沉井水下封底施工工法.doc

'沉井水下封底施工工法中色十二冶金建设有限公司中南分公司占吉生1．前言在工业建筑中，不可避免的会经常施工较深的水池及设备基础，而施工地段地下水位又较高，为了保证基础施工，会使用到沉井并采用水下封底的方法进行施工。2．工法特点结合工程的特点，此施工工法编制符合地下水位高、难降水的工程施工程序和客观规律。着重体现三个原则：一是符合性：符合冷轧工程施工规范要求及客观规律；二是先进性：即以科学的方法、先进的管理、优化的配置、完善的措施，实现理想的目标；三是合理性：即在保工期、保质量、保安全的前提下优化人、机、财、物等的合理配置。以我公司的技术力量、技术装备、人员素质、类似工程的施工经验为基础条件，通过项目的实施和控制，实现工程施工优质高效的目标。3．适用范围本工法适用于地下水位高、难降水的工程施工。4．工艺原理先在地面施工钢筋混凝土结构，然后将结构下沉，最后水下封底。 5．施工工艺流程及操作要点5.1总工艺流程场地平整、测量放线――引油缸套管孔――机械挖土至标高-5.00m――刃脚地基处理――坑内制作沉井刃脚――刃脚砼养护（至70％砼强度）――沉井井壁三次制作并留施工缝――井壁砼养护（至70％砼强度）――沉井下沉――沉井封底　　5.2沉井下沉5.2.1沉井下沉前的准备工作1.以毛砂或粉煤灰加填沉井外基坑至现场自然地面，以利减少沉井下沉过程中与土体侧摩阻力。2.若在井处设置无砂管降水井应经常进行清洗，确保降水高度在-15.000m以下。3.检验井壁砼强度，按同条件养护之砼试块强度等级值为准，刃脚部分达砼强度100％，井壁砼强度达70％以上。4.对原来的定位桩，高程点进行复查，并在四面井壁上部做出与控制桩对应点的标志，以检验沉井的位移。5.在井壁内侧设垂线，其中南北墙各一条，东西墙各两条，以吊线锤观察沉井的倾斜。6.在井壁外侧四角上用红漆画出标尺，每一标志线间距500mm，并标出下沉前的实际高度和下沉完毕后的标高，以观测沉井下沉情况。7.搭设沉井内保护棚，先期可利用沉井内予制桩，在靠近内壁处以钢脚手连接四根予制桩（2600× 2200），高度2.5m，上铺以U型连接的小钢模，截桩后利用桩头加设钢架杆立防护棚。5.2.2沉井下沉1.挖土下沉1）分组对称拆除沉井砖模或模板至刃脚斜面内400mm。2）在沉井中间开始逐渐向四周挖土，每层挖土厚0.4～0.5m，沿刃脚周围保留1.5m土。3）先挖两层后（形同锅底），再集中人力沿沉井井壁，每2～3m一段向刃脚方向逐层全面、对称均匀地削薄土层，每次削200～300mm，使沉井在自重作用下均匀垂直切土下沉，然后再重复上面程序。每次下沉深度不能大於500mm，发现沉井倾斜后，a.立即停止倾斜方向挖土，加快对面方向挖土，以防加剧倾斜，并按此纠正倾斜。b.在井顶上压钢锭，钢锭重量根据具体情况，经计算确定。c.在沉井较高一侧的井外壁插入数根管子，由此压入膨润土泥浆，使该侧井外壁摩阻力减少。4）沉井位移处理。沉井位移主要是由沉井倾斜引起的，沉井向某一方向倾斜被纠正后，必然引起沉井向相反方向产生位移，可以利用这一点，当沉井向某一侧位移后，在沉井下步沉时，先挖此侧刃脚处的土，使沉井向此侧倾斜，然后挖相反侧刃脚的土纠正倾斜，如此循环一、二次可纠正沉井位移。