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沉井与沉箱的分类、构造、施工流程及优缺点比较
RSS 打印 复制链接 发布时间:2018-05-24 16:01:13

1. 沉井

(1) 沉井分类

a. 按平面形状分:沉井的平面形状有圆形、方形、矩形、椭圆形、端圆形、多边形及多孔井字形等,如图 25-1 所示。

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b. 按竖向剖面形状分:沉井按竖向剖面形式分有圆柱形、阶梯形及锥形等,如图 25-2所示。

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c. 按构成材料:可分为混凝土沉井、钢筋混凝土沉井及钢沉箱(包括钢板沉井及钢壳沉井)。

(2) 构造

箱体结构基本包括:井壁、刃脚、内隔墙、井孔凹槽、底板、顶盖等。

a. 井壁

井壁是箱体的主要受力部位,必须具备一定的强度以承受井壁周围的水、土压力。此外,为克服下沉时的摩阻力,井壁须有一定的重量,其厚度一般为 0.3~2 m。

b. 刃脚

刃脚的作用为切土下沉,故必须有足够的强度,以免破损。通常称刃脚的底面为踏面,踏面的宽度依土层的软硬及井壁重量、厚度而定,一般为 15~30 cm,刃脚侧面的倾角通常为 45°~60°。刃脚高度一般应综合考虑沉井封底方式、便于抽取刃脚下的垫木及土方开挖等方面。湿封底时高度大些,干封底时高度小些。其构造如图 25-3 所示

c. 内墙、井孔

内墙为即为箱内纵横设置的内隔墙,可提高箱体整体刚度。井壁与内墙,或者内墙和内墙间所夹的空间即为井孔。内墙间距一般不超 5~6 m,其厚度一般为 0.5~l m。

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d. 凹槽

凹槽位于刃脚内侧上方,目的在于更好的将井壁与底板混凝土连接。通常凹槽高度在 1m 左右,凹深 15~30 cm。

e. 底板

底板作用为防止地下水涌入抵抗基底地层反力,通常底板为两层浇注的混凝土,下层为素混凝土,上层为钢筋混凝土。

f. 底梁和框架

当不允许在大型沉井沉箱内设置内隔墙时,为保证箱体具有一定的刚度,可在底部增设底粱,或者在井壁不同深度处设置若干道由纵横大梁构成的水平框架,以提高整体的刚度。

g. 顶盖

顶盖即为沉井封底后根据实际需要,井体顶端设置的板,通常为钢筋混凝土或钢结构。

(3) 施工流程

1. 沉井施工的基本程序如下:

⑴下沉前的准备:包括平整场地、定位、基坑开挖、搭设施工平台等等。

⑵沉井下沉:凿除素混凝土垫层,挖土下沉。

⑶接长井壁。

⑷沉井封底。

2. 沉井施工方法的选取,应取决于场地水文地质条件,施工场地的大小、沉井用途、沉井施工对周围构造物的影响程度、施工设备的状况及成本等因素。

⑴排水下沉:当沉井所穿过的土层透水性差,不会出现大量渗水现象,或者不会因为排水导致流砂及井底土体隆起失稳时,可采用排水法下沉。

⑵不排水下沉:当沉井所穿过的土层不稳定,地下涌水量大,可能产生流砂、井底土体隆起失稳时,需考虑采用不排水下沉法。

⑶中心岛式下沉:为将施工引起的地表沉降对周围建筑物影响降至最小,可考虑采用中

心岛式下沉工艺,它利用挖槽吸泥机沿井壁内侧一面挖槽,一面向槽内补浆,沉井逐渐下沉,沉井壁的内外两侧均处于泥浆护壁槽内。

2. 沉箱

(1) 沉箱分类

a. 按箱体构成材料:沉箱按箱体构成材料可分为混凝土沉箱、钢壳沉箱及混合沉箱。

b. 按施工中是否有人作业:沉箱按施工中是否有人作业可分为有人工法及无人工法。

c. 除上述沉箱外,还有一种也被称为沉箱的构筑物,其外形象一只有底无盖的箱子,因其不用压缩空气,可称无压沉箱。它只能在水中而不能在土中下沉,故它和气压沉箱不同,可作为重力式挡土墙,在港口、码头等水流平稳的地区使用较多。

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(2) 构造

箱体结构基本包括:井壁、刃脚、内隔墙、底板、顶盖、气筒、气闸(包括中央气闸、人用变气闸及料用变气闸)及人孔等。

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(3) 沉箱施工

a. 沉箱施工流程

沉箱施工流程与沉井相类似,区别在于:底板制作在下沉加气前完成;下沉至地下水位0.5~1m 左右开始加气下沉,

b. 施工方法

沉箱的施工方法与沉井的施工方法基本相同,由于两者原理上的差异,故也存在一些不同之处。

(a) 沉箱结构施工必须预先构筑工作室顶板,以便下部形成密闭空间,满足气压施工的条件后才能进行气压下沉。

(b) 开挖作业仅为不排水下沉挖土法

(c) 下沉出土施工中,由于气压沉箱挖土是在下部密闭工作室内进行,并须采用特定的排土设备,以保证将土方运至井外过程中不发生大量漏气现象。

(d) 由于施工是靠维持作业室内的气压(与地下水压相当),防止地下水的涌入,所以压气的压送系统必须可靠,且应可调节。

3. 沉井与沉箱工法的优缺点比较

(1) 沉井

a. 优点相对沉箱而言,施工设备简单;操作容易;成本低;操作时间不受限制,出土速度快,封底方便。

b. 缺点对含巨砾石的砂砾层、黏土软岩层等地层而言,施工难度大,容易出现突沉,易出事故;施工深度不易过大,通常小于 30m;对周围地层沉降的影响大,抗震性差。

(2) 沉箱

沉箱优点:

a. 沉箱工作室内的气压可平衡地下水压力,避免沉箱下沉出土施工中坑底出现隆起和流砂、管涌现象,尤其是在施工区域有承压水层的情况,从而有效控制周围土层的沉降。

b. 沉箱利用气压平衡箱外水压力,作业空间处于无水状态,不需要对箱外高水头地下水及承压水进行降水和降压处理,从而避免因降水引起的周边土体沉降。

c. 工作室内的压缩空气起到了气垫作用,消除沉箱急剧下沉的情况,同时容易纠偏和控制下沉速度及防止超沉,保证了施工安全和施工质量。

d. 经过多年气压沉箱施工的发展,气压沉箱工法适用于各种地质条件,诸如软土、黏土、砂性土和碎(卵)石类土,还有软硬岩等地质条件,适于大深度施工;抗震性极佳。

e. 现代化的气压沉箱技术可以在地面上通过远程控制系统,在无水的地下作业室内实现挖排土的无人机械自动化,排除的土体也可以作为普通土进行处理。

沉箱缺点:施工设备较复杂;操作相对复杂;操作员的操作时间受限;成本高;由于在工作室内部出土,沉箱出土效率受到一定限制,下沉到位后封底困难。

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