沉井施工.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,沉井法施工,同济大学浙江学院,张广兴讲师,.,沉井,是带刃脚的井筒状结构物(如图)。它是以,井内挖土,，依靠,自身重力,克服井壁摩阻力后,下沉,到设计标高，然后经过混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其它结构物的,基础,。,一 概 述,1、沉井法施工的概念,.,图1 沉井下沉示意图,图2 沉井基础,.,2 沉井法施工的特点及应用范围,优点：,(1)埋深大，整体性强、稳定性好，承载面积大，承载力高(垂直与水平)；,(2)同时用作基础和施工时的挡土和挡水围堰；,(3)施工时对邻近建筑物影响较小；,(4)内部空间可进一步利用。,缺点：,(1)施工工期较长；,(2)施工技术要求高；,(3)施工中易出现流砂，造成沉井倾斜或下沉困难。,.,桥墩、锚碇、矿用竖井、地下泵房、水池、油库、地下设备基础、盾构隧道、顶管的工作井和接收井等。,（1）,上部荷载较大,，,表层地基土承载力不足,，一定深度下有较好持力层，且与其他基础方案相比较为经济合理；,（2）在山区河流中，冲刷大或河中有较大卵石不便桩基础施工；,（3）岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深，采用扩大基坑施工围堰有困难。,沉井法的应用范围,.,江阴长江公路大桥北锚沉井：,沉井平面长69米，宽51米，下沉深度为58米，体积20.4万立方米,列世界最大沉井。,.,大型钢壳沉井,.,过黄浦江倒虹管沉井,.,沉井可以按以下方法进行分类：,1）按施工方法分类,2）按沉井形状分类,3）按沉井所用材料分类。,二 沉井的分类,.,1、按沉井的施工方法分类,按,施工方法,分为：,一般沉井,和,浮运沉井,。,一般沉井：,指,就地制造下沉的沉井,，这种沉井是在基础设计的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉。如基础位置在水中，需先在水中筑岛，再在岛上筑井下沉。,浮式沉井：,在深水地区筑岛有困难或不经济，或有碍通航当河流流速不大时，可采用岸边浇筑浮运就位下沉的方法，这类沉井称为,浮运沉井或浮式沉井。,.,2、按沉井平面形状分类,常用的有,圆形、圆端形,和,矩形,等根据井孔的布置方式，又有,单孔、双孔,及,多孔,的分别。,沉井平面形式,a)单孔沉井；b)双孔沉井；c)多孔沉井,.,圆形沉井：,1）沉井在下沉过程中易控制方向；,2）能保证其刃脚均匀地支承在土层上；,3）井壁受力均匀，承受水平土压力和水压力性能良好。,圆端形沉井：,1）控制下沉、受力条件、阻水冲刷均较矩形者有利；,2）但沉井制造较复杂。对平面尺寸较大的沉井，可在沉井中设置隔墙，使沉井由单孔变成双孔或多孔。,.,矩形沉井：,1）具有制造简单，基础受力有利的优点，常能配合墩台(或其他结构物)底部平面形状。,2）四角一般做成圆角，可有效改善转角处的受力条件，减缓应力集中现象，以降低井壁摩阻力和避免取土清孔的困难。,3）矩形沉井在侧压力作用下，井壁受较大的挠曲力矩；,4）在流水中阻水系数较大，冲刷较严重。,.,3、按沉井立面形状分类,主要有,柱形,、,锥形,及,阶梯形,等。采用形式应视沉井需要通过的土层性质和下沉深度而定。,土软，浅,土密，深,土较密，深,.,柱形沉井,它在下沉过程中,不易倾斜，井壁接长较简单，模板可重复使用。,故当土质较松软，沉井下沉深度不大，可以采用这种形式。,.,锥形沉井,井壁可以减少土与井壁的摩阻力，其缺点是,施工较复杂，消耗模板多，同时沉井下沉过程中容易发生倾斜。,故在,土质较密实,，沉井,下沉深度大,，要求在不太增加沉井本身重量的情况下沉至设计标高，可采用这类沉井。,锥形式的沉井井壁坡度一般为,1/201/40,。