1、Chapter 2沉井基础施工一一 、沉井的基本概念、沉井的基本概念井筒状井筒状结构物，先在地面制作。沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡水结构物。2.1 概 述 沉井法是地下工程和深埋基础施工的一种方法。当上部荷载较大、基础埋置深度较深时，沉井基础是最常用的基础类型之一。l 占地面积小，技术稳定可靠沉井施工优点：沉井施工优点：l 挖土量少、节省投资l 操作简便，无需特殊设备l 可作为地下构筑物的围护结构、可作为地下结构的一部分二、沉井施工程序二、沉井施工程序一般，单个沉井的施工程序：平整场地、测量放线；打桩、开挖基坑、搭设施工台；整平基坑、铺砂垫层及承垫木；制作沉井及防水层；抽出承垫木及挖土下
2、沉；封底浇底板等打桩、开挖、搭台铺砂垫层、承垫木沉井制作抽取承垫木挖土下沉钢筋混凝土底板素混凝土砂子煤渣片石一、清整场地一般情况下，应在整平场地上铺设不小于0.5m 厚的砂或砂砾垫层；为减小下沉深度，也可挖一浅坑，在坑底制作沉井，但坑底应高出地下水面0.51.0m。2.2 旱地上沉井的施工平整范围大于沉井外侧13m砂垫层施工完成 1 砂垫层（1）砂垫层作用l沉井荷重经过砂垫层的扩散作用后，传到下卧层面上的应力小于地基土的承载力l找平（2）砂垫层厚度asGflhhs 砂垫层的厚度G 沉井的单位长度重量fs 地基承载力设计值ll+2hsG45o砂垫层的厚度，视沉井的重量和地基土的承载力而定。（3）
3、砂垫层宽度沉井平面尺寸不大时，一般可按基坑开挖的范围铺满。如沉井平面尺寸很大，而当地砂又缺少时，也可沿沉井壁及隔墙挖成条形基坑。砂垫层的底面尺寸由承垫木边缘向下作45o直线扩大确定。同时，为了抽除承垫木方便，其宽度还应不小于井壁内外侧各一根承垫长度，即。2aBblll+2hsl45olb2 混凝土垫层（1）混凝土垫层作用目前，沉井工程绝大多数情况已不采用承垫木法施工，而是直接在砂垫层上铺一层素混凝土扩大沉井刃脚的支承面积，减轻对砂垫层或地基土的压力，省去刃脚下的底模板，其厚度一般采用1015cm。（2）混凝土厚度bb+2h1()2GbRhh 混凝土垫层的厚度G 沉井第一节的单位长度重量R1 砂
4、垫层承载力设计值，一般取100kN/m2hl在新浇沉井第一节混凝土时，因不允许沉降太多，砂垫层的允许承载力应适当降低。当接高浇筑混凝土时，应适当予以提高，但最大不超过砂垫层及地基土的极限承载力。注意事项：注意事项：l如沉井第一节自重过大，应采用减小第一沉井高度解决，而不应加厚素混凝土的厚度，以免影响沉井下沉。l当沉井自重较轻时，也可不采用砂垫层地基，并直接在地面上浇素混凝土，然后制作沉井。二、制作第一节沉井在刃角踏面处对称地铺设一层垫木以加大支承面积，垫木数量可按垫木底面压力不大于100kPa计算。（1）承垫木方法放刃角角钢，竖立内模，绑扎钢筋，立外模，浇筑较重的沉井在较软弱地基制作时，常用垫
5、架或半垫架法垫架法半垫架法沉井立模 钢筋绑扎重量较轻的沉井，在均匀土层上浇筑一层与井壁等厚的混凝土，与沉井形状相同。（2）无垫木方法水泥砂浆上铺油砧纸一层直径或边长在8m以内，可采用砖垫层。刃角砖胎模施工（3）土模法 重量较轻的沉井，在可塑或硬塑状均匀粘土上，开挖粘土基槽，其内壁用 1：3水泥砂浆抹平200200水泥砂浆隔离剂钢板井制作三、拆模及抽垫混凝土强度达到设计的70%时可拆除模板；大型沉井混凝土达到设计强度的100，小型沉井到达70以上时，可抽出垫木抽出垫木抽出垫木抽出垫木应分区、依次、对称、同步进行。顺序：圆形井：顺序：圆形井：先先抽一般垫木，后定位垫木抽一般垫木，后定位垫木；矩形井