5）沉井的允许偏差如表5.2.2序号项目允许偏差（mm） 1制作质量平面尺寸1、长度、宽度±L/200并不大于100井壁厚度±152下沉后刃脚平均标高底面中心位置偏移H＞10m刃脚底面高差L＞10m±100≤H/100L/100且不大于3006）沉井下沉最初4m内要特别注意保持平面位置与垂直度正确，以免以后下沉不易调整。7）挖土必须分层进行，防止锅度挖的太深或刃脚处切土过快伤人。8）在沉井开始下沉和将沉至高度标高时，周边开挖深度应於300mm或更薄一些，避免发生倾斜，在离设计标高200mm左右应停止取土，依自重下沉至设计标高。9）沉井内人工取土，装入吊斗内，采用卷扬提升设备取土至井外。10）沉井下沉中应加强位置，垂直度和标高（沉降值）的观测，每班至少测两次（每班中及第次下沉后检查一次），接近设计标高时应加强观测，每两小时一次，予防超沉，并由专人负责作好记录。2.水力机械法下沉1）准备工作a.首先在生产区北侧布置好吊机及井内人工开挖起吊设备和井外运泥道路铺设、外运机械（便于砂垫层和砼垫层拆除后吊出井外）；同时准备好取水设备，敷设取水管路，确保取水量充足。 b.选用两台TSW50-7级水泵，两用一备，每小时提供约100m3、压力为6～8Kg/cm2的水源，带动破土机械。采用2″管，将压力水输送到沉井的井上管路，以满足井下多个区格内水力破土机械（扬水器和喷水枪）的用水。c.水力机械法沉井时，有大量的泥浆需要处理，为此，在沉井东侧设立泥浆池(预估1800m3)，沉井下沉施工产生的泥浆可先排放至泥浆池内，然后将池内泥浆沉淀后外运。d.沉井之前，应对安装好的管路及破土机械进行试运转，在井内各个区格逐个检查运转情况，直到符合要求为止。e.清理沉井结构上的物件，嵌补好对拉螺栓留下的凹口。f.沉井安装施工人员上、下行走扶梯，仓内根据实际情况安放简易梯，在沉井下沉时，外井壁环梯踏步应随着井的下沉逐渐割除。g.沉井之前在井内外搭设扶梯和平台，井上布置栏杆照明等辅助设施。在沉井四周外井壁设置四处沉井下沉高程控制点，喷制水准尺尺花，在四侧外井壁上端喷制平面位移观察尺花，在施工区域可靠位置，布置后视水准点二只，后视方位二只，要求各控制点、基准点稳固可靠，并根据沉井降水的影响的情况随时进行复测、校正。刃脚踏面底标高必须严格复h.沉井下沉前，切割井壁上所有对拉螺栓，并作抗渗处理，井壁上所有预埋插筋均扳弯，以防勾搭或划伤工作人员。i.为保证封底素砼与井体有较好的连结，下沉前将与素砼接触部位（如底梁、刃脚、隔墙等处）清理干净，并经验收合格。 j.沉井下沉前用砖砌封堵井壁上所有预埋套管，孔径≥1000mm时，采用10mmA3钢板，以防止下沉时泥土或地下水大量涌入。顶管穿墙套管下沉前用黄粘土或灰土分层回填夯实，使干容重达到1.6t/m3以上。k.建立测量控制体系。在沉井四角双面设立下沉刻度线和标尺，标尺形式为双排管架，并安装对准标尺的读数指针，距井壁15-40m处安装一牢固校验指针高程基准点的装置，井壁内设立倾斜度控制线进行沉降、位移、倾斜的审核，并按质量控制程序做好详细记录。2）木模拆除刃脚木模及素砼垫层前绘制详细的拆模流程图,施工时严格按图操作。先将刃脚木模及底部砼垫层对角、对称、同步抽除，及时在挖除部位填砂夯实，以利沉井稳定。