,.,阶梯式沉井,阶梯式沉井的台阶宽度约为,100200mm,。,鉴于沉井所承受的,土压力,与,水压力,，均,随深度而增大,。为了合理利用材料，可将沉井的井壁随深度分为几段，,做成阶梯形,。,下部井壁厚度大，上部井壁厚度小，因此，这种沉井外壁所受的摩擦阻力可以减小，有利于下沉。,.,4、按沉井所用材料分类,按沉井所用材料分主要有,素混凝土沉井、钢筋混凝土沉井、砖石沉井、竹筋混凝土沉井,和,钢沉井,等。,1）素混凝土沉井：,素混凝土沉井的特点是,抗压强度高，抗拉能力低,，因此这种沉井宜做成,圆形,，并适用于下沉,深度不大(47m)的软土层,中。,.,2）钢筋混凝土沉井：,这种沉井的,抗拉及抗压能力较好，下沉深度可以很大,(达数十米以上)。,当下沉深度不很大时，井壁,上部用混凝土,，,下部(刃脚)用钢筋混凝土,，在桥梁工程中得到较广泛的应用。,当沉井,平面尺寸较大,时，可做成,薄壁结构,，沉井外壁采用泥浆润滑套，壁后压气等施工辅助措施就地下沉或浮运下沉。,此外，钢筋混凝土沉井,井壁隔离墙可分段(块)预制,，,工地拼接,，做成装配式。,.,4）竹筋混凝土沉井：,沉井在下沉过程中受力较大因而需配置钢筋，一旦完工后，它就不再承受多大的拉力，因此，在南方产竹地区，可以采用,耐久性差但抗拉力好的竹替部分钢筋,来承受下沉阶段过程中拉力。,我国南昌赣江大桥等曾用这种沉井。在沉井分节接头处及刃脚仍用钢筋。,3）砖石沉井,：这种沉井适用于,深度浅的小型沉井，或临时性沉井。,例如，房屋纠倾工作井，即用砖砌沉井，深度约45m。,.,5）钢沉井,：钢沉井由钢材制作，,强度高、质量轻、易于拼装,、适于制造,空心浮运沉井,，但用钢量大，国内应用较少。,.,1、沉井的轮廓尺寸,沉井平面形状,：,常取决于上部结构（或下部结构墩台）底部的形状。,矩形沉井，沉井的,长短边之比不宜大于3,；,若上部结构的长宽比较为接近，可采用方形或圆形沉井。,三 沉井的构造,.,沉井的入土深度,：,根据,上部结构、水文地质条件及各土层的承载力,等确定。,入土深度较大时应分节制造和下沉，每节高度,不宜大于5m,；底节沉井过高，易造成制模、筑岛时岛面处理、抽垫下沉等困难。,.,2、沉井的一般构造,一般沉井构造上主要由,井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、射水管、封底和盖板,等组成。,.,1）井 壁,井壁是沉井的主要部分。它在,沉井下沉过程中起挡土、挡水及利用本身重量克服土与井壁之间的摩阻力的作用。,当沉井施工完毕后，它就成为基础或基础的一部分而将上部荷载传递给地基。,.,井壁必须具有足够的强度和一定的厚度。,根据井壁在施工中的受力情况，可以在井壁内配置,竖向及水平向钢筋,，以增加井壁强度。,井壁厚度,按下沉需要的,自重,，,本身强度,以及,便于取土,和,清基,等因素而定，一般为,0.801.50m,，为便于绑扎钢筋及浇筑混凝土，其厚度,不宜小于0.4m,。钢筋混凝土薄壁沉井可不受此限制。,井壁的混凝土强度等级不低于C15。,.,2）刃 脚,井壁下端形如楔状的部分称为刃脚。其作用是在沉井自重作用下易于切土下沉。,刃脚底面(踏面)宽度一般为0.10.2m,，对软土可适当放宽。,下沉深度大，且土质较硬，刃脚底面应以型钢(角钢或槽钢)加强(右图)，以防刃脚损坏。,刃脚内侧斜面与水平面的夹角一般为大于等于45,。,刃脚构造,.,刃脚高度,视井壁厚度、便于抽除垫木而定，一般当沉井湿封底时，取1.5m左右；干封底时，取0.6m左右。由于刃脚在沉井下沉过程中受力较集中，故,刃脚宜采用C20以上的钢筋混凝土制成。,.,3）隔 墙,沉井平面尺寸较大，也即井壁跨径较大时，应在,沉井内设置隔墙，以加强沉井的刚度,，使井壁的挠曲应力减小，其厚度一般小于井壁。,隔墙底面应高出刃脚底面0.5m以上,，避免隔墙下的土顶住沉井而妨碍下沉。也可在刃脚与隔墙联结处设置埂肋加强刃脚与隔墙的连结。