6、：；矩形井：先内隔墙、再短边、最后长边抽长边垫木时，隔一根抽一根，以定位垫木为中心，对称地由远到近地抽，最后抽除定位垫木。矩形沉井垫木抽除顺序随抽随回填砂、卵石或砾石并捣实，同时在刃角内外侧应筑成小堤并分层夯实。300500500钢板井吊入基坑四、挖土下沉l排水下沉：透水性很低或漏水量不大的稳定土层，涌水量每m2沉井面积不超过每小时1m3时，人工或机械挖土沉井下沉沉井下沉主要是通过从沉井内均匀取土，消除或减小沉井内侧的摩阻力及刃脚下的正面阻力，有时也同时采用减小井壁外侧土的摩阻力办法，使沉井依靠自身的重量从地面沉入地下。对于陆上沉井，以排水法下沉为主；对于水中、人工筑岛上沉井、浮运沉井以不排水
7、法下沉为主排水法下沉施工钢板井下沉 1钢板井下沉 2l不排水下沉：沉井穿过较厚的粉砂层，且含水量很大时，土层不稳定，一般机械挖土，维持井内水位高出井外水位 1.02.0ml挖土时一般先挖锅底，再挖刃角附近的土，挖土设备均匀布置注意事项：注意事项：l沉井下沉时，每次不超过50cm，须进行清土校正l下沉到距设计标高50cm时，应放慢下沉速度，干挖时，预先放混凝土块，不排水挖土时，可向井内适当加水，增加浮力，避免超沉l一般下沉深度应有3.010cm预留量水力机械出土的基本原理先用高压射水冲碎土层后，再用水力吸泥机将泥浆及土的碎块排到井外。喷嘴设置在混合管中，高压水泵供给喷嘴的工作水流以3050m/s
8、的速度喷出，带走了原来在混合管和吸泥管中的空气，使混合管和吸泥管内部处于真空状态。扩散管喉管吸泥管进水管混合管喷嘴锥管扩散管喉管吸泥管进水管混合管喷嘴锥管由于负压的作用，沉井内的泥浆以23m/s的速度被吸入混合管，在混合管中吸入的泥浆与工作水流充分混合。混合后的泥浆水流在工作水流的动能作用下，通过截面直径为10cm的喉管进入扩散管。在扩散管内，混合的泥浆流的动能转变为位能。因此，可将低处的泥浆提升到一定高度，经过排泥管而排到井外。空气吸泥的原理当压缩空气沿进气管进入空气箱以后，通过内壁上的小孔眼进入混合管，与水混合形成相对密度小于1的气水混合物。吸泥管排泥管进气管空气箱混合管混合物在管外水头压
9、力的作用下，顺着排泥管上升而排除井外。同时吸泥管口的泥浆，由于气水混合物向上流动而吸入管内，在混合管与压缩空气混合后被排到井外，完成空气吸泥工作。五、接高沉井当一节沉井下沉至井顶露出地面不小于0.5m，或露出水面不小于1.5m 时，接筑下节沉井，每次接高不大于5m井壁分节处的施工缝形式六、设置井顶防水围堰当沉井顶面低于地面或水面时，应在井顶设防水围堰，其下端与井顶预埋锚杆相连。常见的有：土围堰、砖围堰、钢板桩围堰，水深流急，围堰高大于5.0m时，宜采用钢板桩围堰。七、基底检验及处理沉井到达设计标高后，检验基底地质情况是否与设计相符砂土或粘土地基砂土或粘土地基，在井底铺一层砾石或碎石至刃脚底面以
10、上200mm。岩石地基岩石地基，凿除风化岩层。若岩层倾斜，应凿成阶梯形。若岩层局部有孔洞，应用水泥砂浆封堵。八、沉井封底沉井下沉至设计标高，并基本稳定（8小时内沉降量不大于10mm）后，可以进行封底。干封底：准备工作：排除井内积水，对超挖部分用砂石回填，将刃角的污泥清洗干净，新、老混凝土的接缝处凿毛等。封底：在每个井孔的最低处留一集水井，混凝土的浇筑从四周刃角开始向中央推移。待底板混凝土强度达70后，对集水井逐个封堵。湿封底：在井内竖直放入一根或数根钢制导管，管底距井底土面3040mm，在导管顶部连接一个有一定容量的漏斗，在漏斗的颈部安放球塞，并用绳索系牢。漏斗先盛满混凝土，然后将球塞下放一段
11、距离，但不超出导管下口。浇筑时割断绳索，同时迅速不断地向漏斗内灌入混凝土，导管内的球塞、空气和水均受混凝土重力挤压由管底排出，混凝土在管底堆成一圆锥体，将导管下端埋入混凝土内，使水不能流入管内。九、井孔填充和顶板浇筑封底后，抽干井孔中水，填充井内圬工。如井孔不填料或仅填砾石时，浇筑钢筋混凝土顶板。2.3 水中沉井的施工在岸边或江心修建的泵房、桥梁墩台沉井基础，除采用浮运法外，在水流速度不大水流速度不大（0.5m二 筑岛的分类常用的筑岛法有：土岛、草袋围堰筑岛、板桩围堰筑岛和土岛、草袋围堰筑岛、板桩围堰筑岛和石笼围堰筑岛石笼围堰筑岛等1 土岛一般在水流速度不大（2m0.5m0.5mbotan(4