当素混凝土垫层敲拆后，沉井重心偏高，沉井井壁的四周无摩擦力，沉井的下沉系数很大，掏挖刃脚下的砼垫层不均匀，将会成沉井很大的倾斜，所以在沉井挖土前，沉井的刃脚先采用人工全面同时分层掏挖，挖除的土方先集中在各仓底中央，然后用吊车将砂土、砼垫层吊出井外，运至指定地点，由于初沉时沉井在砂中下沉，因此只要分层挖出井内泥砂，沉井便会逐渐下沉，初沉时，下沉速度控制在0.3-0.5m/日。让沉井逐渐下沉部分，使沉井刃脚埋在土层中，降低沉井重心。由于沉井在初期下沉过程中，下沉系数较大，故采取挤土下沉。3）机械下沉 a.取土原则取土时，按照“先中间，后四角，先锅底，后刃脚”的原则对称。先在每格中央用高压水枪冲出一个集水坑，将泥浆泵的吸泥管置于泥坑中央，然后用高压水枪由中央向四周开挖锅底，为防止突沉，造成很大的偏差，以及减少井外土的扰动坍塌，冲泥时先应在四周刃脚保留0.5-1.0m的土埂，当锅底开挖结束后，在粉质土中下沉时，沉井由于自重而下沉，会将刃脚下的土向中央挤；再继续开挖，沉井可持续下沉，如锅底形成后，此时不沉，可逐步均匀冲挖原先保留的土埂；首先冲除四角处的土埂，然后冲除四周土埂，最后冲除定位点处土埂，整个沉井对称开挖，尽量使格间高差不大于20cm，避免沉井过大的偏差，如此重复进行，使沉井逐步均匀下沉。遇有块石及杂物时，及时人工清理，用吊机吊出井外。b.水力机械出土进行排水下沉时,排水下沉的取土机械选用2套泥浆泵配以高压水枪，对称布置于井内，用高压水枪冲泥，再用泥浆泵吸泥排出井外沉淀池。施工时，利用2套水力泥浆泵，四支高压水枪将泥冲成泥浆，再用泥浆泵将泥浆吸出井外，通过排泥管道排入泥浆池。a)施工工艺及技术要求水力机械设备由水泵、进水管路、水力冲泥机、水力吸泥机以及排泥管路组成。每套6英寸水力机械包括：一台6D型水泵，水力冲泥机（水枪2支）1台，水力吸泥机（Ф 150mm）1台及相应管路。排水下沉的关键在于泥泵排水能力和控制沉井位移，尤其是初始下沉阶段至关重要，它是沉井下沉的奠基段，既能检验沉井下沉方案的可行性，又能检验第一节下沉的控制措施。冲泥时，可先在水力吸泥机的吸泥龙头下方（一般均选在控制线区域内锅底中央），冲挖出一个直径约为2.0～2.5m的集泥坑。然后用水力冲泥机开拓各个方向通向集泥坑的水沟2～4条，沟的纵向坡度3～5%。此后，即可向四周开挖锅底，为了防止沉井突然下沉，引起很大的偏差，以及减少井外土的扰动坍塌等情况，可在沉井四周刃脚旁保留宽0.5～1.0m的土堤。待锅底开挖完毕，井内控制线范围内泥面标高一致后，再逐渐均匀地冲挖土堤，第一步先冲除四角处的土堤，第二步再冲除四周土堤，最后冲除中位点处土堤，使沉井下沉。各井孔格之间，在沉井偏斜不大时，应力争同时冲挖，保持泥面相对在同一高程。如果沉井偏斜趋势增大时，井孔之间的开挖情况应根据偏斜情况加以调整。对于离集泥坑较远的井孔（格），当冲沉井四角和井壁处土堤时，泥浆从那里流到集泥坑有时是很困难的，为了不使集泥坑和集泥水沟之泥砂沉淀，经常用一个水力冲泥机反复冲刷和搅动。一方面用它将沉井最远处的泥砂冲至集泥坑；另一方面还可以把集泥坑冲深，搅动泥浆，并清除堵塞在吸泥龙头网罩上的杂物。