沉井施工工法及验算

一、前言

现代铁路建设中，铁路与公路交汇处多采用下穿立交桥。立交桥的排水系统的核心工程是钢筋混凝土排水提污泵井。在钢筋混凝土排水提污泵井的施工中多采用沉井施工。

沉井施工方法有人工筑岛预制下沉法、土岛预制下沉法、陆上制作浮式沉井法。排水泵井施工中采用土岛预制下沉法。

二、工法特点

土岛预制下沉法施工主要特点如下：

（一）、适用范围广

它既适用于房建工程的深基础施工，又常用于桥梁工程跨越江河时的水工构筑物，在给排水工程施工中也经常用到。

（二）、施工程序简单，质量可靠

施工的工序可分为沉井制作、沉井下沉、沉井封底三大工序，每道工序施工简单，施工质量可靠。

（三）、无公害

施工中采用原地预制，井内开挖，土方工程中无需放坡，不超挖；井内地下水采用内排水，无需井点降水，因此对周围固有土壤，建筑不造成影响，环境效益明显。

（四）、施工安全系数高

由于采用了井内开挖和井内排水施工方法，在施工过程中土方坍塌，水淹等安全隐患小，施工安全系数高。

三、适用范围

主要用于桥梁墩台的基础、地下构筑物的外壳、矿区的竖井、给排水泵井施工。

四、工艺原理

沉井是钢筋混凝土制成的井筒构筑物，井壁下沉时的土压力和水压力随深度的增加而增大，因此沉井下设刃脚以利于下沉和封底，刃脚收阶成井壁。沉井施工时先制作后下沉，沉井借自身的自重，克服井壁与土层之间的摩阻力不断下沉，直至设计标高，井内余土由设于井旁的提升设备运出，地下水随沉井的不断下沉由设于井内的潜水泵抽出，最后沉井封底。

五、施工工艺及要求

（一）、沉井施工程序

平整场地—测量放线—开挖基坑—砌筑砖基座—沉井制作—沉井下沉—底板混凝土浇筑—封底。

（二）、沉井制作

1、制作顺序

场地整平—放线—挖土3~4米深—夯实基底—抄平放线—铺砂垫层—挖刃脚土模砌砖座—绑扎钢筋—支刃脚、井身模板—浇筑混凝土—养护、拆模。

2、地基处理

沉井制作时一般先挖土3~4米深以减少下沉工程量，沉井制作前先对下挖土坑进行处理，以防地基不均匀下沉引起井身裂缝。处理方法采用砂、砂砾、碎石垫层。

3、刃脚支设

沉井制作下部刃脚的支设采用砖垫座。砖垫座砌筑为保证刃脚踏面的宽度和刃脚斜面的推力作用而做成宽高比为1：2台阶，砖座砌筑完毕后内壁用1：3水泥砂浆抹平。砖座顶部支出刃脚100mm以供支模作为平台。

4、井壁制作

（1）制作方式

沉井制作基坑比沉井宽2~3米，四周设排水沟、集水井，使地下水位降至比基坑低约0.5米。由于沉井通常较深，一般采用分节制作，高度控制在3~6米。

（2）模板支设

沉井模板采用钢定型模或木定型模组装而成，每节模板的长度视井的总长而定成3m或4m或5m。采用木模时，外模靠混凝土一侧刨光，涂脱模剂两度，沿模板长度方向间隔1m设一道肋模。模板支设时先支井内模，一次支到比施工缝高约100mm处，竖缝处用方木支撑在内部脚手架上，外模亦一次支到施工缝略高100mm处，竖缝亦用木方或脚手管杆与外脚手架紧固。模板支设时内设钢筋撑子以保证井壁的厚度，设钢筋对拉片以使外模稳固，如为圆形沉井则在外模上增设间距为2m的钢丝绳环箍，以增强模板整体的稳定性。外模每隔1.5m水平方向设300mmX600mm浇筑口。模板支设过程中应进行垂直度、平整度校正。

（3）钢筋绑扎

沉井钢筋可用吊车垂直吊装就位，绑扎顺序为：先内后外，先由下至上。竖筋可一次绑好，水平筋分段绑扎，与前一节井壁连接处伸出的插筋采用焊接连接，接头错开1/4，以保证钢筋位置和保护层正确，内侧钢筋之间要设φ14mm钢筋铁码，每1.5m不少于一个。钢筋用挂线法控制垂直度，用水平仪控制水平度，用木恰卡尺控制间距，用水泥砂浆垫块控制保护层厚度。