12、5)2bH 用于沉井围堰的板桩主要是钢板桩，但对沉井制作所需人工筑岛而言，围堰与岛体共用，防水要求不高，近年多用槽钢代替板桩板桩一般在水上用打桩船施打4 石笼围堰筑岛适用范围：适用范围：在水深流急，且不宜打板桩的岩石、砂夹卵石等的河床上。石笼围堰筑岛是先用其他材料制作成笼，然后向笼内填装块石或卵石作成围堰，再向围堰内填砂筑岛。bPh稳定性计算：稳定性计算：三 浮运沉井 当水深较大（10m），采用筑岛法很不经济且施工困难时，可采用浮运法浮运法施工沉井。沉井牵引钢丝绳滑道1510后梢钢丝绳 沉井在岸边作成，利用岸边铺设的滑道滑入水中，然后用绳索牵引到设计墩位。沉井就位后，用混凝土或水灌入空体，下沉
13、至河床。沉井刃角切入河底一定深度后，可按前述方法施工一、井壁摩阻力过大与过小增加沉井重量或降低摩阻力2.4 沉井下沉过程发生的问题及处理1 摩阻力过大l 分节下沉时，可接高沉井或加压l 水力机械施工时用水枪冲刃角下土层l 不排水下沉时采取井内排水减少浮力l 用高压力冲射外壁及制作时涂油l 设计时采用泥浆润滑套、壁后压气及卵石减摩等措施l 增加沉井重量或降低摩阻力沉井沉到设计标高不能稳定时，可向井内注水，增加对沉井的浮力2 摩阻力过小二、沉井突沉原因：锅底挖得太深措施：适当加大下沉系数；锅底不要太深；设置一定数量的下框架承受部分土反力；采用泥浆套等减少摩阻力三、井内流砂措施：措施：向井内灌水，采
14、用不排水下沉；井点降水；地基处理，改变土体可能产生流砂的特性。H1H2Hw2121HHHHIkp四、沉井倾斜及纠偏1 倾斜偏转的原因l 人工筑岛被水流冲坏，或沉井一侧的土被水流冲空l 沉井刃角下土层软硬不均l 没有对称地抽出承垫木，或没有及时回填夯实l 没有均匀除土下沉，井孔内土面高低相差太大l 刃角下掏空过多，沉井突然下沉，产生倾斜l 刃角一角或一侧被障碍物搁住，没有及时发现和处理l 井外堆土或其他原因造成对沉井四周井壁的偏压l 排水下沉时，井内产生大量流砂等2 纠偏方式l 偏出土纠偏排水下沉：排水下沉：在刃角高的一侧出土，在刃角低的一侧保留较宽的土堤或适当回填砂石不排水下沉：不排水下沉：与
15、上同，由机械或潜水员在刃角高一侧出土，在低一侧增加刃角阻力位移纠偏：位移纠偏：先一侧挖土，有意使沉井倾斜，然后均匀挖土使沉井沿倾斜方向下沉，直到沉井底面中轴线与设计中轴线位置重合或接近，再倾斜纠正l 井外射水、井内偏出土纠偏当沉井下沉深度较大时，纠偏关键在于减少一侧的摩阻力l 增加偏土压或偏心压重纠偏由于弃土对在沉井一侧，或由于其他原因使沉井两侧有土压力差，沉井偏斜在沉井倾斜低的一侧回填土，使低的一侧产生的土压力大于高的一侧，也可在沉井高的一侧加压重l 多种方法联合使用小沉井或矩形沉井在短边方向发生偏差时，纠偏较难。可在下沉少的一侧外部用高压水冲、并加偏心压重，在下沉多的一侧加水平推力五、下沉
16、周边土体塌方沉井周围土的破坏棱体范围，一般采用下式计算H45o-/2L)245(o HtgL一般矩形沉井外土的破坏棱体范围，短边短边较长边处为小较长边处为小，井的四角较短边处为小井的四角较短边处为小。下沉深度较大时，由于土拱的作用，土的破坏棱体范围的增加将随下沉深度的增加而减小沉井对周围土扰动原因分析1 粘土粘土：井内、外土面有高差，下沉时井体带动土体2 砂土：砂土：上述应力作用，沉井内外水头差作用，发生流砂3 由于倾斜、位移和纠偏，使井外土体松动4 下沉后期，刃角不再全部埋入土中，有时井外泥沙涌入井内减少沉井对周围土破坏的措施1 加长刃角加长刃角，增大沉井系数，阻碍土体从井外向井内涌入2 改
