[科普中国]-沉井施工

将事先在地面上用钢筋混凝土制成的井筒形状的结构作为基坑坑壁的支撑,在井壁的保护下,用机械和人工在井内挖土,并在其自重作用下沉入土中的结构物称为沉井。所以,沉井施工,实质上就是将一个在地面上事先浇制好的构筑物通过挖土沉入到地下一定深度后成为地下构筑物的施工过程。

沉井施工技术发展情况沉井下沉到设计标高后,最后进行沉井的封底,作为地下构筑物使用。

国外在1944-1970年间,先由日本采用喷射高压空气(即气囊法)的方法降低井壁与土层之间的摩阻力,而使沉井下沉深度超过200m。但这方法构造比较复杂,高压空气消耗量也大而且下沉速度又不易控制,因此未获推广。到1964年,苏联建造了两座78.6m(长)×28.6m(宽)×26m(深)的大型沉井,但沉井底部的井墙厚度却达到3.8m,向上逐步减薄,到沉井顶部,井墙厚度尚有1.9m。

1952年以后,在欧洲开始应用触变泥浆来减少沉井外壁与土层之间的摩擦阻力下沉沉井,这是一项重大改进,给工程建设带来很大的经济效益,并获得了首先推广。

据统计,欧洲到1961年则已经下沉了达450多个沉井作为地下构筑物。解放后,我国在沉井的施工技术方面也取得了很大的成就。沉井原先是用于桥梁墩台和重型厂房与各种工业构筑物(如煤气罐、高耸塔架等)的一种深基础。近年来,随着生产规模的扩大和生产技术的发展,沉井施工方法已逐渐发展成为埋入软土层内各种地下工业建筑和人民防空工程围护结构的一种形式,例如,大(重)型桥梁的墩台基础、岸边取水构筑物、城市雨污水泵站下部结构、大型设备基础、地下沉淀池和水池、地下油库以及矿用竖井等。各种类型深埋基础和地下构筑物的围壁都曾采用沉井法施工。根据现有的施工经验,在陆地上制作大型钢筋混凝土圆形沉井,直径已达68m,下沉深度36m,平面面积约3600余m2。矩形沉井为18.5m×21.5m,高为20.6m,采用无承垫木施工,分节制作,一次下沉。在桥梁域台基础沉井方面也有新的发展,在深水中采用浮运沉井就位下沉方法,使平面面积达数百平方米的大重型沉井的下沉深度达50余米。而且,矿用沉井的下沉深度已超过100m。当然,这个深度也不能认为已经达到了极限。因为一般说来,用沉井法修筑地下构筑物或深基础时,可以认为尚能争取达到更大的下沉深度。

上述沉井的设计和施工的要求,一般是要使沉井结构能安全下沉到达设计标高,下沉时要平稳,结构不开裂水,位置不歪斜,超沉量和基底沉降量小等。这就要求沉井结构设计要有足够的强度和刚度,在施工和使用阶段,能保证抗浮稳定性,井壁和底板有足够的抵抗水、土压力和地基反力的强度,如有战备防护要求的地下构筑物更需要具有一定的三防能力。此外,根据使用条件的不同,沉井尚有混凝土抗渗、防潮、隔热、防噪和通风等要求。1

沉井应用范围(1)在城市市区采用沉井作为地下构筑物就无需打围护桩(钢板桩或其他围护桩),也不影响周围建(构)筑物,不需要支撑土壁及防水。因其本身刚度较大,沉井外侧井墙就能防止侧面土层的坍塌。

(2)如因场地狭窄,同时受附近建筑物或其他因素条件的限制,而不适宜采用大开挖的地点,可采用沉井法施工。

(3)当地下水位较高,土的渗透性大,易产生涌流或塌陷的不稳定土壤,可采用沉井不排水下沉和水下浇筑混凝土封底。

(4)埋置较深的构筑物采用沉井法施工,从经济和技术角度来看,也比其他施工方法更为合理。

(5)给水排水工程的地下构筑物,多采用沉井。如江心及岸边的取水构筑物、城市雨污水泵站下部结构等。

(6)沉井可作为桥梁墩台的深基础,由于平面尺寸小,而下沉深度比较大,因此,在桥梁工程中广泛采用。

(7)沉井可作地下构筑物的外壳。由于平面尺寸可根据需要进行设计,面积可达3000~4000m2,井内空腔并不填塞,形成地下空间,可满足生产和使用的需要,有时还可作为高层建筑的基础。

(8)沉井可用作矿区的竖井,面积比较小,一般为圆形,直径在15m以内。但下沉深度却很深,一般要在100m以上,可用作上下人员、材料、产品(煤和矿石)的竖向通道,同时还可作为竖向风道之用。

(9)大型设备基础、地下仓库、人防掩蔽所、盾构拼装井、船坞坞首等均可采用沉井。2

沉井施工分类沉井基础施工一般可分为早地施工、水中筑岛及浮运沉井三种。施工前应详细了解场地的地质和水文条件。水中施工应做好河流汛期、河床冲刷、通航及漂流物等调查研究,充分利用枯水季节,制订详细的施工计划及必要的措施,确保施工安全。2

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学