2009-09-19 10:18:28| 分類： 個人日記 | 標(biāo)簽： |字號大中小 訂閱
武漢星宇建設(shè)工程監(jiān)理有限公司陳仲樂
1 工程概況
本工程新建翻車機室位于武鋼集團焦化公司2#翻車機室南側(cè)，翻車機室地下室采用鋼筋混凝土沉井，沉井長47.5m，寬l8.7m，深22.0m。施工場地狹窄、環(huán)境復(fù)雜、交通不便，新建翻車機室的北側(cè)緊臨2#翻車機室鐵路重車線，鐵軌邊距離沉井外壁僅3.4m，基坑開挖前對該鐵路進行加固處理并進行邊坡支護。場內(nèi)土層分布從上至下分別為：雜填土(地層代號①1)、素填土(地層代號①2)、粉質(zhì)粘土(地層代號③2)、粉質(zhì)粘土(地層代號④1)、粉質(zhì)粘土(地層代號④2)，填土厚度約5—6m。
場地內(nèi)的地下水由上部滯水、孔隙承壓水和基巖裂縫水三種類型。其中，上部滯水賦存于人工填積(Qm1)(地層代號①1、①2)層中，大氣降水、地表滲水是其主要的補給來源；空隙承壓水賦存于第四系上更新統(tǒng)沖積(Q3)(地層代號④4)粉砂層中?；鶐r裂隙水主要賦存于基巖(地層代號⑦1、⑦2)裂隙中，水量較小。根據(jù)地質(zhì)勘測資料，場地上部滯水水位在0.25—2.10m之間。
場地內(nèi)的地下水對混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋均無腐蝕。沉井施工平面布置及基坑開挖如下圖所示：
2 沉井工程施工方案
該沉井總高度22.0m，井壁分3次預(yù)制，第一節(jié)預(yù)制6.3m，第二節(jié)預(yù)制6.5m，第三節(jié)預(yù)制9.2m；待第三節(jié)沉井下沉至設(shè)計標(biāo)高后，進行清底，澆灌底板，依次施工井內(nèi)各層平臺。
2.1 施工工藝流程
測量放線 開挖施工坑及排水溝、集水井 鋪砂墊層和墊木 井壁、隔墻制作 拆模養(yǎng)護 井內(nèi)降水 抽出墊木
挖土下沉 封底 澆筑底板 澆筑井內(nèi)各層平臺梁板柱。
2.2 測量控制與沉降觀測
按設(shè)計總圖和沉井平面布置要求，設(shè)置坐標(biāo)控制網(wǎng)和高程控制點，用經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀進行定位放線，定出沉井中心軸線和基坑輪廓線以及水準(zhǔn)點，作為沉井制作和下沉深度控制的依據(jù)。
沉井位置標(biāo)高控制是在沉井外部地面及井壁頂部四面設(shè)置縱橫十字中心控制線、水準(zhǔn)基點。沉井垂直度的控制，是在井筒內(nèi)按8等份標(biāo)出垂直軸線，各吊線錘1個對準(zhǔn)下部標(biāo)板來控制。沉井下沉?xí)r應(yīng)按勤測勤糾的原則作業(yè)，隨時觀測沉降量和垂直度，及時掌握和糾正沉井的位移和傾斜，每班至少測量兩次，由專人負(fù)責(zé)并做好紀(jì)錄。如果出現(xiàn)不均勻沉降、沉降困難或沉降過快等異常現(xiàn)象應(yīng)立即停止下沉并采取相應(yīng)處理措施。
2.3 基坑支護、開挖
根據(jù)地質(zhì)條件和場地條件，為了加快工程進度，減少沉井實際下沉深度，解決首節(jié)沉井制作時地基承載力不足的矛盾，避免不均勻沉降，首節(jié)沉井制作前，挖去地表以下4米范圍內(nèi)回填土。施工基坑深為4米，坑底工作面寬度沿井壁外約2m左右，采用反鏟挖掘機挖土?？紤]到施工現(xiàn)場的環(huán)境，距離基坑北側(cè)是2#翻車機室的鐵路線擴坡，坑底與鐵軌面高差達(dá)7m，因此在施工基坑開挖前進行鐵路加固利邊坡支護，邊坡支護采用人工挖孔樁，其余三個方按1∶0∶5放坡開挖。放坡后施工坑的坑口尺寸為51.5m×20.72m，坑底的尺寸為47.5 m×18.72m，見施工坑開挖圖。施工坑開挖完后，周設(shè)排水溝、集水井，使地下水位降至比基坑底面低0.5m，基坑周圍筑擋水堤。
