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旱地上沉井施工-土力学与地基基础

时间:2023-08-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:人工除土可使沉井均匀下沉和易于清除井内障碍物,但应有安全措施。② 沉井下沉时,应避免内隔墙受到支承,井内挖土应从中间开始,均匀、对称地逐步向刃脚处逼近,使沉井平稳下沉。

旱地上沉井施工-土力学与地基基础

桥梁墩台位于旱地上时,沉井可就地制造,挖土下沉、接高、封底、充填井孔以及浇筑顶板等(见图9-10),其一般工序如下。

图9-10 沉井施工顺序示意图

1—井壁;2—凹槽;3—刃脚;4—承垫木;5—素混凝土封底。

1.平整场地

沉井施工场地要求平整干净,地基承载力须满足制作沉井的要求。若天然地面土质较硬,只需将地表杂物清理并整平,就可在其上制造沉井。否则应换土或在基坑处铺填一层0.3~0.5 m厚夯实的砂或砂砾垫层,防止沉井在混凝土浇筑之初因地面沉降不均产生裂缝。为减小下沉深度,也可挖浅坑,在坑底制作沉井,但坑底应高出地下水位0.5~1.0 m。

2.制造第一节沉井

制造沉井前,应先在刃脚处对称铺满垫木(见图9-11),以支承第一节沉井的重力,并按垫木定位立模板以绑扎钢筋。垫木数量可按垫木底面压力不大于100 kPa计算,其布置应考虑抽垫方便,垫木一般为枕木或方木(200 mm×200 mm),其下垫一层厚约0.3 m的砂,垫木间间隙用砂填实(填到半高即可)。然后在刃脚位置处放上刃脚角钢,竖立内模,绑扎钢筋,再立外模浇筑第一节沉井。模板应有较大刚度,以免挠曲变形,当场地土质较好时也可采用土模。

图9-11 垫木布置实例

对模板的要求是:

(1)外模板的内侧表面要刨光,使井壁外侧光滑以利下沉,模板及支撑应有较好的刚度,以防止灌注混凝土后起鼓,妨碍沉井下沉。

(2)为保证模板位置正确,立模前应正确测量刃脚位置,画出刃脚边线。井壁外侧模板必须按板缝竖直方向装设,与刃脚边相接处的凹凸不平,应仔细填塞以免漏浆。模板立好后,应复测其位置、刃脚标高及井壁的垂直程度。

(3)灌注混凝土时,应保持各处均匀、对称地进行,防止因混凝土面高低相差悬殊,压力不均匀而产生基底不均匀沉陷,使沉井开裂。一节沉井的混凝土,要连续分层灌注,一次灌完。

3.拆模及抽垫

当沉井混凝土强度达到设计强度的70%时可拆除模板,一般先拆除侧面模板,最后拆除刃脚斜面的模板。达到设计强度后方可抽撤垫木,抽垫应分区、依次、对称、同步地向沉井外抽出,其顺序为:先内壁下,再短边,最后长边,抽出后随即用砂土回填捣实。

(1)首先,拆除内隔墙下的垫木;

(2)其次,对矩形沉井先拆除短边下的垫木;

(3)最后,从远离定位支垫处开始逐步拆除,同时拆除定位垫木。

长边下垫木隔一根抽一根,以固定垫木为中心,由远而近对称地抽,最后抽除固定垫木,并随抽随用砂土回填捣实,以免沉井开裂、移动或偏斜。在抽垫过程中如发生下列情况,应及时研究处理,防止事态扩大,必要时可变更抽垫顺序或加高回填土进行处理。

(1)沉井倾斜超过1%,且有继续倾斜的可能时;

(2)某次抽垫后的下沉量超过上一次抽垫下沉量1倍时;

(3)回填砂土被挤出隆起或开裂时;