利用上述方法能够提高水力吸泥机的排泥量，尤其是在沉井初期，泥土中常混杂着建筑垃圾，如石块、碎木块等，及时清理吊出井外，采用上述措施是必要的。根据以往经验，当水压为6～8kg/cm² 时，水力冲泥机的有效冲刷半径约为6～8m，在此范围内的泥浆一般可流至集泥坑内。水力吸泥机的吸泥龙头的网罩应低于泥浆面约5～10cm，这样可吸入较多的泥浆。当吸泥龙头网罩或吸泥管内被杂物堵塞时，亦可用反冲法来清除吸泥管或吸泥龙头的堵塞物。其方法是关闭水力吸泥机的进水阀门，这时排泥管内的水体便倒流入井内，把吸泥龙头及吸泥管中的杂物冲出来，有时上述的方法尚需重复数次，始终将堵塞物清除干净。b)下沉措施主要有：①出土顺序由内向外：根据下沉情况掏除底梁下的土，最后形成全刃脚支承的大锅底，使沉井安全下沉。②严格控制刃脚外土塞，为保证沉井受力均匀，内部应力没有集中现象，在刃脚全支承不能满足下沉要求时，需在刃脚处取土，做到均匀、对称、同时、层层剥离，循序渐进。③通过电测和光学仪两种手段对下沉量，四角高差，偏位进行测量，及时了解下沉速度，并进行纠偏，当沉井达到允许偏差值1/4时必须纠偏。确保沉井在初始下沉阶段形成良好的下沉轨道。④观测水位情况，严防涌砂现象的发生。在冲泥过程中，如发现有少量流砂随地下水一起涌入井内时，必须立即停止冲泥，向井内灌水。（采取下沉应急措施）⑤对周围建构筑物等布点监测，随时掌握由于沉井下沉引起的环境影响问题。3.测量控制 沉井下沉过程中,自始至终对沉井高程及平面位置进行测控,具体方法如下:1)高程控制在不受施工影响的区域设置高程控制点(离沉井周围40m以外),用油漆在沉井四角井壁上画出四个相同的标尺作为沉井水平观测点,在下沉中测量人员三班运转,采用水准仪每隔1小时全方位观测一次,做好记录,如发现倾斜立即纠偏；终沉严格控制刃脚标高及周边高差，控制在设计充许的范围内。2）平面位置控制　　在沉井井壁上画出中线，沿中线轴线方向在不受施工影响的地方设置坐标控制点，用经纬仪及钢尺直接量测沉井中轴线位置，及时做好记录，按设计要求严格控制沉井平面位置4.施工中可能会出现的各种问题及应急措施1）沉井纠编根据该工程的施工条件及土质情况，如发现偏斜，视具体情况分别对策。a.较浅时，如发生倾斜，只需在刃脚和一侧进行人工挖土，在刃脚低的一侧保留较宽的土埂适当填砂； b.较深时，如采取排水法施工，可在刃脚高一侧随着沉井的下沉逐渐纠正偏差，纠偏位移时，可故意使沉井向偏位方向倾斜，然后沿倾斜方向下沉，直到沉井底面中轴线与设计中轴线的重合或接近，再纠正倾斜，直到调整到容许范围内，除此之外还可采用井外射水，井内边除土边纠偏，以增加偏土压来纠偏。c.位置如发生扭转，可在沉井的两对角除土，另外两对角填土，借助刃脚下不相符的土压力所形成的扭矩，使沉井在下沉进程中逐步纠正到位。所有偏差在下沉到距设计标高2m以上时，基本纠正好，然后谨慎下沉，在沉井刃脚接近设计标高50cm以内时，不允许再有超出允许范围的偏差。2）沉井不沉主要原因有：a.深度不够，下沉阻力过大。b.井倾斜，致使刃脚下局部土体未能顺利挖除，形成较大的上面阻力。c.软粘土层中因故停止下沉时间过久，静磨擦力增大。d.硬土层，破土困难。e.无减阻措施或壁外减阻措施遭到破坏，侧面摩阻力没有降低。　　预防措施及处理方法：a．