2.4 刃腳支設(shè)
刃腳采用磚墊座支設(shè)，坑底土層承載力較低，采用局部換填并擴大承載面方法來提高承載力，具體施工方法是：施工坑開挖至—7.0m完后，先用20t振動壓路機將坑底碾壓8遍，然后沿井壁中心線開挖溝槽，再分層鋪填砂墊層。砂墊層選用中砂，邊鋪邊灑水邊夯實，鋪完后再用壓路機碾壓密實，再在砂墊層上再鋪設(shè)枕木(160mm×220mm×2500mm)作墊木，要求墊木中心線與刃腳中心線重合。枕木之間的空隙用砂填實，并保證枕木頂面和砂墊層頂面相平，用水準(zhǔn)儀找平，使高差在10mm以內(nèi)。沉井井壁下砂墊層寬度、厚度以及枕木的用量，可根據(jù)第一節(jié)沉井的重量和施工坑地基的承載力計算求得：枕木的用量@500mm計260根，砂墊層的有效厚度為500mm。
2.5 沉井制作
沉井制作在—7.0m基坑中進行，由于沉井總高度和總重量都比較大，重心高，為保證制作時沉井的穩(wěn)定性，沉井自身有適當(dāng)?shù)闹亓勘阌诎踩樌鲁?，并結(jié)合內(nèi)部框架施工工藝要求綜合考慮，采取分三節(jié)制作三次下沉方案，沉井制作總高度22.0m，制作內(nèi)容包括井壁以及隔墻。第一節(jié)高6.3m；第二節(jié)高6.2m；第三節(jié)高9.5m。
2.5.1 模板支設(shè)
沉井模板采用木模板，支撐系統(tǒng)和腳手架系統(tǒng)采用φ38×3.5鋼管支設(shè)，不設(shè)垂直施工縫，在上下節(jié)分節(jié)處設(shè)通長水平鋼止水施工縫，鋼板厚3m，寬500mm，內(nèi)外模板間設(shè)采用φ12鋼作對拉螺栓，間距300×600，止水鋼片與鋼筋之間采用雙面焊。井壁支模時先支內(nèi)模后支外模，一次支模高度比擬設(shè)水平施工縫高300mm。第一節(jié)沉井模板支撐系統(tǒng)及其腳手架系統(tǒng)落在地基土層上，第二、三節(jié)沉井模板操作及支撐腳手架系統(tǒng)采用懸挑支設(shè)。支設(shè)方法如下：支設(shè)井外壁模板時，模板系統(tǒng)及腳手架系統(tǒng)(雙排腳手架)均落在活動鋼支架上，在制作前一節(jié)沉井時在沉井側(cè)壁上部設(shè)置預(yù)埋鋼板，拆模后將預(yù)制好的鋼支架焊在預(yù)埋鋼板上，作為后一節(jié)沉井壁模板支撐系統(tǒng)及操作腳手架的承力支架。
2.5.2 鋼筋綁扎
沉井鋼筋采用人工綁扎。豎向鋼筋采用電渣壓力焊連接，水平鋼筋采用綁扎搭接，搭接長度及接頭的間距按設(shè)計圖紙和施工規(guī)范執(zhí)行。內(nèi)外鋼筋加設(shè)φ14mm鋼筋支撐，每1.5m不少于一個，以保證鋼筋位置和保護層正確。鋼筋用掛線法控制垂直度，用水準(zhǔn)儀測量并控制水平度，用木卡尺控制間距，用水泥砂漿墊塊控制保護層。
2.5.3 混凝土澆筑
采用2臺37米臂長泵車配12臺混凝土運輸攪拌車進行澆搗。將沉井分成若干段同時對稱均勻分層澆筑，每層厚300mm～500mm，防止地基不均勻下沉，產(chǎn)生傾斜；沉井分節(jié)處水平施工縫接縫時，應(yīng)先鑿毛并進行沖洗處理，再繼續(xù)澆筑下一節(jié)，并在澆筑前先鋪一層30mm厚砂漿(與同混凝土配合去掉石子) ；井壁采用C25等級P8抗?jié)B混凝土，止水帶安裝要牢固緊密，止水帶不得有縫隙孔洞，第一節(jié)施工期間正值冬季施工，氣溫較低，混凝土摻加抗凍早強劑，用防雨帆布搭設(shè)保溫大棚，接廠區(qū)蒸氣養(yǎng)護。
2.6 沉井下沉
2.6.1 下沉方案
