第七章1 沉井与沉管法施工——沉井法施工

3)清除障碍物：

树根或钢材
切除
大孤石
炸除
沉井下沉，特别是纠偏过程中不可避免地扰动周围 地层，引起土层的移动，造成沉井施工中的环境问题。
引起地层移动的主要因素有：
(1)由于挖除井内土体，开挖面的应力释放，打破原来的 平衡状态，引起土体向井内移动； (2)井壁外围预留的空隙，引发地层向内位移； (3)井壁与土体的摩阻力带动土体向下沉降；
沉井可用于深基础的施工，如墩台、重型厂房和各种 构筑物的基础，井孔内可用混凝土或砂砾填实以增加 压重。 沉井可作为盾构法隧道施工和顶管法施工的工作井和 接收井、通风井和排水泵房井等，也可作为市政工程 的排水泵房、自来水厂的取水口等。 大型沉井可用于地下空间开发利用，如地下工厂、车 间、地下车库、地下娱乐场所等； 大型浮运沉井可用来建造海上石油开采平台。
(4)纠偏过程中对土体的扰动；
(5)井底产生流砂导致地表下陷；
(6)沉井浇注过程中加载引起一定范围内土体的沉降；
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圆端形沉井
单排孔沉井
边长大于20m的单孔沉井整体刚度不足，必要时可在 中间加内隔墙框架，形成单排孔沉井。
多排多孔沉井
在沉井内设臵几道纵横交叉的内隔墙，使沉井成为刚 度较好的空间结构，每个井孔内可设臵底梁。 该类沉井挖 土和下沉工作 可以较均衡地 进行，有利于 均匀下沉，适 于平面尺寸大 而重量大地下 建筑物。
沉井封底有干封底和湿封底两种：
（1）干封底
干封底能保证混凝土的准确厚度及表面平整，节省材料， 保证质量。设备简单，进度快，省去后续清理及抽水工作， 所以应优先采用。
灌注封底混凝土时在沉井内留一集水井，有涌水立即抽 干，湿混凝土灌注应从四角处开始，逐渐向中央推移。
混凝土与集水井口预留铸铁管(抽水用)，空隙填C20混 凝土，待混凝土底板达70％设计强度后，封闭管口。
井内除土: 中部
均匀、对称 分层取土
刃脚
弃土尽量远离沉井，防止偏压，造成沉井偏斜
沉井挖土下沉
大型沉井下沉施工中
沉井不排水挖土下沉
沉井钻吸法挖土下沉
中心岛式下沉
适用于面积较大的圆形沉井，需用两台设备对称均 衡挖土。
先沿井壁内侧挖槽，槽内 充满泥浆，沉井在槽内下沉， 而中心部位的土体暂不挖除 -形成“中心岛”；
（2）湿封底 水下混凝土封底是利用井内灌水重量克服流砂的涌入， 封底混凝土在水下灌注，注意封底混凝土的质量。 封底后井内水排走，浇注钢筋混凝土底板。在底板参与 受力之前的期间，封底混凝土要承受沉井井底地下水的浮 力，故应有足够的强度和重量。 水下灌注混凝土采用竖管灌注法。 水下封底后，应检查封底混凝土质量，灌筑钢筋混凝土 底板前，应凿去表层浮浆。
4、封底与底板：
凹槽 （1）作用：封底起到隔离地下水的水力联系的作用；凹槽起到使封底混凝
底板嵌入井壁，增强井壁与底板的联结强度的作用；当井壁厚度小时，可采用 作用：使封底混凝土底板嵌入井壁，增强井壁与底板的联结强度 的作用 榫的结构形式，在凸榫下部设置凹槽。