,如为,人工挖土,，在隔墙下端应设置,过人孔,，便于工作人员井孔间往来。,.,4）井孔,井孔是挖土排土的工作场所和通道。井孔尺寸应满足施工要求，,宽度(直径)不宜小于3m。,井孔布置应对称于沉井中心轴，便于对称挖土使沉井均匀下沉。,.,5）凹 槽,凹槽设在,井孔下端近刃脚处,，其作用是使封底混凝土与井壁有交好的接合，封底混凝土底面的反力更好的传给井壁(如井孔全部填实的实心沉井也可不设凹槽)。,凹槽深度约0.150.30m，高约1.0m。,.,6）射水管,当沉井下沉深度大，穿过的土质又较好，估计下沉会产生困难时，可在井壁中预埋射水管组。射水管应均匀布置，以利于控制水压和水量来调整下沉方向。一般水压不小于600kPa。,如使用泥浆润滑套施工方法时，应有预埋的压射泥浆管路。,.,7）封底和盖板,沉井沉至设计标高进行清基后，便浇筑封底混凝土。,混凝土达到设计强度后，可从井孔中抽干水井填满混凝土。如井孔中不填料或仅填以砂砾则须在沉井顶面筑钢筋混凝土盖板。,.,封底混凝土,是,传递,墩（台）全部,荷载于地基,的承重结构，这就要求封底混凝土,有一定的厚度,(可由应力验算决定)，其厚度根据经验也可取不小于,井孔最小边长的1.5倍,。封底混凝土,顶面应高出刃脚根部不小于0.5m,，并浇灌到凹槽上端。,封底混凝土标号对,岩石地基用C15,；,一般地基用C20,。,盖板,厚度一般为,1.52.0m,。井孔中充填的混凝土，其强度等级,不应低于C10,。,.,3、浮运沉井的构造,1）不带气筒的浮运沉井,不带气筒的浮式沉井适应于,水深较浅、流速不大、河床较平、冲刷较小的自然条件,。一般在岸边制造，通过滑道拖拉下水，浮运到墩位，再接高下沉到河床。这种沉井可用钢、木、钢筋混凝土、钢丝网及水泥等材料组合。,.,钢丝网水泥薄壁沉井,是由内、外壁组成的空心井壁沉井，这是制造浮运沉井较好的方法，具有施工方便、节省钢材等优点。,沉井的,内壁、外壁及横隔板都是钢筋钢丝网水泥制成。,.,2）带钢气筒的浮运沉井,.,沉井基础施工一般可分为,旱地施工,、,水中筑岛,及,浮运沉井,三种。,5.4.1 旱地沉井施工,5.4 沉井的施工,.,大型沉井下沉施工中,.,1、挖基坑及基础处理,若天然地面土质较硬，只需清净地表杂物并整平；否则应换土或铺填,不小于0.5m厚夯实的砂或砂砾垫层,，防止沉井因沉降不均产生裂缝；为减小下沉深度，可挖一浅坑，在坑底制作沉井。,.,2、制作第一节沉井,先在刃脚处对称铺满垫木（支承第一节沉井），在刃脚处放上刃脚角钢，竖立内模，绑扎钢筋，再立外模浇筑第一节沉井。,沉井刃脚立模,1-内模；2-外模；3-立柱；4-角钢；5-垫木；6-砂垫层,.,.,首节沉井制作,.,首节沉井制作,.,3、拆模及抽垫,当沉井混凝土强度达设计强度70时可拆模，达设计强度后可抽撤垫木。抽垫应,分区、依次、对称、同步,地向沉井外抽出。,抽垫顺序为：先内壁，再短边，最后长边。,长边下垫木隔一根抽一根，以固定垫木为中心，由远而近对称地抽，最后抽除固定垫木，随抽随用砂土回填捣实，以免沉井开裂、移动或偏斜。,.,4、,除土下沉,沉井宜采用,不排水除土下沉,，稳定的土层中也可采用,排水除土下沉,。,除土方法,可用：,人工或机械,。,排水下沉,常用人工除土，人工除土沉井下沉均匀，易于清除井内障碍物，但应有安全措施；,不排水下沉,时，可使用空气吸泥机、抓土斗、水力吸石筒、水力吸泥机等除土。可采用高压射水破坏土层。,沉井正常下沉时，应自,中间向刃脚处均匀对称除土,，并随时注意沉井正位，保持竖直下沉，无特殊情况不宜采用爆破施工。,.,第二节沉井的制作,.,沉井下沉中,.,沉井隔墙钢筋的绑扎,.,5、接高沉井,当首节沉井下沉至一定深度（井顶露出地面,不小于0.5 m,，或,露出水面不小于1.5 m,）时，停止除土，接筑下节沉井。凿毛顶面，立模，对称均匀浇筑混凝土，强度达设计要求后再拆模继续下沉。