（4）混凝土浇筑

混凝土浇筑采用沿沉井周围搭设脚手架平台，用手推车运送混凝土至浇筑口均匀浇筑。

（5）混凝土浇筑的注意事项为：

a、应将沉井分为若干段同时对称的浇筑，每层厚度300mm，以避免造成地基不均匀下沉或倾斜；

b、混凝土应一次连续浇筑，第一节混凝土强度达到70%后方可浇筑下一节；

c、为使井壁达到抗渗要求，上下水平的接缝应凸形水平缝，水平缝处应冲洗凿毛处理后，再继续下一节浇筑，并在下一节浇筑前先浇一层半石子混凝土。

（三）、沉井下沉

沉井下沉应具有一定强度，第一节混凝土达到设计强度的100%，其上一节达到70%后，方可开始下沉。

1、验算

沉井下沉必须克服井壁与土壤间的摩擦力和地层刃脚反力，下沉前应验算下沉系数，可按下式验算：

K=（Q-B）/[пD（H-2.5）f+R]

公式中：K---下沉系数，一般应大于1.15

Q---沉井下沉时的自重及外部荷载（KN）；

B---被井壁排除的水重（KN），采用排水法下沉时，B=0；

D---沉井的外径（m）；

H---沉井下沉高度（m）；

R---刃脚反力（KN），如刃脚底面挖空时R=0；

f---井壁与土壤间的摩擦系数（KN/m2）（由下表查得）。当下沉范围内土层由不同土层构成时，其平均值按下式计算：

f=(f1d1+f2d2+…+fndn)/(d1+d2+…+dn)

f1、f2…fn---各土层与井壁的摩擦系数（KN/m2）（由下表查得）；

d1、d2…dn---各土层的厚度

土的种类        土和井壁间的摩擦力（KN/m2）        土的种类        土和井壁间的摩擦力（KN/m2）

粘性土        24．5~49.0        砂卵石        17.7~29．4

软土        9．8~11.8        砂砾石        14．7~19．6

砂土        11．8~24．5        泥浆        2．9~4．9

2、下沉方案的选择

为了便于施工，遇到障碍物便于处理，下沉过程中便于控制，沉井下沉采用内排水、内开挖施工法。

（1）下沉排水方法

为便于施工，节约成本，采用井内设集水井，在集水井内放置潜水泵排水，潜水泵随沉井的下沉而下降，直至沉井下沉至设计标高。

（2）下沉挖土方法

采用井内人工挖土，由设于井外的提升设备将土从井内转出。人工挖土的方法随土质情况而定，一般方法如下：由沉井中间开始向四周，每层挖土0.4m~0.5m，沿刃脚周围保留0.5m~1.5m土堤，然后再沿沉井壁，每2m~3m一段向刃脚方向逐层全面、对称、均匀的削薄土层。刃脚下方土方边挖边清理。如遇流砂时，可采取先从刃脚挖起，每层300mm，下沉后再挖中间部分；亦可在刃脚跟部满塞稻草，把砂子滤堵在原土层，人工从中间向四周均匀开挖。

（四）、沉井封底

当沉井下沉至距设计标高0.1m时，即停止井内抽水，使沉井依靠自重下沉至设计或接近设计标高，再经过2~3d下沉稳定，或经观测在8h内累计下沉量不大于10mm时，即可进行封底。

1、封底方法

采用内排水封底（干封底），将新老混凝土接触面冲刷干净或打毛，对井底进行修整使成锅底形，由刃脚向井中心呈放射形挖排水沟，再在排水沟上填以卵石作成滤水暗沟，根据沉井内径的大小和涌水量设置多个或一个集水坑。在集水坑内设置一个抽水滤鼓（滤鼓顶面比底板顶面低约200mm），将潜水泵置于滤鼓内排水以便铺一层150~500mm厚碎石层，碎石层上浇一层厚约100mm的混凝土垫层，侍垫层达到约50%强度后即可进行钢筋绑扎和混凝土浇筑，混凝土浇筑时由四周向中间推进。侍混凝土达到70%强度后，对集水坑逐个停止抽水，逐个封堵。

2、集水坑封堵方法

将集水井中水抽干后潜水泵停止抽水，迅速倒入干硬性的混凝土进行封堵并捣实，然后上法兰盘用螺栓拧紧(两法兰盘对接面涂防水油膏)，法兰盘上部再浇筑混凝土与底板顶面平齐。

3、抗浮计算

受力分析方法与下沉阶段一致，仅公式改为：

      K= [Q+пD（H-2.5）f]/[0.25ρghпD2]