于2.0m，如圖