沉井、沉箱技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用

諸葛英培　陳　杰

摘要:隨著現(xiàn)代施工技術(shù)的不斷發(fā)展和建筑工藝的不斷提高,現(xiàn)代建筑不僅向空間發(fā)展,而且正不斷地向地下、水中發(fā)展。由于地下地質(zhì)情況復(fù)雜、多變,給施工帶來(lái)很高的技術(shù)要求,沉井、沉箱作為地下施工的一種特殊工藝被廣泛應(yīng)用。在某地新1#高爐礦槽料坑施工過程中,充分利用了原料坑豎壁做沉箱,一次下沉成功,工期比提前了近1/3,并且節(jié)省了費(fèi)用,取得了很好的效果。

關(guān)鍵詞:沉井技術(shù);沉箱技術(shù);建筑施工

中圖分類號(hào):TU991

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1009-2374(2009)19-0156-02

在現(xiàn)代施工中,沉井、沉箱常常適用于建筑物、構(gòu)筑物的深坑、地下室、水泵房、設(shè)備深基礎(chǔ)等工程。結(jié)構(gòu)類型有鋼、砼、鋼筋砼結(jié)構(gòu),幾何形體有圓形、矩形、多邊形,其中圓形構(gòu)造簡(jiǎn)單易于控制下沉位置,受力性能好。為減少下沉摩擦力,刃腳的形狀和構(gòu)造應(yīng)與下沉處的土質(zhì)條件相適應(yīng)。

某地新1#高爐礦槽工程卷?yè)P(yáng)機(jī)料坑,底板標(biāo)高為-10.22米,料坑長(zhǎng)度為12.9米,寬度為7.7米。由于當(dāng)?shù)睾０蔚?地下水位高,土質(zhì)較差,且在-6.22米處有流沙、淤泥層。距離舊建筑物很近,不適于進(jìn)行大開挖。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及施工圖分析,大膽啟用新思路、新方法,利用原礦槽料坑堅(jiān)壁做沉箱,采用沉箱挖土下沉的方法進(jìn)行施工。打破了以往高爐料坑大開挖的常規(guī)的施工方法,既降低了施工成本,而且工期比計(jì)劃提前了近1/3,取得了很好的效果。

一、施工準(zhǔn)備

(一)技術(shù)準(zhǔn)備

1.進(jìn)行施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)及現(xiàn)場(chǎng)勘察,勘察內(nèi)容見表1:

2.做好施工圖紙的自審、會(huì)審及技術(shù)交底工作。

3.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況編制施工方案及施工組織設(shè)計(jì),編制有關(guān)施工所需的試驗(yàn)報(bào)告、文字資料。

(二)場(chǎng)地準(zhǔn)備

1.測(cè)量控制和沉降觀測(cè)。(1)按沉井的平面位置、定位、抄平放線、并布置水準(zhǔn)點(diǎn);(2)布置沉降觀測(cè)點(diǎn),若沉井附近有建筑物。則在該建筑物上設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn),沉降觀測(cè)點(diǎn)要設(shè)在不受施工影響的,不受干擾和影響視線的地方。定期進(jìn)行沉降觀測(cè),并做好觀測(cè)記錄。

2.平整場(chǎng)地、修建臨時(shí)設(shè)施。(1)整平場(chǎng)地至要求標(biāo)高,按施工區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)平面圖布置平面;(2)作好臨時(shí)排水、截水溝、修建臨時(shí)道路,架設(shè)水、電線路及其他暫設(shè)工程。

(三)地基處理及筑島

1.在松散軟弱的地基上進(jìn)行沉箱制作,應(yīng)先對(duì)地基進(jìn)行處理,一般采用砂、砂礫、灰土塾層或人工夯實(shí),機(jī)械碾壓等措施加固。防止由于地基受力后產(chǎn)生不均勻沉降而引起的箱身裂縫。

2.當(dāng)沉井在淺水地段下沉,可填筑人工島。

3.筑島材料宜用低壓縮性的中砂、粗砂和礫石、不得用細(xì)砂、淤泥和大塊礫石,島基有淤泥應(yīng)清除換填。

4.土島要高出水面0.5米以上,護(hù)道寬大于2米,外側(cè)坡不陡于1∶2。

5.當(dāng)筑島材料容許流速較大情況時(shí)應(yīng)加圍堰,圍堰可用草袋或其它方法。

6.圍堰四周應(yīng)留護(hù)道,護(hù)道寬度不能小于2m。

(四)基坑開挖

1.沉井土方開挖按照常規(guī)土方開挖方法進(jìn)行,基坑開挖深度標(biāo)高應(yīng)高于地下水位0.5m以上。

2.新1#高爐礦槽場(chǎng)地穩(wěn)定地下水位埋深0.8～1.4m,地下-6.22m處有流砂、淤泥層。土方開挖隨其它基礎(chǔ)一次開挖至-4.1m處,在此部位制件作鋼筋砼沉井。

