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'第5期(总第169期)2013年10月中圄彳鹾：朽CHINAMUN[C／PALENCINEERINGOct．2013DOI：10．3969／j．issn．1004-4655．2013．05．019沉井结构设计与施工方法应俊(上海市城市建设设计研究总院，上海200125)摘要：沉井是深基础和地下工程的一种结构形式，也是常用的一种施工方法。首先对沉井进行了概述，然后分别从沉井结构设计、施工方法与主要技术措施进行详细阐述，作为总结、参考。关键词：沉井；结构设计；施工；安全中图分类号：TU473．2文献标志码：A文章编号：1004—4655(2013)05—0056—02近年来，在城乡供、取水工程、大口井工程、跨河工程的基础设计中，大多采用了沉井结构。有圆形沉井、带框架隔墙和不带框架隔墙矩形沉井等。通过这几年的设计与施工，取得了一些经验，沉井具有经济合理、结构简单、易保证工程质量等优点。本文从沉井结构设计与施工方法等方面展开研究。1沉井概述沉井是修筑地下工程和深埋基础时，由古老的掘井作业发展而成的一种施工方法，以前多用于桥梁墩台基础。随着钢筋混凝土结构的出现，以及现代化施工技术和施工机械的不断革新，沉井已逐步发展成为各类土层内，各种深埋地下构筑物围护结构的一种常用型式。沉井施工法不仅适用于软土地基，在硬土、砂、砾石等土层也可应用o1-2]o沉井以传统的施工方法加上新的技术，可用于各类构筑物类、基础类以及基坑支护类中。2沉井结构设计2．1沉井壁厚的设计沉井设计时，井壁的厚度由以下几方面的因素确定‘3|。1)下沉需要。设计中一般优先考虑沉井依靠自重克服土层摩擦力而下沉到设计标高的原则，当重量不足时，须采取外加压重或其他助沉措施，因此，沉井井体应有适当的厚度。反之，当井体过重，下沉系数过大或地基承载力不足时，则应适当减薄收稿日期：2013—07—30作者简介：应俊(1982．)，男，工程师，工学硕士，主要从事给排水结构设计工作。56井壁厚度。2)满足受力要求及抗渗性能要求。在施工阶段，井体的各个井壁厚度应满足受力要求；而在使用阶段，井体作为结构的一部分，除了满足强度要求外尚应满足抗渗性能及限制裂缝宽度的要求。3)抗浮要求。在多数情况下，当井位处于地下水位以下时，沉井须满足抗浮的要求，必须要求沉井井体有一定的厚度。2．2沉井下沉稳定的设计1)下沉计算。为使沉井能够顺利稳定下沉，当全部尺寸初步拟定后，应验算沉井自重是否能满足克服下沉时土的摩阻力。沉井挖土下沉时应对称均衡地进行，根据所在土层的土质条件及透水性能，下沉施工分为排水下沉和不排水下沉2种型式。沉井下沉系数应符合式(1)要求。K。=(Glk一氏．k)／R>1．05(1)式中：K。为沉井下沉系数；G，。为沉井自重标准值(包括外加助沉重量的标准值)；F,w．。为下沉过程中浮托力标准值；R为井壁总摩阻力标准值。2)下沉稳定计算。当下沉系数>1．20，或在下沉过程中遇有软弱土层时，应根据实际情况进行沉井的下沉稳定计算，下沉稳定系数应符合0．8～0．9。3)抗浮验算。沉井抗浮稳定验算应按沉井封底和使用2个阶段，分别根据实际可能出现的最高水位，在不考虑沉井壁摩阻力条件下验算。如=G1k／F。fw．k>1．0(2)式中：瓦为沉井抗浮系数；或．。为基底的水浮托力标准值。 中国彳菹工霜应俊：沉井结构设计与施工方法2013年第5期3沉井施工方法的选择下沉施工方法的选择，主要取决于工程场地的大小、水文地质条件以及施工对周围建(构)筑物的影响程度等因素。下沉施工方法主要有排水下沉和不排水下沉2种L4J。1)排水下沉法。适用于渗水量不大(每平方米渗水≤1m3／min)、稳定的黏性土或在沙砾层中渗水量很大，但水能很快排出，且不会因为排水导致流砂及井底土体因管涌而失稳的情况下使用。2)不排水下沉法。不排水下沉法沉井施工主要有冲抓锥(或抓斗)在水中取土下沉和水力机械冲土下沉2种。沉井下沉时，每次挖土深度为30～40cm，自沉井中部向四周对称取土，以保证沉井均匀下沉。自井中运出的土方应堆放在离沉井10m以外的地方，避免沉井在外部土的压力作用下发生倾斜。一轮下沉到位再进行下轮开挖和下沉，在下沉至距离设计深度20cm左右应停止取土，观察2d后如仅靠沉井自重不能下沉到位，再用人工慢慢取土，使沉井到达设计深度。4沉井施工的主要技术措施4．1基坑砂垫层及混凝土垫层的设置通常，在采用排水施工情况下，一般在原地面开挖2m左右深的基坑，在刃脚底再挖沟槽，深1m左右，宽度根据地基承载力，按砂垫层受力扩散角计算。在砂垫层上浇筑CIO素混凝土层，每边比刃脚宽出约100mm，下沉前将混凝土垫层打碎，并连同砂垫层一起挖出，沉井便很平稳地沉至原状地基。接着即可按常规方法下沉施工。4．2沉井下沉施工4．2．1下沉方法施工要点1排水下沉常用的排水方法及施工要点如下¨j。