(4)垫木被压断时。

4.除土下沉

沉井下沉主要靠在井内除土,目的是减少或消除刃脚的正面阻力,当支承面的反力减少至自重与摩阻力差以下时,土被破坏,沉井则下沉,直至平衡,再行挖土下沉。沉井下沉施工可分为排水下沉和不排水下沉两种,一般依据沉井所处的水文、地质情况而定,两种下沉方法如图9-12所示。

排水下沉:排水下沉采用抽水方法降低井内水位,工人可直接下到井底进行挖掘作业(见图9-13),施工条件较好。其优点是:容易控制下沉方向;有利于防止下沉过程中出现较大的偏斜;易于处理下沉中遇到的特殊障碍,下沉速度一般较快,便于基础底层的检验和处理。

不排水下沉:不排水下沉是在井内外水头相同的静水条件下利用抓土斗、吸泥器等机具除土的井上作业方法,它可以有效地防止“流砂”发生,确保安全,因而特别适用于地下水位较高的粉、细砂地层。

图9-12 沉井下沉方法

图9-13 除土下沉

沉井宜采用不排水除土下沉,在稳定的土层中,也可采用排水除土下沉。除土方法可采用人工或机械除土,排水下沉常用人工除土。人工除土可使沉井均匀下沉和易于清除井内障碍物,但应有安全措施。不排水下沉时,可使用空气吸泥机、抓土斗、水力吸石筒、水力吸泥机等除土。通过黏土、胶结层除土困难时,可采用高压射水破坏土层。

(1)沉井下沉时应注意的问题

① 沉井应连续下沉,尽量减少中途停顿的时间,使其易于克服摩擦力。在下沉过程中,应掌握土层情况,做好下沉纪录,随时分析、判断土层摩擦力与沉井重量的关系,选用最有利的下沉方法。

② 沉井下沉时,应避免内隔墙受到支承,井内挖土应从中间开始,均匀、对称地逐步向刃脚处逼近,使沉井平稳下沉。对排水下沉的底节沉井,支承位置处的土应在分层除土的最后同时挖除。

③ 下沉中应随时调整倾斜和位移,尤其是下沉初期。为防止沉井在下沉中产生较大的倾斜和位移,应根据土质、沉井大小和入土深度等,控制井孔内除土深度和井孔内的土面高差。

④ 弃土应及时远运。在水中下沉时,应注意河床因冲、淤造成的土面高差。必要时,应对河床面采取防护措施,或利用出土调整。(www.xing528.com)

⑤ 在不稳定的土层或砂土中下沉时,确保井内水头高于井外,防止翻砂。

(2)下沉困难时的辅助措施

① 增加沉井自重

a.提前接筑上一节沉井,以增加沉井自重。

b.在井顶上压重物(钢轨、铁块或片石等)。但由于沉井自重很大,能够增加的压重有限,往往无济于事。除为了纠正沉井偏斜采取偏心压重外,很少使用。

c.在不排水下沉的井内抽水减小浮力,可增加沉井重力,促使沉井下沉。但在砂类土等容易翻砂涌水的地层中使用时,井内水头降低容易引起翻砂,而且沉井往往突然大量下沉导致沉井倾斜。因此沉井入土不深、稳定性较差时,不宜使用;一般抽水不宜过快,以防井孔内突然大量涌水危及安全。

② 减小沉井外壁的摩阻力

除在设计时对井外壁形状、错台宽度以及施工制作中确保外模光滑之外,通常采用以下措施:

a.井外射水。在井壁内预埋射水管组,利用高压水冲松井壁附近的土,使井外壁的摩阻力减小。

b.井外挖土。在沉井周围挖除部分覆盖土,可减小部分摩阻力。

c.炮振下沉。当刃脚下的土已掏空,采用其他措施仍然无法下沉时,可采用炮振下沉法,在沉井中央泥面放置炸药,每次起爆一处,炸药量一次不宜超过100 g,以保证安全。

d.采用泥浆润滑套或空气幕下沉。

5.接高沉井

当第一节沉井下沉至一定深度(井顶露出地面不小于0.5 m,或露出水面不小于1.5 m)时,停止挖土,接筑下节沉井。

沉井接高应注意下列几点:

(1)应防止沉井在接高加重时突然下沉或倾斜,必要时应在刃脚下回填或支垫,接高时应均匀加重。

(2)接高后各节沉井中轴线应为一直线。沉井接高前应尽可能调平,若在倾斜的沉井上接高时,应顺沉井的倾斜轴线上延,不可垂直接高,以保证沉井倾斜纠正后沉井保持竖直而不弯折。

(3)混凝土施工接缝,应按设计要求布置接缝钢筋,消除浮浆并凿平,以保证上、下两节沉井连接牢固,然后立模,对称均匀浇筑混凝土,待强度达设计要求后再拆模继续下沉。

6.设置井顶防水围堰

沉井顶面通常置于常水位或土面以下,当最后一节沉井顶面下沉至施工水位或地面以上0.5 m时,应暂停下沉,在井顶设置防水、挡土的围堰,以便使沉井继续下沉至设计标高时,其各工序能在围堰围护下顺利进行。

井顶围堰的平面尺寸,应考虑井顶襟边尺寸,留出立墩台模板的位置。若围堰内有支撑时,还应留出除土空间。井顶围堰底部与井顶连接应牢固,防止沉井下沉时,因围堰与土层摩擦力或因冬季受冻,而导致围堰与井顶脱离。

围堰的类型可根据具体情况选定,岸滩或浅水中可用圬工(石砌、砖砌、混凝土)围堰,在水深或水流较急,所需围堰高度较大时,可以采用木板桩或钢板桩围堰。此时,注意围堰的支撑布置不要妨碍井孔除土和其他工作。

井顶围堰是一种临时结构物,当墩(台)身修建露出水面后,便可以拆除。

7.基底检验和处理

沉井沉至设计高程后,应检验基底地质情况是否与设计相符。排水下沉时可直接检验;不排水下沉则应进行水下检验,必要时可用钻机取样进行检验。

当基底达设计要求后,应对地基进行必要的处理。砂性土或黏性土地基,一般可在井底铺一层砾石或碎石至刃脚底面以上200 mm。未风化岩石地基,应凿除风化岩层,若岩层倾斜,还应凿成阶梯形。要确保井底浮土、软土清除干净,封底混凝土,沉井与地基结合紧密。

当在不排水情况下清理基底时,应符合以下规定:

(1)沉井下沉至设计标高后,基底面地质应符合设计要求,若有不符需作处理时,应征得设计单位同意,必要时取样鉴定。

(2)清理后的基底面距离隔墙底面的高度及刃脚斜面露出的高度,必须满足设计要求的最小高度。

(3)基底浮泥或岩面残存物(风化岩碎块、卵石、砂等)均应清除,使封底混凝土与基底间不至于产生有害夹层。清理后的有效面积(即沉井底面积扣除在刃脚斜面下一定宽度内不可能完全消除干净的面积)不得小于设计要求。

(4)隔墙底部及封底混凝土高度范围内井壁上的泥污应予清除。

上述各项均应检查,并做出纪录。

8.沉井封底

基底检验合格后应及时封底。排水下沉时,如渗水量上升速度小于或等于6 mm/min可采用普通混凝土封底:否则宜用水下混凝土封底。若沉井面积大,可采用多导管先外后内,先低后高依次浇筑。封底一般为素混凝土,但必须与地基紧密结合,不得存在有害的夹层、夹缝。

9.井孔填充和顶板浇筑

封底混凝土达设计强度后,再排干井孔中水,填充井内污工。如井孔中不填料或仅填砾石,则井顶应浇筑钢筋混凝土顶板,以支承上部结构,且应保持无水施工。然后砌筑井上构筑物,并随后拆除临时性的井顶围堰,如图9-14所示。

图9-14 井孔填充和顶板

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