17、排水施工为不排水施工不排水施工，在邻近无永久建筑时，可采用井点降水3 沉井四周坍陷较严重时，及时回填及时回填。不均匀坍陷时更应注意，以免由于四周土压不均引起沉井过大倾斜。六、沉井接高时的稳定措施沉井周围土的破坏棱体范围，一般采用下式计算一、触变泥浆法2.5 沉井施工中减小摩阻力的方法在沉井井壁外侧填充一层触变泥浆，形成一个润滑套来减少土层对井壁的摩阻力，并维护周围土不受破坏和塌陷，保证邻近地面建筑物的安全泥浆套施工对沉井的要求：泥浆套施工对沉井的要求：刃角踏面宽度踏面宽度不宜大于10cm，最好采用钢板无踏面刃角，以减少正面阻力和防止漏浆 沉井外壁宜垂直外壁宜垂直，并作成单台阶型，其宽度一般为1
18、020cm，距刃角高不小于3m。泥浆套的构造：泥浆套的构造：射口挡板、地表围圈和压浆管射口挡板角钢或钢板，固定于井壁台阶防止泥浆直冲土壁和土壁局部坍落堵塞出浆口地表围圈确保泥浆套的宽度，防止土坍落在泥浆套内；储存及补充泥浆并调整出浆的不均衡。木板围圈钢板围圈钢筋混凝土围圈浅沉井，高度一般为1.52.0m深沉井，井深50m左右，围圈高度810m；井深100m时，围圈2025m压浆管井壁厚采用内管法，井壁薄采用外管法，压浆管可置于井壁内侧或外侧。管径一般为3850mm，间距34m，射口方向与井壁成45o沉井下沉到设计标高后，应将泥浆排除，可沿沉井壁预留排浆孔，在下沉期间，堵塞排浆孔或装阀门。一般排
19、出方法是用砂浆置换。二、壁后压气法向沉井周围预埋的管路中通入高压气流，气流由喷气孔喷出，沿沉井壁上升，在井周围形成一圈空气幕，使井壁与土层见摩阻力降低。适用条件：地下水位较高的细、粉砂层及粘性土层。压气时，砂土液化、粘土形成泥浆。压气管应分层分区布置，竖管可用塑料管或钢管，水平管用25mm聚乙烯管，沿井壁外沿埋设。气龛气龛第一层水平管设在距刃角底面3m左右高度，以保持下部沉井与土层有足够的接触面积，防止刃角下的土挖空过多，压气时向井内涌砂，下部各层水平管间距为1.01.5m，上部每层2.0m。3m1.5m1.0m2.0m150气龛气龛在水平管的喷气孔位置，预留用模板作成的棱锥形凹槽，拆模后在凹
20、槽内对水平环管钻直径1mm的喷气孔，称为气龛。气龛按其所负担的摩擦面积等距离布置，上下层交错排列。据经验，气龛分担的面积下部1.3m2/个，上部2.6m2/个。压气沉井所需的气压，可按所在位置的静水压力的2.5倍计算30优点：设备简单，节约材料；操作方便，纠偏自如；阻力恢复快，工期短；适于水中施工。不足：对于卵石、粗粒径碎石及石质地层不宜采用，对深度在8m以内的沉井，使用价值不大。压气法沉井施工三、卵石减摩法向沉井套井与井壁间，随沉井下沉随填入粒径1030mm的小河卵石，使井壁不与土壁直接接触，以减小摩阻力。同时，卵石将泥挡住而使水滤进井内，并起到护壁作用。为避免井底涌砂冒泥，在刃角台阶以上井
21、壁中预埋100150mm泄水管，使流砂层中的水进入井内（而不再由刃角进入），降低井底流砂的水压力。沉井下沉到设计标高时，先将井壁上预埋的大部分管子封堵，通过其余管子向壁后注入水泥浆或水泥，使壁后环形空间中的石子被胶结成整体，从而终止沉井继续下沉。沉井刃角处的台阶以100200mm为宜，套井与井壁间距以6001000mm为宜，套井深可采用46m。泄水管最上一层，可兼作纠偏。适用于没有饱和的细粉砂层，优点是设备少，施工准备期短，施工简单、速度快、成本低。沉井制作前，先进行土方开挖，开挖至1.300m高程，然后回填2.0m厚中粗砂，分层洒水夯实，使场地承载力设计值达到250kpa以上。沉井分三节制作，第一节沉井高5.00m，第二节高5.00m，第三节高7.00m。施工过程中采用无承垫木施工，用200mm厚C20素混凝土垫板支撑，使刃脚踏面，纵横隔墙，底梁均匀地施荷于垫层上。沉井采用不排水抽砂下沉方案，沉井下沉完毕后，待水位降至韧脚下1m并且沉井结构稳定后进行封底。广西钦州燃煤电厂一期工程循环水泵房沉井施工方案循环水泵房第一节沉井2480方砼浇筑完成 循环水泵房第二节沉井钢筋