0.15 ~ 0.25 m ，高 （2）制做要求： 凹槽深 1.0m 左右，距刃角 1.5m 。 制做要求： 凹槽深 0.15— 0.25m ，高 1.0m 左右，距刃角 1.5m 以上。
当沉井到设计标高后，将 槽内的泥浆臵换固化，再在 井底部位压密注浆封闭，最 后挖除“中心岛”部分的土 体。
沉井施工
5.接高井筒
第一节沉井顶面下沉至距地面还剩1~2m时，应停止挖土 下沉，然后立模浇注，接长井壁及内隔墙，再接现沉
6.筑井顶围堰 （沉井顶面低于地面或水面） 7.地基检验和处理
检验地基土质情况，场地是否平整，对地基进行必要的处理， 保证井底地基尽量平整，浮土及软土清除干净，使封底砼、沉 井及地基紧密连接。
图 2 井壁上凹槽结构 (a)普通凹槽;(b)凸榫凹槽;(c)沉箱凹槽;(d)不设凹槽
底梁和框架
在大型沉井中为了增加沉井下沉过程中的整体刚度，可 在沉井底部增设底梁，并与井壁一起构成底框架，以增加 沉井施工下沉阶段和使用阶段的整体刚度。
有的沉井高度较大，常在井壁不同高度设臵若干道横梁、 大梁，组成水平框架，以减少井壁的跨度，使整个沉井结 构布臵合理、经济。 在松软地层中下沉的沉井，底梁及其框架的设臵还有防 止沉井“突沉”的功能，并便于纠扁，分格分块封底。 纵横底梁不宜过多，以免增加结构造价，施工费时，增 大土层阻力，影响下沉。
从沉井制作，到沉井下沉，最后完成地下结构 的工艺过程称为沉井法施工。
沉井的特点
(1) 埋深大；
(2) 整体性好；
(3) 承载力高；
(4) 对邻近建筑物影响小；
(5) 充分利用地下空间等特点；
(6) 施工时具有挡水或挡土等作用；
但施工工期较长，沉井下沉遇障或遇流砂等都会 给施工带来困难。
沉井最适合在不太透水的土层中下沉，这样易于 控制沉井下沉方向，避免倾斜。一般下列情况可考 虑采用沉井基础： 上部荷载较大，表层地基承载力不足，而在一定 深度下有较好的持力层，且与其他基础方案相比 较为经济合理； 在山区河流中，虽土质较好，但冲刷大，或河中 有较大卵石不便桩基础施工； 岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深，采用 扩大基坑施工围堰有困难。
岩土工程施工技术
王丽琴 主讲
西 安 理 工 大 学
第七章 沉井与沉管法施工
第一节 沉井法施工 第二节 沉管隧道施工技术
第一节 沉井法施工
一.沉井类型与构造
沉井：无盖无底筒状构筑物，砖砌、钢结构、钢混凝土。 先挖基坑，在垫层上制作沉井筒，在井筒保护下挖土， 随着土体挖深，沉井在自重作用下逐渐下沉，直至设计 标高，再浇注底板、内部结构和顶盖。
沉井施工
８．沉井基础处理
将超挖部分用煤渣填 充夯实，在刃脚四周填 以毛石，然后用素混凝 土封底。
沉井施工
9.封底、充填井孔及浇筑顶盖
封底时： 排水下沉沉井，渗水量上升速度 ≤6mm/min，且无流砂现象，采用干封 底；否则须采用导管法灌注水下混凝土 灌注顺序： 先周围后中间、先低后高
封底分为湿封底和干封底两种：湿封底即是水下 混凝土封底，干封底是为了减少水压力对封底混凝 土的作用，需建臵集水井排水。
3.突沉
原因： 当刃脚下土被挖除时，沉井支承削弱；