根據(jù)地質(zhì)條件和地下水文，擬采用排水下沉方案，排水方法為明溝集水井排水。根據(jù)設(shè)計，沉井在現(xiàn)有地面以下埋深19.5m，因施工坑已挖4m深，所以下沉總深度為15.5m。根據(jù)地質(zhì)條件和施工條件并結(jié)合制作分節(jié)情況，沉井下沉方案如下：第一次下沉5m，在第一節(jié)制作完砼強度達(dá)到100％后開始下沉；第二次下沉6m，在第二節(jié)制作完砼強度達(dá)到70％后開始下沉；第三次下沉4.5m，在第三節(jié)制作完砼強度達(dá)到70％后開始下沉。
2.6.2 沉井下沉機理分析
沉井不是均衡下沉而是“搖擺”下沉的。有關(guān)規(guī)范規(guī)定沉井順利下沉的條件是下沉系數(shù)即井身自重與井周摩阻力之比應(yīng)大1.15—1.25。實際上在砂礫石地層中沉井有被挾持而不能下沉的現(xiàn)象，此時反驗下沉系數(shù)大于2.0以上。下沉過程是不均衡的，井壁并非同步下沉，雖然間隔時間極短，沉降的斷續(xù)性十分明顯。沉降時常伴有很大的摩擦聲響。這種斷續(xù)性與井身自重同井周摩阻力之間關(guān)系變化的波動性密切相關(guān)。
初始自重大于摩阻力，井身下沉；繼續(xù)沉降時井周地層粗顆粒受井壁帶動，加之井周土體向井壁蠕動的壓力使粗顆粒與井壁密貼，致使摩阻力陡增，下沉中止。由于井周摩阻力的不均一性，其摩阻力較小的一側(cè)可產(chǎn)生整體結(jié)構(gòu)所允許的少量超前沉降，使該側(cè)井壁傾斜，并局部擠壓地層，又使摩阻力增加。相對的一側(cè)則由于井壁傾斜，摩阻力上部減少而下部略有增大，但其總體看，摩阻力降低，促使本側(cè)也開始沉降。
沉井刃腳不是切取而是局部承壓的，底節(jié)沉井抽墊的過程是刃腳及踏面首次承壓的開始。下沉過程井外側(cè)地層的摩阻力，直接影響刃腳承壓荷載的大??；當(dāng)刃腳踏面接觸地層并傳遞井身自重時(扣除井周產(chǎn)生的反向摩阻力)，承壓作用更明顯；當(dāng)踏面與地層接觸不均一時，局部承壓更大。砂礫石地層中有塊石出露時，刃腳踏面更不可能切取，而面臨更大的局部承壓。沉井下沉過程只有遇到砂層、粉砂層、淤泥層等細(xì)顆粒承載強度低的地層，刃腳才有切取的情況產(chǎn)生，但受沉井外壁四周摩阻力的限制，切入的深度也是有限的。
實踐表明在堅實土層中，刃腳踏面切入極少，應(yīng)優(yōu)先保證刃腳底部的整體剛度，提高自身的承壓強度，這是保證刃腳不被損壞，順利下沉的前提。
2.6.3 沉井的下沉
井內(nèi)采用2臺0.3立方米反鏟挖土，挖土方法采取先挖中間，逐漸向四周，每挖土厚0.4～0.5m，四周刃腳下土方用人工全面分層掏挖，挖除的土方用吊斗運出井外。本工程的地層中土質(zhì)隨土層深度變化較大，針對不同的情況，應(yīng)采取不同的挖土下沉方法：
(1)沉井在軟土中下沉
沉井在軟土中下沉?xí)r，一般在分層挖去井內(nèi)泥土的過程中，沉井即會逐漸下沉，而且沉井刃腳始終埋在土層中。首先在沉井內(nèi)挖成鍋底，在沉井四周的刃腳處留有土堤，再逐步削平刃腳四周土堤，沉井在挖土堤時邊挖邊沉。
(2) 沉井在較堅實的土層中下沉
沉井在較堅實的土層中挖鍋底，刃腳四周留土堤，沉井下沉很少或者完全不沉。再向四周均勻擴挖，最后削去土堤，使沉井下沉。當(dāng)削去土堤后，沉井仍不下沉，則可繼續(xù)挖深鍋底。若沉井再仍不下沉，則采用分層挖去刃腳四周土堤，使沉井下沉，但不宜一次開挖過深，以免造成沉井傾斜。
(3) 沉井在堅硬的土層中下沉
在挖出鍋底并除去土堤以后，若沉井仍不下沉，說明此土層堅硬，可采用保留定位支點，分段掏挖刃腳。掏空刃腳時，應(yīng)分層掏空，細(xì)心對稱地先挖去一部分，使沉井下沉。如果沉井仍然不沉，則可繼續(xù)掏挖刃腳并 擴大范圍，一般情況下采用上述的方法，可在堅硬的土層中使沉井平穩(wěn)，本工程后兩次下沉?xí)r刃腳掏空高度達(dá)1.5m，沉井在2—3分鐘急速下沉到位。
