【案例83】背景资料：某施工单位承建一项江中取水泵站工程,主体结构采用沉井结构,埋深为12 m,井内有2道隔墙,施工程序如图4.12所示。场地地层主要为粉砂土,地下水埋深为4 m,采用不排水下沉。沉井分2节预制,每节长度为6 m,采用砂垫层上铺垫木措施。
图4.12 沉井施工程序示意图
项目部编制的施工方案部分摘要如下,上报公司技术部审批时被退回要求改正。
(1)第一节沉井下沉到距地面1.5 m进行后续接高施工,第二节沉井模板支撑在地面上；搭设外排脚手架与模板支撑脱开。
(2)下沉时,对结构变形、裂缝等参数进行了观测,沉井封底前自沉速率为15 mm/8 h。水下封底混凝土采用导管法灌注,派潜水员对混凝土凿毛部位洗刷干净,从高处开始逐渐向周围扩大；从左侧隔墙向右侧按顺序进行浇筑。
(3)在施工过程中,随着沉井入土深度增加,井壁侧面阻力不断增加,沉井难以下沉。项目部采用降低沉井内水位减小浮力的方法,使沉井下沉,监理单位发现后予以制止。施工单位将沉井井壁接高2 m增加自重,强度与原沉井混凝土相同,沉井下沉到位后拆除了接高部分。
(4)在图4.12(c)中,沉井突然偏斜,继续水下挖土纠偏。
【问题】
1.沉井围堰标高应比施工期最高水位高出多少?砂垫层结构厚度和宽度根据哪些因素确定?
2.请补充砂垫层铺设的具体规定。
3.指出施工方案错误之处并改正。
4.沉井下沉时除了结构变形外,还应测量哪些技术参数?
5.改正沉井水下封底错误之处。
6.施工单位降低沉井内水位可能会产生什么后果?沉井内外水位差应是多少?
7.沉井突然偏斜的原因是什么?如何纠偏?
【参考答案】
1.沉井围堰标高应比施工期最高水位高出0.5 m以上。垫层的结构厚度和宽度应根据土体地基承载力、沉井下沉结构高度和结构形式经计算确定。
2.砂垫层分布在刃脚中心线的两侧范围,应考虑方便抽除垫木；砂垫层宜采用中粗砂,并应分层铺设、分层夯实。
3.“第二节沉井模板支撑在地面上”错误,应支撑在下节沉井侧壁上；“沉井封底前自沉速率为15 mm/8 h”错误,应小于10 mm/8 h。
4.还应测量的技术参数：标高、轴线位移、裂缝。
5.沉井水下封底混凝土施工应从低处开始浇筑。井内有隔墙时,应分格对称浇筑。
6.场地地层主要为粉砂土,地下水埋深为4 m,采用降低沉井内水位减小浮力的方法,促使沉井下沉,可能产生以下后果：流砂涌向井内,引起沉井歪斜；沉井内水位应高出井外不小于1 m。
7.沉井突然偏斜的原因：刃脚下土质软硬不均；除土不均,使井内土面高差过大；刃脚下掏空过多,使沉井不均匀突然下沉；刃脚一侧或一角被障碍物搁住,未及时发现和处理；排水下沉井内除土时大量翻砂；井外弃土或河床高低相差过大,偏土压对沉井产生水平推移。
纠偏措施：
(1)下沉平稳、均衡、缓慢,发生偏斜通过调整开挖顺序和方式“随挖随纠、动中纠偏”。
(2)按施工方案的顺序和方式开挖；影响范围内四周不得堆放任何东西,车辆来往减少震动。
(3)沉井下沉监控测量：下沉中,每班测一次轴线、标高；终沉中,每1小时测量1次；封底沉降速率应小于10 mm/8 h；异常时应加密量测；大型沉井需进行结构变形和裂缝观测。
【案例84】背景资料：某施工单位承建一污水处理厂工程,占地面积约14.65万m2。污水厂工程设计规模为25 m3/d,污水经二级生物处理排入河流。其中污水提升泵房为半地下式钢筋混凝土结构,泵房的地下结构采用大型沉井结构,长边22 m,短边18 m,总高16 m。污水泵工程主体结构采用沉井,埋深15 m,现场地层主要为粉砂土,地下水埋深为4 m。在沉井制作过程中,项目部考虑到沉井埋深且有地下水,故采取了图4.13的模板固定方式。
图4.13 模板固定方式
施工中发生了如下事件：
事件一：泵房沉井分四节制作和下沉,施工缝处设置钢板止水带,施工缝凿毛并清理干净。前节混凝土强度达到设计强度等级的50%后,拆除模板浇筑后一节混凝土；各节模板支撑于地面上,搭设外排脚手架与模板脱开。
事件二：施工前,项目部进场调研发现：污水处理厂附近建筑物较多,工程降水会对周边建筑物有较大影响；地下水位较高,水量大,土层渗透系数较小。项目部组织专家对沉井下沉方案进行论证。
事件三：随着沉井入土深度增加,井壁侧面阻力不断增加,沉井难以下沉。项目部采用触变泥浆减阻措施,使沉井下沉。
事件四：沉井封底采用水下封底,水下混凝土封底从高处开始逐渐向周围扩大。每根导管的混凝土连续浇筑,导管埋入混凝土的深度为1.5 m,最终浇筑完成的混凝土面等于设计高程。
【问题】
1.补充图4.13中A、B、1的名称,简述其作用。
2.指出事件一的不妥之处,并写出正确做法。
3.根据事件二的描述,项目部应采用何种沉井下沉方式,并写出理由。
4.除项目部采取的触变泥浆减阻措施外,本工程还可以采取哪些助沉的措施?
