沉井

沉井

沉井是井筒狀的結構物,它是以井內挖土,依靠自身重力克服井壁摩阻力後下沉到設計標高,然後經過混凝土封底並填塞井孔,使其成為橋樑墩台或其它結構物的基礎。一般在施工大型橋墩的基坑,污水泵站,大型設備基礎,人防掩蔽所,盾構拼裝井,地下車道與車站水工基礎施工圍護裝置時使用

基本介紹

  • 中文名:沉井
  • 外文名:open caisson;well-sinking;sink
  • 定義:井筒狀的結構物
  • 優點:穩妥
沉井分類,沉井特點,優點,缺點,沉井結構,設計原則,施工步驟,準備工作,安全控制,實際套用,

沉井分類

按沉井形狀分
1、按平面形狀分
沉井沉井
圓形沉井:形狀對稱、挖土容易,下沉不易傾斜,但與墩、台截面形狀適應性差
矩形沉井:與墩、台截面形狀適應性好,模板製作簡單,但邊角土不易挖除,下沉易產生傾斜
圓端形沉井:適用於圓端形的墩身,立模不便,但控制下沉與受力狀態較矩形好
2、按立面形狀分
柱形:構造簡單,挖土較均勻,井壁接長較簡單,模板可重複使用
階梯形:除底節外,其他各節井壁與土的摩擦力較小,但施工較複雜,消耗模板多
按沉井的建築材料分
混凝土沉井:下沉時易開裂
鋼筋混凝土沉井:常用
鋼沉井:多用於水中施工

沉井特點

將位於地下一定深度的建築物或建築物基礎,先在地表製作成一個沉井,然後在井壁的圍護下通過從井內不斷挖土,使沉井在自重作用下逐漸下沉,達到預定設計標高后,再進行封底,構築內部結構。技術上比較穩妥可靠,挖土量少,對鄰近建築物的影響比較小,沉井基礎埋置較深,穩定性好,能支承較大的荷載

優點

1、埋置深度可以很大,整體性強、穩定性好,有較大的承載面積,能承受較大的垂直荷載和水平荷載。
2、沉井既是基礎,又是施工時的擋土和擋水結構物,下沉過程中無需設定坑壁支撐或板樁圍壁,簡化了施工。
3、沉井施工時對鄰近建築物影響較小。

缺點

1、施工期較長。
2、施工技術要求高。
3、施工中易發生流砂造成沉井傾斜或下沉困難等。

沉井結構

主要由刃腳、井壁、內隔牆、梁、凹槽、底板等構成。
1.井壁:沉井的外壁,是沉井的主要部分,它應有足夠的強度,以便承受沉井下沉過程中及使用時作用的荷載;同時還要求有足夠的重量,使沉井在自重作用下能順利下沉
2.刃腳:井壁下端一般都做成刀刃狀的“刃腳”,其功用是減少下沉阻力
3.隔牆:設定在沉井井筒內,其主要作用是增加沉井在下沉過程中的剛度,同時,又把整個沉井分隔成多個施工井孔(取土井),使挖土和下沉可以較均衡地進行,也便於沉井偏斜時的糾偏
4.凹槽:設定在刃腳上方井壁內側,其作用時使封底混凝土和底板與井壁間有更好的聯結,以傳遞基底反力
5.封底:當沉井下沉到設計標高,經過技術檢驗並對井底清理整平後,即可封底,以防止地下水滲入井內
6.頂蓋:井頂澆築鋼筋混凝土頂蓋,待頂蓋達到設計強度後方可砌築墩。

設計原則

沉井平面尺寸及其形狀與高度,應根據墩台的地面尺寸、地基承載力及施工要求。力求結構簡單對稱、受力合理、施工方便。具體要求為:
1.沉井稜角處宜做成圓角或鈍角
2.沉井的長短邊之比越小越好
3.沉井分節製作

施工步驟

1.場地平整,鋪墊木、製作底節沉井
2.拆模,刃腳下一邊填塞砂、一邊對稱抽拔出墊木
3.均勻開挖下沉沉井,底節沉井下沉完畢
4.建築第二節沉井,繼續開挖下沉並接築下一節井壁
5.下沉至設計標高,清基
6.沉井封底處理
7.施工井內設計和封頂等

