沉井、沉箱技术在建筑施工中的应用

诸葛英培　陈　杰

摘要:随着现代施工技术的不断发展和建筑工艺的不断提高,现代建筑不仅向空间发展,而且正不断地向地下、水中发展。由于地下地质情况复杂、多变,给施工带来很高的技术要求,沉井、沉箱作为地下施工的一种特殊工艺被广泛应用。在某地新1#高炉矿槽料坑施工过程中,充分利用了原料坑竖壁做沉箱,一次下沉成功,工期比提前了近1/3,并且节省了费用,取得了很好的效果。

关键词:沉井技术;沉箱技术;建筑施工

中图分类号:TU991

文献标识码:A

文章编号:1009-2374(2009)19-0156-02

在现代施工中,沉井、沉箱常常适用于建筑物、构筑物的深坑、地下室、水泵房、设备深基础等工程。结构类型有钢、砼、钢筋砼结构,几何形体有圆形、矩形、多边形,其中圆形构造简单易于控制下沉位置,受力性能好。为减少下沉摩擦力,刃脚的形状和构造应与下沉处的土质条件相适应。

某地新1#高炉矿槽工程卷扬机料坑,底板标高为-10.22米,料坑长度为12.9米,宽度为7.7米。由于当地海拔低,地下水位高,土质较差,且在-6.22米处有流沙、淤泥层。距离旧建筑物很近,不适于进行大开挖。根据现场情况及施工图分析,大胆启用新思路、新方法,利用原矿槽料坑坚壁做沉箱,采用沉箱挖土下沉的方法进行施工。打破了以往高炉料坑大开挖的常规的施工方法,既降低了施工成本,而且工期比计划提前了近1/3,取得了很好的效果。

一、施工准备

(一)技术准备

1.进行施工区域内的地质及现场勘察,勘察内容见表1:

2.做好施工图纸的自审、会审及技术交底工作。

3.根据现场实际情况编制施工方案及施工组织设计,编制有关施工所需的试验报告、文字资料。

(二)场地准备

1.测量控制和沉降观测。(1)按沉井的平面位置、定位、抄平放线、并布置水准点;(2)布置沉降观测点,若沉井附近有建筑物。则在该建筑物上设置沉降观测点,沉降观测点要设在不受施工影响的,不受干扰和影响视线的地方。定期进行沉降观测,并做好观测记录。

2.平整场地、修建临时设施。(1)整平场地至要求标高,按施工区域现场平面图布置平面;(2)作好临时排水、截水沟、修建临时道路,架设水、电线路及其他暂设工程。

(三)地基处理及筑岛

1.在松散软弱的地基上进行沉箱制作,应先对地基进行处理,一般采用砂、砂砾、灰土塾层或人工夯实,机械碾压等措施加固。防止由于地基受力后产生不均匀沉降而引起的箱身裂缝。

2.当沉井在浅水地段下沉,可填筑人工岛。

3.筑岛材料宜用低压缩性的中砂、粗砂和砾石、不得用细砂、淤泥和大块砾石,岛基有淤泥应清除换填。

4.土岛要高出水面0.5米以上,护道宽大于2米,外侧坡不陡于1∶2。

5.当筑岛材料容许流速较大情况时应加围堰,围堰可用草袋或其它方法。

6.围堰四周应留护道,护道宽度不能小于2m。

(四)基坑开挖

1.沉井土方开挖按照常规土方开挖方法进行,基坑开挖深度标高应高于地下水位0.5m以上。

2.新1#高炉矿槽场地稳定地下水位埋深0.8～1.4m,地下-6.22m处有流砂、淤泥层。土方开挖随其它基础一次开挖至-4.1m处,在此部位制件作钢筋砼沉井。

3.基坑开挖平面尺寸应比沉井大2～3m,当基坑开挖至接近预定深度时,应先在基坑底部边缘外侧设排水沟,沟深为0.3～0.5m,沟底设0.3%～0.5%的坡度,内填砾石,使地下水沿盲沟流向集水井。在基坑四周设集水井,集水井深度应比排水沟底低1m左右,集水井直径为φ1000～1200m,井内设直径Φ20的钢筋笼外围铁筛网。

4.当基坑深度较大时,应按挖方边坡坡度确定开槽尺寸,四周设不小于2m的护道和地面排水沟,以防雨水等淌入。

5.基坑允许偏差见表2:

6.砂垫层的铺设:当地基承载力不够时,刃脚下应铺垫木,垫木下铺砂垫层;当地基际载力较大,沉井重量较小时,可不设砂垫层,直接铺垫木。

(五)沉井的制作

沉井主要由井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、井底、顶盖等组成。青钢新1#高炉矿槽工程根据现场实际情况,只制作了井壁、刃脚,已满足施工。