,.,6、设置井顶防水围堰,若沉井顶面低于地面或水面，应在井顶接筑临时性防水围堰，围堰的平面尺寸略大于沉井，其下端与井顶上预埋锚杆相连。常见的有：,土围堰、砖围堰和钢板桩围堰,。,.,钢板围堰,.,.,7、基底检验和处理,沉井,沉至设计标高后,，应,检验基底地质情况是否与设计相符,。排水下沉时可直接检验；不排水下沉则应进行水下检验，必要时可用钻机取样。,.,当基底达设计要求后，应对地基进行处理。,砂性土或粘性土地基,，一般可在井底铺砾石或碎石层至刃脚底面以上200mm；,岩石地基,，应凿除风化岩层，若岩层倾斜，还应凿成阶梯形。要除净井底浮土、软土，使封底混凝土与地基结合紧密。,.,8、沉井封底,基底检验合格后应及时封底。排水下沉时，可采用普通混凝土封底；否则宜用水下混凝土封底。若沉井面积大，可用,多导管先外后内、先低后高依次,浇筑。封底一般为素混凝土。,.,.,9、井孔填充和顶板浇筑,封底混凝土达设计强度后，再排干井孔中水，填充井内。如井孔中不填料或仅填砾石，则井顶应浇筑钢筋混凝土顶板，以支承上部结构。然后砌筑井上构筑物，并拆除临时性井顶围堰。,.,10、泥浆润滑套施工,泥浆润滑套,是把配置的泥浆灌注在沉井井壁周围形成井壁与泥浆接触。选用的泥浆配合比应使泥浆性能具有良好的,固壁性、触变性和胶体稳定性,。泥浆对沉井壁起润滑作用，大大降低了井壁摩阻力加大了沉井的下沉深度，施工中沉井稳定性较好。,泥浆润滑套射口挡板与内管法压浆管,.,11、壁后压气施工,壁后压气沉井法也是减少下沉时井壁摩阻力的有效方法。它是通过对沿井壁内周围预埋的气管中喷射高压气流，气流沿喷气孔射出，再沿沉井外壁上升，形成一圈压气层(又称空气幕)，使井壁周围土松动，减少井壁摩阻力，促使沉井顺利下沉。,与泥浆润滑套相比的优点：,壁后压气沉井法在停气后即可恢复土对井壁的摩阻力，下沉量易于控制，且所需施工设备简单，可以水下施工，经济效果好。现认为在一般条件下较泥浆润滑套更为方便，它,适用于细、粉砂类土和粘性土中,。但设计方法和施工措施尚待积累更多的资料。,.,5.4.2 水中沉井的施工,1.筑岛法,当水深小于3m，流速1.5m/s时，可采用砂或砾石在水中筑岛，周围用草袋围护；,若水深或流速加大，可采用围堤防护筑岛；,当水深较大或流速较大时，宜采用钢板桩围堰筑岛。岛面应高出最高施工水位0.5 m以上。围堰筑岛时，围堰距井壁外缘距离应满足一定要求。其余施工方法与旱地沉井施工相同。,水上筑岛下沉沉井,.,2.浮运沉井施工,水深较大，如超过10m时,，筑岛法很不经济，且施工也困难，可改用浮运法施工。,.,1、,偏斜,沉井偏斜大多发生在下沉不深时。,纠正偏斜，通常可用,偏除土纠偏,、,井外射水井内偏除土纠偏,、,偏心压重纠偏,、,顶部施加水平力,或,刃脚下支垫,等方法纠偏处理,。,5.4 沉井下沉过程中遇到的问题及处理,.,沉井偏斜,.,2、难沉：,即沉井下沉过慢或停沉。,解决措施,主要是：增加压重和减少井壁摩阻力。,增加压重,方法有：提前接筑下节沉井，增加沉井自重；在井顶加压沙袋、钢轨等重物；不排水下沉时，可井内抽水，减少浮力，迫使下沉，但需保证不产生流砂现象。,减小井壁摩阻力,方法有：将沉井设计成阶梯形、钟形，或使外壁光滑；井壁内埋设高压射水管组；利用泥浆套或空气幕辅助下沉；增大开挖范围和深度，必要时还可采用少量炸药起爆助沉。,.,3、,突沉,沉井产生较大的倾斜或超沉。,引起突沉的主要,原因,是,井壁摩阻力较小,，当刃脚下土被挖除时，沉井支承削弱，或排水过多、除土太深、出现塑流等。,防止突沉的措施一般是,控制均匀除土,，在刃脚处除土不宜过深，此外，在设计时可采用,增大刃脚踏面宽度,或,增设底梁,的措施提高刃脚阻力。,.,4、流砂,在粉、细砂层中下沉沉井，经常出现流砂现象，若不采取适当措施将造成沉井严重倾斜。,防止流砂的措施是：,（1）排水下沉时发生流砂可向井内灌水，采取不排水除土，减小水头梯度；,（2）采用井点、深井或深井泵降水，降低井外水位，改变水头梯度方向使土层稳定。,.,