5.沉井下沉监控测量有哪些技术要点?(www.xing528.com)
6.事件四中有哪些错误之处,并写出正确做法。
【参考答案】
1.A为止水环；作用：改变水的渗透路径、延长渗水路径、增加渗水阻力。
B为山形卡；作用：安装在对拉螺栓两侧,在浇筑混凝土前紧固模板外钢管,保证混凝土成型。
1为刃脚；作用：减小下沉阻力,便于挖掘刃脚外壁的土体。
2.不妥之处：
(1)前节混凝土强度达到设计强度等级的50%后,拆除模板浇筑后一节混凝土；
(2)各节模板支撑于地面上。
正确做法：
(1)设计无要求时,前节混凝土强度达到设计强度等级的75%后,拆除模板浇筑后一节混凝土；
(2)后续各节模板不应支撑于地面上,模板底部应距地面不小于1 m。
3.项目部应采用不排水下沉方式。理由：地下水位高、降水对周边构造物影响较大、水量大,土层渗透系数较小,因此不适合采用排水下沉方式。该井较深且土质为粉砂土,流砂现象严重,宜采用不排水下沉方式。
4.助沉措施：井外壁与土体间灌入黄沙助沉；空气幕助沉；压重法。
5.沉井下沉监控测量技术要点：下沉中,每班测一次轴线、标高；终沉中,每1小时测量1次；封底沉降速率应小于10 mm/8 h；异常时应加密量测；大型沉井需进行结构变形和裂缝观测。
6.错误之处：
(1)水下混凝土封底从高处开始,逐渐向周围扩大；
(2)导管埋入混凝土的深度为1.5 m,最终浇筑完成的混凝土面等于设计高程。
正确做法：
(1)水下混凝土封底从低处开始,逐渐向周围扩大；
(2)导管埋入混凝土的深度不小于1.0 m,最终浇筑完成的混凝土面略高于设计高程。
【案例85】背景资料：某公司承建一排水工程,本排水管道工程担负一个小区排水任务。其设计流量为12.55 m3/s,沉井平面为22 m×23 m的矩形,沉井埋深为14 m。泵站进水管为渐扩管现浇箱涵结构,断面尺寸为2.4 m×(2.6～2.4 m),埋深为9 m；出水箱涵为现浇箱涵结构,尺寸为2.0 m×4.6 m×2.6 m。长10 m施工地段的地质条件为：第一层为杂填土,厚度为2.55 m；第二层为粉质粉砂土,厚度为1.0 m；第三层为砂质粉土,厚度为8.8 m；第四层为淤泥质黏土,厚度为4.9 m。
(1)沉井距河边18 m,施工过程中应采取防汛措施。
(2)结合本工程情况,项目部制订的沉井施工工艺为：平整场地、定位→①基坑开挖(基坑开挖前：挖土外运→基坑开挖完后：放样→摊铺素混凝土垫层)→②第一次沉井制作→③第二次沉井制作→④第三次沉井制作→⑤沉井下沉(钢封门→拆脚手架→挖土下沉)。
(3)沉井下沉采用水力冲土法施工,具体步骤为：
①拆除脚手架、清除杂物等。准备好水力冲土机械。
②凿除素混凝土垫层,为整个沉井的关键工序。
③利用高压水泵将高压水分别送入高压水枪,把土冲刷成糊状泥浆,然后用吸泥泵将泥排出井外。冲枪自井中向边缘水平冲刷扩散,每层不超过0.5 m。当沉井下沉到距设计标高0.5 m时,停止冲水,依靠自重下沉。
【问题】
1.沉井施工工艺是否完善?若不完善,请补全。
2.简述辅助沉井下沉措施有哪些。
3.结合本工程情况,如何释放地下水对沉井封底的压力?
4.简述混凝土渗水原因及解决方法。
5.结合本工程情况,简述混凝土出现裂缝的原因及解决方法。
【参考答案】
1.(1)沉井施工工艺不完善,缺3项：①基坑开挖(基坑开挖前：挖土外运→井点降水；摊铺素混凝土垫层→开槽垫砂)；⑤沉井下沉(钢封门→拆脚手架→挖土下沉)→⑥封底。
2.辅助沉井下沉措施有：沉井外壁采用阶梯形以减少下沉摩擦阻力；采用触变泥浆套助沉；采用空气幕助沉；沉井采用爆破方法开挖下沉。
3.封底前在沉井底部设若干只集水井井笼(用铁皮制成,直径为600 mm,长为1 m)。井笼上下封口,四周钻孔,埋入封底以下0.5 m处；四周用卵石回填,各井阀以盲沟贯通；井笼内插入泵不断抽水,直至封底混凝土浇筑完成,并达到设计强度要求为止,然后用高等级混凝土封牢集水井。
4.混凝土渗水原因及解决方法如下：
(1)与混凝土本身空隙大小和混凝土空隙的连通程度有关,空隙越大,渗透率越高。可通过选材及配合比来控制,如选择水化热较低或水灰比较小的水泥等。
(2)由施工中拌和、运输、浇捣和养护不良造成的,应严格控制在施工过程中的搅拌、运输、浇捣及养护等各环节的作业质量,采取严格措施消除一切可能造成的渗漏隐患。
5.(1)混凝土出现裂缝的原因有：外荷载引起的裂缝(施工时的静载荷和动载荷)；物理因素引起的裂缝,如温度和湿度变化、不均匀沉降、冻胀等；因浇捣、脱模、养护不当引起的裂缝。
(2)解决方法如下：模板需均匀刷脱模剂,少量木模要浇水湿透；混凝土浇捣好后不要重物撞击；基底要稳固、防止出现沉降；振捣要均匀,严格控制振捣时间；养护要及时,加强早期养护,延长养护时间；模板支撑点要稳固,防止沉陷、跑模、胀裂。
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