3.基坑開挖平面尺寸應(yīng)比沉井大2～3m,當(dāng)基坑開挖至接近預(yù)定深度時(shí),應(yīng)先在基坑底部邊緣外側(cè)設(shè)排水溝,溝深為0.3～0.5m,溝底設(shè)0.3%～0.5%的坡度,內(nèi)填礫石,使地下水沿盲溝流向集水井。在基坑四周設(shè)集水井,集水井深度應(yīng)比排水溝底低1m左右,集水井直徑為φ1000～1200m,井內(nèi)設(shè)直徑Φ20的鋼筋籠外圍鐵篩網(wǎng)。

4.當(dāng)基坑深度較大時(shí),應(yīng)按挖方邊坡坡度確定開槽尺寸,四周設(shè)不小于2m的護(hù)道和地面排水溝,以防雨水等淌入。

5.基坑允許偏差見表2:

6.砂墊層的鋪設(shè):當(dāng)?shù)鼗休d力不夠時(shí),刃腳下應(yīng)鋪墊木,墊木下鋪砂墊層;當(dāng)?shù)鼗H載力較大,沉井重量較小時(shí),可不設(shè)砂墊層,直接鋪墊木。

(五)沉井的制作

沉井主要由井壁、刃腳、隔墻、井孔、凹槽、井底、頂蓋等組成。青鋼新1#高爐礦槽工程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,只制作了井壁、刃腳,已滿足施工。

1.刃腳的制作:先在支墊上放出大樣,安上刃腳側(cè)面的角鋼,按大樣立內(nèi)外、模板及撐架,綁扎鋼筋,然后澆筑砼。(1)刃腳踏面寬宜為150~300mm,刃腳斜面與水平面的夾角宜為50°～60°,當(dāng)遇到堅(jiān)硬土層時(shí),刃腳的踏面底寬和斜面與水平面的夾角抣宜取150mm和60°,并在刃腳的踏面外緣端部設(shè)置鋼板護(hù)角。(2)刃腳的堅(jiān)向配筋應(yīng)設(shè)在環(huán)向鋼筋的外側(cè),并應(yīng)錨入刃腳根部以上,錨入長(zhǎng)度不應(yīng)小于1.5m,其里外鋼筋應(yīng)相互拉結(jié),刃腳底端的環(huán)向鋼筋或水平向鋼筋應(yīng)加強(qiáng)。(3)沉箱的刃腳形狀、構(gòu)造及底部結(jié)構(gòu)可視沉箱的重量、施工荷載和地基承載力,采用墊架法、磚墊法、土底模進(jìn)行支設(shè),對(duì)地基強(qiáng)度較低應(yīng)在墊架下設(shè)砂墊層,砂墊層應(yīng)為中粗砂,分層鋪設(shè)、夯實(shí)。(4)新1#高爐礦槽沉井長(zhǎng)12m、寬7m,沉井較輕,采用磚座墊架。磚座支架沿周長(zhǎng)分為6～8段,中間留20mm空隙,以便拆除。底模與斜面部分可采用砂漿砌筑,磚模表面采用水泥砂漿抹面,并涂一層隔離劑。

2.井壁的制作:沉箱在基坑中制作時(shí),基坑應(yīng)比沉箱寬2～3米,四周設(shè)排水溝和積水井,使地下水位降至基坑底面的0.5m,同時(shí)防止地表水向基坑流入,以免地體塌方。

沉箱過高易失穩(wěn),下沉易傾斜,當(dāng)其高度大于12米時(shí)應(yīng)分節(jié)制作,高度不超過其短邊長(zhǎng)度或直經(jīng),以確保其穩(wěn)定性并使其順利下沉。采用分節(jié)制作的沉箱,待第一節(jié)砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上,方可澆注其上一節(jié)的砼。澆注砼應(yīng)對(duì)稱和均勻的進(jìn)行。內(nèi)外模板采用豎向分節(jié)支設(shè),用φ12～φ16對(duì)拉螺栓將固定模板的槽鋼拉緊固定。并在對(duì)拉螺栓中間設(shè)止水環(huán),連接井壁的接縫處的鋼筋采用焊接連接,接頭錯(cuò)開1/4,并四周設(shè)止水帶。