準備工作

1.旱地上沉井的施工
場地平整、製造第一節沉井、拆模及抽墊、挖土下沉、接高沉井、地基檢驗和處封底、充填井孔及澆築頂蓋。
2.水中沉井的施工
(1)築島法:水流速不大,水深在3或4m以內
(2)浮運沉井施工:水流速較大,水深較深
適用地段
1.上部荷載較大,而表層地基土的容許承載力不足,擴大基礎開挖工作量大,以及支撐困難,但在一定深度下有好的持力層,採用沉井基礎與其它深基礎相比較,經濟上較為合理時;
2.在山區河流中,土質雖好,但沖刷大或河中有較大卵石不便樁基礎施工時;
3.岩層表面較平坦且覆蓋層薄,但河水較深;採用擴大基礎施工圍堰製作有困難時。

安全控制

1.沉井下沉四周影響區域內,不宜有高壓線桿、地下管道、固定式機具設備和永久性建築。必須設定時,應採取安全措施;
2.沉井施工,應儘量避開汛期,特別是在初沉階段不得在汛期內。如需渡過汛期、凌期時,應採取穩定可靠的安全防護措施;
3.在水中設圍堰築島而導致水流被壓縮或改變河道等,應檢查對附近的堤壩、農田和其它建築物的安全以及島體本身的穩定是否受到影響,嚴防因沖刷而壩塌;
4.沉井下沉,採用人工挖掘時,勞動組織要合理,井內人員不宜過多。在刃腳處挖掘,應對稱均勻掘進,並保持沉井均勻下沉。下井操作人員,安全防護用品必須佩戴齊全。井內要有充足的照明。沉井各室均應備有懸掛鋼梯及安全繩,以應急需。湧水、涌砂量大時,不宜採用人工開挖下沉;
5.沉井施工前,應檢查機具設備是否完好,並搭好腳手架、作業平台、並保證其牢靠,平台四周設定欄桿,高處作業和險要的空隙處,均應設安全網;
6.沉井的內外腳手,如不能隨同沉井下沉時,應和沉井的模板、鋼筋分開。井字架、扶梯等設施均不得固定在井壁上,防止沉井突然下沉時被拉倒;
7.沉井頂面應設安全防護圍欄。井內、井上搭設的抽水機台座、水力機械管道等施工設施,均應架設牢固。井頂上的機具應設防護擋板,小型工具宜裝箱存放。在沉井刃腳和井內橫隔牆附近不得有人停留、休息,以防止墜物傷人;
8.井內、井上的抽水機電路應使用防水膠線,安裝漏電保護裝置,以防止觸電;
9.空壓機的貯氣罐應設有安全閥,輸氣管應編號,供氣控制應由專人負責,在有潛水員工作時,應有濾清器,進氣口應設定在能取得潔淨空氣處;
10.沉井的製作高度不宜使重心離地太高,以不超過沉井短邊或直徑的長度為宜。特殊情況允許加高,但應有可靠的計算數據,並採取必要的安全技術措施
11.在圍堰築島上就地澆築的沉井,在沉井的外側周圍應留有護道。護道寬度應按設計規定修築;築島島面和開挖基坑的坑底標高,應比沉井施工期最高水位高出至少0.5m;
12.沉井下沉前應把井壁上拉桿螺栓和圓釘切割掉。特別在不排水下沉時,應清除井內障礙和插筋,以防止割破潛水員的潛水服;
13.在築島上,沉井下沉中,如刃腳尚未達到原河床以前,而需接高沉井時,應在沉井內回填砂土,並分層灌注混凝土,防止沉井接高加重,產生不均衡下沉,造成沉井傾斜;
14.拆除沉井墊板應在沉井混凝土達到設計強度後進行。抽拔墊板時,應有專人統一指揮,分區、分層、同步、對稱進行。抽拔墊板及下沉時,嚴禁人員從刃腳、底梁和隔牆下通過。抽掉墊板後,應及時回填、夯實,並注意檢查是否有傾斜及險情。
15.沉井面積較大,不排水下沉時,井內隔牆上應設有潛水員通過的預留孔;
16.浮運沉井的防水圍壁露出水面高度,在任何時候均不得小於1m;