井壁摩阻力较小；
排水过多、除土太深、出现塑流等。
处理措施：

增大刃脚踏面宽度 增设底梁以提高刃脚阻力
在软土地基上进行沉井施工时，控制井内排水、均匀挖土
控制刃脚附近挖土深度，刃脚下土不挖除，让刃脚切土下滑。
4.沉井倾斜和偏移
原因： 发生流砂；遇到障碍物；
三.沉井下沉中的问题处理及环境保护
1.流砂
原因：

土质为粉、细砂层 土中动水压力的水头梯度大于临界值
处理措施：采用井点降水及不排水除土，或向井内回灌水
2.沉井下沉困难
原因：

沉井外壁的摩擦阻力过大 刃脚下遇障碍物
处理措施：

增加沉井自重

减小井壁摩阻力

接高沉井，增加自重 顶部压重物 降低井内水位，减小沉井所受浮力 立面设计成阶梯形、台阶形 井壁外高压射水 采用空气幕或泥浆套 安放炸药，利用炮震使沉井下沉
挖除wk.baidu.com土堆于一侧；偏心受压及沉井一侧受到冲刷较大
高的一侧 加重物 顶面施加 水平力

土质松软、软硬不匀，沉井下沉不均；挖土不对称；
处理措施：
1)倾斜

高的一侧集中挖土或高压水射松土层 低的一侧回填砂石 高的一侧加重物 顶面施加水平力
高的一侧集中挖土 或高压水射松土层
低的一侧 回填砂石
沉井偏斜
2)偏移： 有意使沉 井倾斜 均匀挖土使沉井沿倾斜方向下沉 至底面中心与设计中心线重合 纠正 倾斜
二.沉井施工工艺
第二节沉井
底节沉井
砂垫层
承垫木
钢筋混 凝土 素混凝土
煤渣片石
沉井施工
1.整平场地

土质较硬：清除杂物 在整平场地上铺不小于0.5m的砂垫层
土质较软：夯实或换土夯实
打桩、开挖、搭台、铺砂垫层
砼垫层
沉井施工
2.制造第一节沉井
刃脚踏面处对称铺设垫木
放置刃脚角钢
支模绑扎钢筋，浇 注第一节沉井砼
厚度：0.80~1.5m且≥ 0.4m
刃脚
作用：下沉时切土 砼： ≥ C20
刃脚是受力最集中的部分，刃脚底 部为踏面，通常宽度10-20cm； 刃脚内侧为一倾面，通常倾角 为45°左右。
内隔墙
作用：

加强沉井刚度
分隔井孔，控制沉降及纠倾
内隔墙的间距一般 不大于5~6m，厚度 一般为0.5~1.0m 一般要求隔墙底高 出刃脚底面 0.5~1.0m
浮运沉井
将沉井在工厂内做好，在水中浮运到施工现场，沉放 在地基上
沉井的构造 沉井基本构造：刃脚、井壁、隔墙、取土孔、底框架、 顶板、底板组成。
井壁
作用： 下沉时作为重量(靠自重克服井壁与土之间的摩阻力)
施工完毕后，作为基础或基础的一部分承担荷载 砼： ≥ C15

施工中用作围堰，承受土、水压力
0.5m
1 井壁 2 顶盖和封底 3 隔墙 4 刃脚 5 凹槽 6 射水管 7 井孔图
封底及顶盖
封底厚由计算确定，顶 面突出刃脚根部不小于 0.5m，并达凹槽上端， 砼强度一般地基C20， 岩石地基C15。 顶盖厚一般1.5～2.0m， 井孔充填砼时砼应≥C10。 沉井顶部浇注钢筋砼顶 盖，承托上部结构。
铺承垫木
刃脚斜面钢筋
沉井施工
3.拆模及抽垫
待砼强度达到70%，拆模。 达到设计强度后，抽垫木。
抽垫木注意
分区、依次、对称、同步 (1)顺序：先内墙，后短边，最后长边。 (2)撤完一根垫木后，应立即回填砂土捣实
沉井施工
4.挖土下沉

排水下沉： 土层性质稳定，不会产生流砂时 人工或机械开挖(高压水枪冲土为泥) 不排水下沉： 抓土斗或水力吸泥机水下出土 井内水位高于井外水位1~2m 吸泥机吸出井外
沉井的分类 （1）按建筑材科分类
①混凝土沉井 ②钢筋混凝士沉井 ③钢壳沉井
（2）按平面形状和内部构件的布置分类
单孔圆沉井、单孔方形沉井、多孔方形沉井、 多孔椭圆形沉井、多排多孔沉井。
圆形沉井
圆形有良好受力性能，故通常都采用单孔圆形沉 井，直径最大可达80m。
矩形沉井
矩形沉井只有平面尺寸较小时才做成单孔的。当边长 大于20m时，应增加底框架、顶框架或采用内隔墙分成 多孔沉井，以加强沉井结构的刚度。