2.6.4 沉井的糾偏
發(fā)現(xiàn)沉井在下沉過程中發(fā)生位移、傾斜、偏轉(zhuǎn)時，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生原因，用下述一種或幾種方法及時糾偏。
(1)偏挖土糾偏法：
當(dāng)沉井入土較淺，糾正傾斜時，可采取在沉井刃腳高的一側(cè)進行挖土，以減少刃腳下的正面阻力，增加在沉井低的一側(cè)的阻力，使偏差在下沉過程中逐步糾正。糾正位移時，可有意使沉井向偏位方向傾斜，然后沿傾斜方向下沉，直至沉井底面中軸線的位置相重合或接近時，再將傾斜糾正，使沉井的傾斜和移位都在允許范圍以內(nèi)。
(2)井外射水和井內(nèi)偏挖土同時進行的糾偏法：
當(dāng)沉井入土深度較大，僅用上法糾偏有困難時，可用高壓射水管沿沉井高的一側(cè)井壁外面破壞土層結(jié)構(gòu)，降低該側(cè)被動土壓力，再用井內(nèi)偏挖土法糾偏。有條件時，還可以在沉井頂部加偏壓重或水平拉力的方法來糾正。
(3)增加偏土壓或偏心壓重糾偏法：
在沉井傾斜低的一側(cè)回填砂或土，使該側(cè)產(chǎn)生的土壓力大于高側(cè)的土壓力，也可在沉井傾斜高一側(cè)壓重使該側(cè)刃腳下的應(yīng)力增大，從而達(dá)到糾偏的作用。
(4)沉井位置扭轉(zhuǎn)時的糾正方法：
沉井位置如發(fā)生扭轉(zhuǎn)，可在沉井的對角偏挖土，借助于刃腳下不相等的土壓力所形成的扭矩，使沉井在下沉過程中逐步糾正其位置。
2.7 沉井封底、澆底板
沉井下沉達(dá)到設(shè)計標(biāo)高，并經(jīng)2—3d 觀測證明下沉已穩(wěn)定，或證明在8d內(nèi)累計下沉量不大于10mm時，即應(yīng)進行沉井封底。本工程采用排水干封底。排水封底的施工技術(shù)及操作方法，應(yīng)符合以下要求：
(1)首先應(yīng)將新老混凝土接觸面沖刷和鑿毛，清除刃腳上的污泥，對井底進行修整成鍋底形。由刃腳向中心設(shè)置放射形排水溝，鋪設(shè)卵石作濾水暗溝，在井底的鍋底部位設(shè)置集水井，以保持地下水位低于井底面300～500mm。
(2)清除井底土層表面積水，澆筑混凝土墊層，振搗必須密實，墊層混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度的50％以上時， 即可綁扎底板鋼筋，鋼筋兩端應(yīng)伸入刃腳或凹槽內(nèi)，然后澆灌底板混凝土。底板混凝土的澆筑應(yīng)在整個沉井面積上分層澆注，每層厚度為300～500mm，由四周向中央進行，振搗密實?；炷敛扇∽匀火B(yǎng)護，養(yǎng)護期間應(yīng)繼續(xù)抽水。待底板混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度的70％以上時，再將集水井逐個停止抽水和封堵。
2.8 沉井下沉對周圍土的擾動和破壞
沉井下沉?xí)r，對沉井外圍四周土體影響難以避免，土體破壞棱體范圍內(nèi)的有永久設(shè)施時，必須采取有效保護措施。土體破壞棱體范圍與沉井下沉深度、土質(zhì)、施工方法以及沉井的平面形狀有關(guān)。
前期對鐵路邊坡用人工挖孔樁＋錨桿進行支護，鐵路列車荷重用鋼大梁、小梁傳給直徑1.2m深19.5m承重樁進行托換加固，邊坡支護樁直徑1.0m深15m，間距1.3m設(shè)兩道錨桿，由于回填土較厚，對沉井下沉對周圍土體造成的破壞估計不足，當(dāng)沉井下沉到—15.30m標(biāo)高時，鐵路邊坡支護樁發(fā)生了較大的側(cè)向變形和垂直位移，支護樁鎖口梁斷裂，危及鐵路的安全運行。2005年5月20日由業(yè)主組織參建各方召開了研討會，制定處理措施和應(yīng)急預(yù)案。
