[科普中國]-沉井施工

將事先在地面上用鋼筋混凝土制成的井筒形狀的結(jié)構(gòu)作為基坑坑壁的支撐,在井壁的保護(hù)下,用機(jī)械和人工在井內(nèi)挖土,并在其自重作用下沉入土中的結(jié)構(gòu)物稱為沉井。所以,沉井施工,實(shí)質(zhì)上就是將一個(gè)在地面上事先澆制好的構(gòu)筑物通過挖土沉入到地下一定深度后成為地下構(gòu)筑物的施工過程。

沉井施工技術(shù)發(fā)展情況沉井下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,最后進(jìn)行沉井的封底,作為地下構(gòu)筑物使用。

國外在1944-1970年間,先由日本采用噴射高壓空氣(即氣囊法)的方法降低井壁與土層之間的摩阻力,而使沉井下沉深度超過200m。但這方法構(gòu)造比較復(fù)雜,高壓空氣消耗量也大而且下沉速度又不易控制,因此未獲推廣。到1964年,蘇聯(lián)建造了兩座78.6m(長)×28.6m(寬)×26m(深)的大型沉井,但沉井底部的井墻厚度卻達(dá)到3.8m,向上逐步減薄,到沉井頂部,井墻厚度尚有1.9m。

1952年以后,在歐洲開始應(yīng)用觸變泥漿來減少沉井外壁與土層之間的摩擦阻力下沉沉井,這是一項(xiàng)重大改進(jìn),給工程建設(shè)帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益,并獲得了首先推廣。

據(jù)統(tǒng)計(jì),歐洲到1961年則已經(jīng)下沉了達(dá)450多個(gè)沉井作為地下構(gòu)筑物。解放后,我國在沉井的施工技術(shù)方面也取得了很大的成就。沉井原先是用于橋梁墩臺(tái)和重型廠房與各種工業(yè)構(gòu)筑物(如煤氣罐、高聳塔架等)的一種深基礎(chǔ)。近年來,隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,沉井施工方法已逐漸發(fā)展成為埋入軟土層內(nèi)各種地下工業(yè)建筑和人民防空工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一種形式,例如,大(重)型橋梁的墩臺(tái)基礎(chǔ)、岸邊取水構(gòu)筑物、城市雨污水泵站下部結(jié)構(gòu)、大型設(shè)備基礎(chǔ)、地下沉淀池和水池、地下油庫以及礦用豎井等。各種類型深埋基礎(chǔ)和地下構(gòu)筑物的圍壁都曾采用沉井法施工。根據(jù)現(xiàn)有的施工經(jīng)驗(yàn),在陸地上制作大型鋼筋混凝土圓形沉井,直徑已達(dá)68m,下沉深度36m,平面面積約3600余m2。矩形沉井為18.5m×21.5m,高為20.6m,采用無承墊木施工,分節(jié)制作,一次下沉。在橋梁域臺(tái)基礎(chǔ)沉井方面也有新的發(fā)展,在深水中采用浮運(yùn)沉井就位下沉方法,使平面面積達(dá)數(shù)百平方米的大重型沉井的下沉深度達(dá)50余米。而且,礦用沉井的下沉深度已超過100m。當(dāng)然,這個(gè)深度也不能認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到了極限。因?yàn)橐话阏f來,用沉井法修筑地下構(gòu)筑物或深基礎(chǔ)時(shí),可以認(rèn)為尚能爭取達(dá)到更大的下沉深度。

上述沉井的設(shè)計(jì)和施工的要求,一般是要使沉井結(jié)構(gòu)能安全下沉到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高,下沉?xí)r要平穩(wěn),結(jié)構(gòu)不開裂水,位置不歪斜,超沉量和基底沉降量小等。這就要求沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要有足夠的強(qiáng)度和剛度,在施工和使用階段,能保證抗浮穩(wěn)定性,井壁和底板有足夠的抵抗水、土壓力和地基反力的強(qiáng)度,如有戰(zhàn)備防護(hù)要求的地下構(gòu)筑物更需要具有一定的三防能力。此外,根據(jù)使用條件的不同,沉井尚有混凝土抗?jié)B、防潮、隔熱、防噪和通風(fēng)等要求。1

沉井應(yīng)用范圍(1)在城市市區(qū)采用沉井作為地下構(gòu)筑物就無需打圍護(hù)樁(鋼板樁或其他圍護(hù)樁),也不影響周圍建(構(gòu))筑物,不需要支撐土壁及防水。因其本身剛度較大,沉井外側(cè)井墻就能防止側(cè)面土層的坍塌。

(2)如因場地狹窄,同時(shí)受附近建筑物或其他因素條件的限制,而不適宜采用大開挖的地點(diǎn),可采用沉井法施工。

(3)當(dāng)?shù)叵滤惠^高,土的滲透性大,易產(chǎn)生涌流或塌陷的不穩(wěn)定土壤,可采用沉井不排水下沉和水下澆筑混凝土封底。

(4)埋置較深的構(gòu)筑物采用沉井法施工,從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)角度來看,也比其他施工方法更為合理。

(5)給水排水工程的地下構(gòu)筑物,多采用沉井。如江心及岸邊的取水構(gòu)筑物、城市雨污水泵站下部結(jié)構(gòu)等。

(6)沉井可作為橋梁墩臺(tái)的深基礎(chǔ),由于平面尺寸小,而下沉深度比較大,因此,在橋梁工程中廣泛采用。

(7)沉井可作地下構(gòu)筑物的外殼。由于平面尺寸可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì),面積可達(dá)3000~4000m2,井內(nèi)空腔并不填塞,形成地下空間,可滿足生產(chǎn)和使用的需要,有時(shí)還可作為高層建筑的基礎(chǔ)。

(8)沉井可用作礦區(qū)的豎井,面積比較小,一般為圓形,直徑在15m以內(nèi)。但下沉深度卻很深,一般要在100m以上,可用作上下人員、材料、產(chǎn)品(煤和礦石)的豎向通道,同時(shí)還可作為豎向風(fēng)道之用。

(9)大型設(shè)備基礎(chǔ)、地下倉庫、人防掩蔽所、盾構(gòu)拼裝井、船塢塢首等均可采用沉井。2

沉井施工分類沉井基礎(chǔ)施工一般可分為早地施工、水中筑島及浮運(yùn)沉井三種。施工前應(yīng)詳細(xì)了解場地的地質(zhì)和水文條件。水中施工應(yīng)做好河流汛期、河床沖刷、通航及漂流物等調(diào)查研究,充分利用枯水季節(jié),制訂詳細(xì)的施工計(jì)劃及必要的措施,確保施工安全。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

曹慧慧 - 副教授 - 中國礦業(yè)大學(xué)