大挖土深度和范围。b．沉过程中要注意连续性不能停止时间过长，如果考虑到某些原因不得不停止较长时间，造成无法不沉时，可以在井壁和土层间灌入触变泥浆或黄土，降低摩阻力，又可达到维护土壁不坍塌，从而使四周的土层保持稳定。3）流砂 在开挖粉土层时，如井外地下水头较高，在一定水头的动力压力下，会产生流砂现象。预防措施及处理方法：井外增加深井排水，在无法降低井外地下水的情况下，只能向井内注水。4）沉井突沉由于沉井穿越的土质复杂，有可能造成沉井突沉，因此在施工过程中应严格按照开挖次序进行，在四周刃脚保留0.5-1m的土埂，严禁将刃脚下的土层全部冲空，同时将井壁外的土夯实，当发现土质较差时，也可在井壁填碎石，加大摩阻力。预防措施及处理方法：在沉井与围墙部位，必须随时补充下陷的泥土，防止沉井下沉过程中对围墙产生的破坏。（在井外提前准备填土设备，准备好土方和一定数量的碎石备用）5）沉井下沉各阶段速度控制沉井初沉阶段：即下沉深度0.3m内，为保证沉井形成稳定准确的下沉轨迹，此时缓慢下沉，速度严格控制在0.2-0.5m/d，刃脚高差20cm以内。沉井中沉阶段：仍以缓慢为主，因沉井较高，应缓慢控制下沉，纠偏为主，保证下沉过程中缓慢下沉，防止出现突沉或倾斜等情况发生。 沉井终沉阶段：即距设计标高还有2.5m时，应减缓下沉速度，仍以纠偏为主，做到有偏必纠，速度宜在0.2-0.5m/d。由于本沉井穿越粉质粘土层，当下沉至设计标高还有2m时，停止下沉24小时，观测出预留沉降量后继续下沉至距设计标高还有50cm，再停止下沉观察24小时，根据连续观测得出的沉降量，严格控制沉井下沉标高，使沉井终沉达到设计要求。4.沉井封底1）采用不排水法封底，用砼泵输送至集料斗内通过导管向沉井内灌筑商品砼。2）封底砼浇筑要对称均匀，分格浇筑，先锅底后四周，从封底至砼达到强度设计值时，应保持井内外水位相等，以免封底砼承受水压，水下封底砼强度达到设计规定，且沉井能满足抗浮要求时（经计算该沉井封底后能满足抗浮要求），方可将井内水抽除进行底板砼浇筑，待顶管工程结束，再进行隔墙钢筋绑扎及立模、浇筑。3）每仓封底砼浇筑结束后，由潜水员在砼顶面按照设计要求，采用水下定位装置按顺序预留插筋，确保在砼初凝之前施插完毕。浇筑顺序为先锅底、后四周工艺流程水下锅底整平→搭设浇筑平台→安置导管→安放砂包→储料→开浇→提升导管→浇筑结束→测量→顶面预留插筋→验收在整个浇筑过程中，应经常不断用测绳测量水下砼面上升情况，以及潜水员摸测扩散半径，同时通过导管上的刻度和测绳测得的水深，算出导管下口的标高，掌握导管下口埋入砼的深度。 浇筑指标控制a.导管平面布置本工程采用导管法进行水下C20素砼浇筑,将沉井平均分成两仓,根据导管作用半径,布置导管,施工时循环浇筑,每根导管一次浇筑时间一般不超过20分钟,且相邻管底差不超过20cm,导管的浇筑半径为3.5m。b.浇筑平台在沉井顶部搭设浇筑工作平台，平台顶高程为▽0m,(井内水位与地下水位持平为1.5m),保证超高2.5m,此时导管底部最小超压力为24.2t/m2,导管直径250mm,导管作用半径为3.5m,砼输送由泵车直接供料。c.导管埋深h1=k/3=3.5/3=1.16md.