1.刃脚的制作:先在支垫上放出大样,安上刃脚侧面的角钢,按大样立内外、模板及撑架,绑扎钢筋,然后浇筑砼。(1)刃脚踏面宽宜为150~300mm,刃脚斜面与水平面的夹角宜为50°～60°,当遇到坚硬土层时,刃脚的踏面底宽和斜面与水平面的夹角抣宜取150mm和60°,并在刃脚的踏面外缘端部设置钢板护角。(2)刃脚的坚向配筋应设在环向钢筋的外侧,并应锚入刃脚根部以上,锚入长度不应小于1.5m,其里外钢筋应相互拉结,刃脚底端的环向钢筋或水平向钢筋应加强。(3)沉箱的刃脚形状、构造及底部结构可视沉箱的重量、施工荷载和地基承载力,采用垫架法、砖垫法、土底模进行支设,对地基强度较低应在垫架下设砂垫层,砂垫层应为中粗砂,分层铺设、夯实。(4)新1#高炉矿槽沉井长12m、宽7m,沉井较轻,采用砖座垫架。砖座支架沿周长分为6～8段,中间留20mm空隙,以便拆除。底模与斜面部分可采用砂浆砌筑,砖模表面采用水泥砂浆抹面,并涂一层隔离剂。

2.井壁的制作:沉箱在基坑中制作时,基坑应比沉箱宽2～3米,四周设排水沟和积水井,使地下水位降至基坑底面的0.5m,同时防止地表水向基坑流入,以免地体塌方。

沉箱过高易失稳,下沉易倾斜,当其高度大于12米时应分节制作,高度不超过其短边长度或直经,以确保其稳定性并使其顺利下沉。采用分节制作的沉箱,待第一节砼达到设计强度的70%以上,方可浇注其上一节的砼。浇注砼应对称和均匀的进行。内外模板采用竖向分节支设,用φ12～φ16对拉螺栓将固定模板的槽钢拉紧固定。并在对拉螺栓中间设止水环,连接井壁的接缝处的钢筋采用焊接连接,接头错开1/4,并四周设止水带。

(六)沉井的下沉

1.沉箱的下沉应根据施工区域内的地质勘测和水文资料来确定其施工方案,一般采用挖土法或排水法进行下沉。当第一节砼达到设计强度方可进行下沉作业。

2.采用挖土方法下沉,应从中间挖向四周,挖土分层厚度为400～500mm,在刃脚处留1000～1500mm的台阶,再沿井壁每2000～3000mm向刃脚方向逐层对称均匀的削薄土层,当土层经不住刃脚的挤压而破裂,沉箱便在自重下均匀的下沉。

(七)测量控制与观测

1.沉箱下沉过程中,每作业班至少测量两次,如有倾斜和位移及时纠正,确保沉箱平稳下沉。

2.下沉测量控制内容。(1)沉箱位置标高的控制。应在沉箱外部地面及壁顶部四周设置纵横十字线及水准点,以控制沉箱位置标高。(2)垂直度控制。在井壁内按等分标出垂直轴线,各配吊线锤一个,对准下部标准板来控制井身的垂直度。(3)下沉量控制。在井壁外两侧用明显的颜料划出标尺线,用水准仪观测沉降量。

(八)沉箱封底

1.沉箱下沉达到设计标高,并经2～3天观测证明下沉已稳定,且8天内累计下沉量不大于10mm,应进行沉井封底。

2.首先将井底浮泥清理干净,并将新旧砼接触面清理干净,基底不得有积水,经检查合格后浇注一层500～1500mm厚砼垫层,振捣必须密实,当垫层达到设计强度50%上时,可绑扎底板钢筋,钢筋两端伸入刃脚或凹槽内,然后浇注底板砼。

(九)施工质量标准

标高允许偏差。刃脚平均标高与设计标高偏差不超过100mm。水平位移不得超过总下沉深度的10%。倾斜度偏差,矩形沉箱四角中任意两角的高低差不得超过该两角水平距离的1%,且最大不超过300mm。

二、沉井封底施工要点

1.将混凝土接触面冲刷干净或打毛,对井底进行休整使之形成锅底形,由刃脚向中心挖排水沟,填以卵石做成滤水暗沟,在中部设2～3个集水井,四周填以卵石,使井底水流汇集在集水井中用泵排出,保持地下水位低于基底面0.3m以下。

2.封底一般先浇一层厚0.5～1.5m的混凝土垫层,达到50%设计强度后绑筋,钢筋两端伸入刃脚或凹槽内,浇筑上层底板混凝土。

3.混凝土浇筑应连续进行,由四周向中央推进。可分层浇筑,每层厚30～50cm,并用振捣棒捣实。

4.混凝土应采用自然养护,养护期应持续排水。

5.待底板混凝土强度达到70%后,集水井停止排水,进行逐个封堵。

6.封底后应作抗浮稳定验算,荷载组合应包括结构自重和地下水的浮力。

7.沉井下沉后先封底再浇筑钢筋混凝土底板,封底混凝土的强度计算荷载可按施工期间的最高地下水位计算。

在某地新1#高炉矿槽料坑施工过程中,充分利用了原料坑竖壁做沉箱,一次下沉成功,打破了以往矿槽大开挖施工的常规方法,工期比常规施工方法提前了近1/3,并且节省了施工措施费用,取得了很好的效果。

作者简介:诸葛英培(1976-),男,天津人,天津星耀投资有限公司助理工程师,研究方向:项目成本管理;陈杰(1977-),男,浙江鄞县人,竹中(中国)建设工程有限公司助理工程师,研究方向:现场工程管理。