(1)明沟集水井排水。在离刃脚2m左右处挖一圈排水明沟，设3～4个集水井，深度比沟底深1．0～1．5m，沟与井底深度随沉井挖土而不断加深；在井内或井壁上设水泵，将水抽出井外排走，井内渗水量很少时，可设潜水泵排水。(2)喷射井点排水。在沉井周围设置轻型井点、喷射井点以降低地下水水位，使井内保持挖干土。(3)井点与明沟排水相结合。在沉井上部周围用井点截抽水，井壁下部挖明沟和集水井排水。2)不排水下沉常用方法及施工要点如下。(1)抓斗挖土。用吊车吊抓斗挖掘井底中央部分的土，使之形成锅底。(2)水力机械冲土。利用高压水枪的高压水流在井底冲刷土层，使其形成泥浆汇流至集泥坑，用水力吸泥机将泥浆抽出；适宜于抽吸的泥浆比重为砂类土1．08。1．18、黏性土1．09～1．20。4．2．2下沉辅助措施1)高压射水。在较坚硬的土层中，利用抓土斗或吸泥机在水下除土时，一般需辅以高压射水以松动及冲散土层，以便抓吸。2)抽水下沉。不排水下沉的沉井，在刃脚下已掏空仍不下沉时，可在井内抽水而减少浮力，使沉井下沉。对于易引起翻沙涌水的地层，不宜采用。3)压重下沉。根据不同情况如下沉高度、施工设备、施工方法，采用压钢轨或型钢、接筑沉井混凝土、匀压砂袋土等方法。4)炮震下沉。沉井下沉至最后阶段，一般下沉较困难。当井中锅底坑已较深，刃脚下土层业已掏空，沉井仍不下沉时，可在井孔中央的泥面上放置炸药起爆，使刃脚已悬空的沉井受震下沉。4．2．3沉井下沉注意事项1)无论采用何种下沉方式，其井内除土应先从中间开始，均匀、对称、逐步向刃脚处分层取土，以期沉井均匀下沉，防止偏斜。特别是下沉初期，沉井人土较浅，土层对沉井的平衡稳定作用差，容易产生偏斜。2)下沉中应随时掌握土层变化情况，分析和检验土壤阻力与沉井重量的关系，选用适宜的除土下沉方法，控制除土部位及除土量，使沉井均匀平稳地下沉。3)当每节沉井接近下沉至预定标高时，应注意调平沉井，准备接高。此时应特别注意除土部位及深度，防止沉井下沉量过大或产生较大偏斜，增加接高的困难。4．3沉井终沉与封底沉井封底后仍要继续下沉，沉井终沉标高要预留一定值，地基验收规范允许的标高偏差值为-t-10cmo沉井封底可分为排水封底和不排水封底2种。当沉井基底无渗水或少量渗水时，可采用排水封底；当沉井基底有较大量渗水时须采用不排水封底，其方法有3种：垂直导管法灌注水下混凝土、(下转第65页)57 中圄彳放z霜晁东辉：城市排水管道建设应用拖管施工控制后续沉降的新方法2013年第5期3．2工程应用该工程托管直径300mm，埋深约1．9m，选择2个试验段，一个进行了泥浆置换，一个未进行，然后进行长时间的地表沉降监测。从图6可以看出，地表沉降主要发生在多级扩空和拖管阶段，后续沉降占的比重相比较小，但注入置换泥浆的后续沉降要小于未注人置换泥浆情况下的沉降量，并且注人置换泥浆时，地表有微小隆起。图62种工况下的沉降曲线从图7中也可以看出最终的横断面的沉降槽进行置换的小于未进行置换的。有无应用置换泥浆的试验段最终沉降量分别为4．0mm和4．7mm，控制沉降优化17．5％。图72种工况下的横断面的最终沉降槽4结语有限元分析有无置换泥浆的地面沉降差别较小，主要是有限元程序中置换泥浆的模拟较困难，本文采取简化方法，将泥浆看成非常软的土，应用摩尔库伦模型，所以计算值差别不很明显，但实际的监测数据表明该方法有较好的控制沉降能力。参考文献：[1]上海第二市政有限公司．水平定向钻孑L技术在排水管道中的应用与研究[R]．上海：2006．[2]廖磉庆．水平定向钻在管道施工中的技术探讨[J]．岩土工程界，(7)7：54—56．[3]魏纲．顶管施工中注浆减摩作用机理的研究[J]．岩土力学，2004(6)：90-94．鬃《《警+《《繁瞧∈綦《《豢《《豢《《肇+《《鬃《《《繁《《《繁《I《豢每《《豢喀《繁《龟《繁《《豢+《《《豢埒《鬻+《《繁《∈《豢母《鬃+鼍《《(上接第57页)堆石灌浆法和装袋法灌注水下混凝土。5结语沉井作为建造地下构造物或深基础的主要施工方法之一，其技术性和实践性都很强。为了保证沉井的顺利下沉，在施工前应根据地质勘察资料编制沉井专项施工组织设计，选定合适的下沉方法，并在施工过程中进行严密监测，以确保下沉的施工质量和安全。沉井下沉时对周围土体的破坏必须引起足够关注，设计、施工、监理和业主各方应密切配合，并采取有效控制措施和应急预案。参考文献：[1]廖绍华，闫庆华，付超．圆形沉井结构设计[J]．中国高新技术企业，2011(131：21—22．[2]汪耀武．沉井施_丁．技术浅探[J]．四川建材，2013(4)：208—209．[3]朱建民，龚维明，穆保岗．超大型沉井首次下沉关键问题研究[J]．公路，201I(4)：13—18．[4]建筑地基基础设计规范[M]．北京：中国建筑工业出版社，2002．[5]建筑地基处理技术规范[M]．北京：中国建筑工业出版社，2003．65'