1) 立即回填支護樁與沉井外墻之間空隙地段至0.00m(平鎖口梁)，回填材料使用中粗砂；回填必須密實，不得使用粘土，不得使用編織袋裝回填材料，不要在支護樁與沉井外墻之間留有縫隙，沉井兩側(cè)短邊回填寬度不得小于沉井寬度的1/3，基本恢復(fù)開挖前邊坡的狀態(tài)，在以后的開挖階段中，若回填高度下降，應(yīng)繼續(xù)增填中粗砂，始終保持回填平鎖口梁。
2) 在支護樁與沉井外墻回填底部埋入水平花管(上開花眼、外包土工布)引流至兩側(cè)豎向埋置D300鋼管內(nèi)，D300鋼管宜側(cè)壁開花眼，外包土工布，鋼管內(nèi)置水泵隨時抽排匯集的滯水。
3) 主動區(qū)壓密注漿加固(在地面開裂范圍內(nèi)進行壓密注漿加固)。注漿漿液采用水泥漿，水灰比0.55，注漿壓力可以按0.5MPa控制，注漿管應(yīng)反復(fù)提升直到孔口溢漿。
4) 接長沉井外壁，始終確保沉井頂部不低于鎖口梁頂部。
5) 在所有支承樁上，鐵路線中間和兩側(cè)、地面裂縫邊線上若干增設(shè)水平位移、沉降觀測點，并觀測不少于兩次初始值。
6) 在鎖口梁頂部與沉井外墻繼續(xù)用型鋼每2-3m設(shè)置若干臨時支撐。
7) 與鐵路運輸調(diào)度協(xié)調(diào)，減少載煤列車在該段的停留時間，下沉作業(yè)安排在白班，每次下沉后及時進行測量，向運輸部門通報鐵路軌面的變形情況，由其決定是否調(diào)整軌面標(biāo)高以確保鐵路運輸安全。
2.9 質(zhì)量控制：
沉井施工前應(yīng)鋼筋、電焊條及鋼筋接頭進行檢驗；澆注混凝土前，應(yīng)對模板尺寸、預(yù)埋件位置進行檢查；拆模后應(yīng)檢查澆筑質(zhì)量，符合要求后方可下沉。下沉過程中應(yīng)對下沉偏差做過程控制檢查。下沉接高應(yīng)對地基 強度、沉井的穩(wěn)定性檢查。封底結(jié)束后，應(yīng)對底板的結(jié)構(gòu)有無裂縫及滲漏檢查。沉井的竣工驗收包括沉井的平 面位置、終端標(biāo)高、結(jié)構(gòu)完整性、滲水等進行終合檢查。具體檢查可按《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50202-2002中檢驗批質(zhì)量驗收記錄表要求控制。
3 結(jié)語
沉井作為建造地下構(gòu)造物或深基礎(chǔ)的一種方法，是一項實踐性很強的施工技術(shù)，為保證沉井的順利下沉和井身的穩(wěn)定性，必須具有鉆孔地質(zhì)資料。施工前，應(yīng)根據(jù)鉆孔地質(zhì)資料，編制沉井施工措施設(shè)計，選定下沉方法，計算各階段的下沉系數(shù)，確定沉井制作、下沉施工方法，使施工人員能清楚地了解沉井在不同階段的下沉情況，掌握各階段的相應(yīng)技術(shù)措施，保證下沉的施工質(zhì)量和安全，沉井下沉對周圍土體的破壞必須引起足夠關(guān)注，并采取有效措施和應(yīng)急預(yù)案。該工程經(jīng)過設(shè)計、施工、監(jiān)理、業(yè)主各方的密切配合，反復(fù)進行研究比選，最終確定了沉井設(shè)計方案和施工方案，到達(dá)了很好的效果。
參考文獻(xiàn)：
1. 《建筑施工手冊》 (縮印本，第二版) ；
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中國計劃出版社
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5．《建筑施工計算手冊》，江正榮 編著
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中國建筑工業(yè)出版社，葛春輝 主編
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