首批砼数量在开浇阶段，通过导管浇筑的首批砼在管脚步处堆高不宜小于0.5m,以便导管口埋深不小于0.3m,此时采用坍塌度较小的砼拌和物,流入仓内的砼坡率约为0.25,所需首批砼为V=1/3∏r2¬h=1/3×∏×(0.5×0.25)2×0.5=2.1m3将导管布凹坑处,则满足埋管深度的首批砼数量可小于2.1m3e.砼流动性指标根据现场配置确保砼坍塌度为18-20cm,保持流动性具有坍塌度15cm的时间为1小时。 f.砼面上升速度在砼配合比设计时，保证初凝时间为4小时，则砼面上升速度为：　　V=H/t=1.7/4=0.43m/小时,相邻导管间砼上升速度宜相近,终浇时,砼面应高于设计高程。g.混凝土浇筑面坡率I=T0（Ht•rc）其中:T0=(30-S)•rc/1.47S-坍塌度（取流动性保持指标最后坍塌度15cm）rc-砼拌和物容重Ht-浇筑结束时导管埋深Ht=80cm则：i=[（30-15）/1.47•rc](80•rc)=0.13=1:8由此可见导管埋置越深,浇筑坡面越平整,但浇筑过程中由于砼拌和物在流动过程中产生阻力,因此实际坡面要陡一些,约为1:(5-7)。　6.安全措施6.1个人安全防护措施6.1.1施工人员必须经过安全知识培训，经考试合格后方可上岗，考试成绩归档。特殊作业人员必须持证上岗。6.1.2进入施工现场戴“安全帽”。6.1.3施工现场禁止互相打闹。6.1.4严禁酒后上班。6.1.5现场施工禁止穿高跟鞋、拖鞋或赤脚，应穿软底鞋。6.2施工用电安全措施6.2.1设电工维护班，持证上岗，建立用电安全责任制。 6.2.2配电室、现场的开关箱、开关柜加锁，在电气设备明显位置设“有电危险”警告牌。6.2.3施工用电采用三相五线制“一机一闸一保护”严禁“一闸多用”。6.2.4配电室内配备足够的绝缘手套、绝缘杆、绝缘垫等安全工具。6.2.5机电设备要设雨罩，以防受潮漏电伤人。不定期检查设备及接地装置，发现异常及时处理。6.2.6严禁非电工拆装电气设备，严禁乱接电源。7.环保措施文明施工与环境保护是建筑企业一项重要工作，是项目管理的重要内容，是生产效益和社会效益的双重保证。要求所有参与工程管理和施工人员，必须遵守国家文明施工及环境保护的有关规定及条例。每一个工作计划的制定将以不对工程环境造成影响为目标；每一个工作计划的制定应以创造“标准化工地”为目标。7.1执行国家及相应施工项目所在地方对施工环境保护措施的规定。7.2建立环境保护，文明施工管理实施体系，落实责任制。7.3编制项目施工环境保护，文明施工专项方案，并严格执行。7.4施工现场文明施工管理，班组成员实行责任分工制，负责施工点的文明施工。 7.5废弃物品集中存放，按规定处理。7.6运到现场的设备、构件一定要堆放整齐，做好有关标识。7.7施工余废料及时清理回库，让现场保持干净。7.8施工现场必须做到工完料清，及时清理现场。8.效益分析该工法应用在沉浸并水下封底施工中，比按照以往的施工方法组织施工工期可以提前，提高了工作效率，减少由于抽水时间，并避免了因基础沉降造成的结构变化的风险。9.应用实例本次设备安装的工法是根据沉井及水下浇筑砼实践和经验编制的，在浙江永杰铝业项目铸造机设备基础施工过程中，使用本工法除了收到较好的经济效益外，在进度及质量方面还取得了比较理想的效果。'