(六)沉井的下沉

1.沉箱的下沉應(yīng)根據(jù)施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)勘測(cè)和水文資料來(lái)確定其施工方案,一般采用挖土法或排水法進(jìn)行下沉。當(dāng)?shù)谝还?jié)砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度方可進(jìn)行下沉作業(yè)。

2.采用挖土方法下沉,應(yīng)從中間挖向四周,挖土分層厚度為400～500mm,在刃腳處留1000～1500mm的臺(tái)階,再沿井壁每2000～3000mm向刃腳方向逐層對(duì)稱均勻的削薄土層,當(dāng)土層經(jīng)不住刃腳的擠壓而破裂,沉箱便在自重下均勻的下沉。

(七)測(cè)量控制與觀測(cè)

1.沉箱下沉過程中,每作業(yè)班至少測(cè)量?jī)纱?如有傾斜和位移及時(shí)糾正,確保沉箱平穩(wěn)下沉。

2.下沉測(cè)量控制內(nèi)容。(1)沉箱位置標(biāo)高的控制。應(yīng)在沉箱外部地面及壁頂部四周設(shè)置縱橫十字線及水準(zhǔn)點(diǎn),以控制沉箱位置標(biāo)高。(2)垂直度控制。在井壁內(nèi)按等分標(biāo)出垂直軸線,各配吊線錘一個(gè),對(duì)準(zhǔn)下部標(biāo)準(zhǔn)板來(lái)控制井身的垂直度。(3)下沉量控制。在井壁外兩側(cè)用明顯的顏料劃出標(biāo)尺線,用水準(zhǔn)儀觀測(cè)沉降量。

(八)沉箱封底

1.沉箱下沉達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高,并經(jīng)2～3天觀測(cè)證明下沉已穩(wěn)定,且8天內(nèi)累計(jì)下沉量不大于10mm,應(yīng)進(jìn)行沉井封底。

2.首先將井底浮泥清理干凈,并將新舊砼接觸面清理干凈,基底不得有積水,經(jīng)檢查合格后澆注一層500～1500mm厚砼墊層,振搗必須密實(shí),當(dāng)墊層達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度50%上時(shí),可綁扎底板鋼筋,鋼筋兩端伸入刃腳或凹槽內(nèi),然后澆注底板砼。

(九)施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)高允許偏差。刃腳平均標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高偏差不超過100mm。水平位移不得超過總下沉深度的10%。傾斜度偏差,矩形沉箱四角中任意兩角的高低差不得超過該兩角水平距離的1%,且最大不超過300mm。

二、沉井封底施工要點(diǎn)

1.將混凝土接觸面沖刷干凈或打毛,對(duì)井底進(jìn)行休整使之形成鍋底形,由刃腳向中心挖排水溝,填以卵石做成濾水暗溝,在中部設(shè)2～3個(gè)集水井,四周填以卵石,使井底水流匯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.封底一般先澆一層厚0.5～1.5m的混凝土墊層,達(dá)到50%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后綁筋,鋼筋兩端伸入刃腳或凹槽內(nèi),澆筑上層底板混凝土。

3.混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,由四周向中央推進(jìn)?？煞謱訚仓?每層厚30～50cm,并用振搗棒搗實(shí)。

4.混凝土應(yīng)采用自然養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)期應(yīng)持續(xù)排水。

5.待底板混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后,集水井停止排水,進(jìn)行逐個(gè)封堵。

6.封底后應(yīng)作抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算,荷載組合應(yīng)包括結(jié)構(gòu)自重和地下水的浮力。

7.沉井下沉后先封底再澆筑鋼筋混凝土底板,封底混凝土的強(qiáng)度計(jì)算荷載可按施工期間的最高地下水位計(jì)算。

在某地新1#高爐礦槽料坑施工過程中,充分利用了原料坑豎壁做沉箱,一次下沉成功,打破了以往礦槽大開挖施工的常規(guī)方法,工期比常規(guī)施工方法提前了近1/3,并且節(jié)省了施工措施費(fèi)用,取得了很好的效果。

作者簡(jiǎn)介:諸葛英培(1976-),男,天津人,天津星耀投資有限公司助理工程師,研究方向:項(xiàng)目成本管理;陳杰(1977-),男,浙江鄞縣人,竹中(中國(guó))建設(shè)工程有限公司助理工程師,研究方向:現(xiàn)場(chǎng)工程管理。