17.不排水沉井下沉中,應均勻出土,不得超挖、超吸,並應加強觀測,必要時進行沉井底的潛水檢查,防止沉井突然下沉和大量翻砂而導致沉井歪斜,造成人員和機械損傷;
18.用吊斗出土時,斗梁與吊鉤應封綁牢固,並應經常檢查斗梁、斗門等磨損情況,損傷部位應更換或加固。吊斗升降時,井頂指揮人員應通知井下人員暫時避開;
19.採用抓鬥進行不排水下沉時,如鋼絲繩纏繞在一起而需要轉動抓鬥進行排除時,作業人員應站在有護欄的部位;
20.採用機吊人挖時,土斗裝滿後,需待井下人員躲開,並發出信號後,方可起吊;
21.採用水力機械時,井內作業面與水泵站應建立通訊聯繫;
22.水力機械的水槍和吸泥機,應進行試運轉,各連線處應嚴密不漏水;
23.沉井在淤泥質粘土或亞粘土中下沉時,井內的工作平台套用活動平台,禁止固定在井壁、隔牆或底樑上;
24.不排水沉井,井內應搭設專供潛水員使用的浮動操作平台,潛水員要注意按照規定進行增壓或減壓;
25.灌注水下混凝土,應搭設作業平台、溜槽、導管及提升設備,經全面檢查(提升設備應做升、降試運行),確認安全後,方可施工;
26.沉井施工中,灌注混凝土如使用減速漏斗時,漏斗應懸掛牢固,並應附有保險繩索。漏斗應封鉤,孔口四周的空隙應堵嚴;漏斗升降時,井上與井下作業人員,應設通訊聯絡,協調配合,統一指揮;
27.在深水處,採用浮式沉井施工時,有關沉井下水、浮運及懸浮狀態下接高、下沉等,必須加以嚴密控制:
1)各類浮式沉井在下水前,應對各節浮式沉井進行水密性試驗,合格後方可下水;
2)浮式沉井下水前,應制定下水方案。採用起吊下水時,應對起重設備進行檢查。在河岸有適合坡度,採用滑稱、牽引等方法下水時,必須嚴防傾覆;
3)浮式沉井,必須對浮運、就位和落河床時的穩定性,進行檢查;
28.浮式沉井,定位落河床前, 應考慮潮水漲落的影響,對所有錨碇設備進行檢查和調整,使沉井安全準確落位;
29.浮式沉井落河床後,應儘快下沉,並使沉井達到保持穩定的深度;隨時觀察沉井的傾斜、移位及河床沖刷情況;
30.採用井內抽水強制下沉時,井上人員應離開沉井;
31.沉井如由不排水轉換為排水下沉時,抽水後應經過觀測,確認沉井已穩定,方可井下作業;
32.採用套井與觸變泥漿法施工時,套井四周應設定防護設施;
33.沉井下沉採用載入助沉時,載入平台應經過計算,載入或卸載範圍內,應停止其他作業;
34.浮式沉井,在船上或支架平台上製作時,對船舶或支架平台的承載力應進行驗算;
35 .在嚴重流凍的河流上,進行沉井施工必須避開流冰期。確實不能避開時,應將沉井井頂下沉至冰底面的安全水位;
36.沉井施工中,嚴防船舶及漂流物等的撞擊。通航的河道,應與港監部門聯繫,辦理有關水上施工的手續,設定導航標誌,在水流斜交處,應備有導航船引導過往船隻,緩慢安全駛過施工區;
37.沉井水下混凝土封底時,工作平台應搭設牢固,導管周圍應設欄桿,平台的荷載除考慮人員和機具重量外,還應考慮漏斗和導管堵塞後,裝滿混凝土時的懸吊重量。

實際套用

採用沉井基礎的橋樑
1.中國規模最大的橋樑沉井基礎:江陰長江公路大橋,錨錠的鋼筋混凝土沉井,平面尺寸為69米×51米,下沉58米
2.世界上規模最大的橋樑沉井基礎:滬通鐵路大橋,長寬高依次為87.3米,59.1米,44米,重量10519噸。
3.採用沉井基礎的其他結構物:取水泵房

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