混凝土垫上制作沉井的施工方法研究

[摘 要]文章分析了目前沉井制作的施工方法及其存在的不足，研究出一种混凝土垫上制作沉井的施工方法，并详细介绍了具体操作方式。该方法操作安全、施工快捷，节约成本，并为任何情况下沉井在地面上制作提供施工环境。

[关键词]混凝土 沉井 施工方法

中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0184-02

1、现有沉井制作的施工方法及其缺点

沉井施工是修筑地下工程和深埋基础工程所采用的重要施工方法之一。现有的沉井制作施工方法有以下两种：

一是土模上制作沉井。这种方法适合在土质较好的基础上制作重量较小的小型沉井。在地基上挖槽制作土模，与混凝土接触的侧面用水泥砂浆抹平，浇筑混凝土前需在水泥砂浆上涂隔离 剂，然后进行沉井的制作。但它的适用范围很小，仅可用于土质较好的小型沉井的制作。

二是垫木上制作沉井。这种方法是为便于在井筒下沉时抽出垫木，在垫木下铺设砂垫层。垫木可使用铁道上的枕木，也可用其他规格的木材制作。垫木在刃脚踏面中心的平面上对称、均匀铺设。在铺完垫木后，用砂和碎石把垫木与垫木之间的空隙填平，垫木的表面必须在同一水平面上。然后，在垫木上制作沉井。但它的方法在铺垫和抽垫都比较麻烦，操作水平要求很高，施 工中容易产生沉井的倾斜等问题，影响沉井的施工质量。

2、混凝土垫上制作沉井的施工方法及其优点

混凝土垫上制作沉井的施工方法，包括如下操作步骤（如图1）：

a、通过施工计算，确定砂垫层和混凝土垫的结构尺寸；

b、通过施工测量，确定沉井的设计位置；

c、在沉井设计位置开挖基坑作为沉井的施工现场；

d、依次铺设砂垫层、混凝土垫；

e、在混凝土垫上立模板、绑扎钢筋、浇筑钢筋混凝土沉井；

f、拆除模板；

g、破除混凝土垫进行沉井下沉。

本方法的优点在于：提高了施工安全系数；满足任何情况下的沉井制作承载力的要求，适应范围广；由于采用混凝土垫，不须进行抽垫，简化了施工程序，提高了施工速度；混凝土价格便宜，较木垫成本偏低，从而实现全面、安全、快捷、经济地为沉井制作提供施工环境。

3、混凝土垫上制作沉井的具体操作方式

如图所示：图1为混凝土垫上制作沉井的施工流程图；图2为混凝土垫上制作沉井的施工方法中沉井的结构剖面示意图；图3为混凝土垫上制作沉井的施工方法中砂垫层、混凝土垫俯视结构示意图。图中：l-基坑，2-排水沟，3-沉井刃脚，4-沉井壁，5-混凝 土垫，6-砂层垫。具体操作方式：

第一、施工计算。在混凝土垫上制作沉井，施工前应进行施工计算：包括砂垫层和混凝土垫的宽度、厚度和素混凝土垫抗压、抗弯强度计算。

a、砂垫层的计算公式：承载力的验算R>q。式中：R―砂垫层的允许承载力（Kpa），q―素混凝土垫下的均布荷载KN/。

b、砂垫层厚度的计算公司：P≥ G。/ （L+2hstan a ） + Yshs 。 式中：P―砂垫层下地基土的承载力（KN/）；G。―沉井下沉前单位长度的重量（KN）；L―素混凝土承垫层的宽度（m）；h―素混凝土承垫层的厚度（m）；hs----砂垫层的厚度（m）；a―砂垫层的压力扩散角（° ）；Ys―砂的重度（KN/m3），一般为Ys = 18KN/m3。

c、砂垫层宽度的计算公式：B≥ L+2hstan a且B ≥ b+2L。式中：b―沉井刃脚踏面的宽度（m）；B-砂垫层底面的宽度（m）；L-混凝土垫的宽度（m）。

d、抗压强度计算公式：N≤ΦfccA'C。式中：N-轴向压力设计值，即素混凝土垫上的荷载设计值（N）； Φ―素混凝土构件的稳定系数（本工程取1）；fCC―素混凝土轴心抗压强度设计值（Mpa） ， （fC×0.8取用）；A'c―混凝土受压区的面积（2）；fC―混凝土轴心抗压强度设计值（Mpa）。

e、抗弯强度计算公式：M≤γfctW。式中：M―弯矩设计值，即由沉井单位长度自重和模板等引起的地基反力对素混凝土垫产生的最大弯矩；γ―截面抵抗矩塑性影响系数，对矩形截面取1.55 ；fct―素混凝土轴心抗拉强度设计值（Mpa） ，（ft×0.55取用）；W―抗弯截面系数；ft-混凝土轴心抗拉强度设计值（Mpa）。

笫二、施工测量。施工人员应根据勘测设计人员提供的水准点，在施工现场引测、设置临时水准点。临时水准点应设置在便于施工测量观测、稳定牢固不受影响的地段，其数量不得少于2个，并应统一编号、标识。每次测量时，都应核对两个临时水准点，确认无误后方可使用。然后根据有关单位提供的导线点，设置沉井的轴线及中心位置控制桩。沉井施工前，施工人员应按照设计图纸给定的方向和位置，将沉井平面的垂直轴线放在地面上，并在沉井基坑外及沉井下沉施工时影响范围以外的两条垂直轴线上，每侧各设两个可通视的控制点，并做好纪录。最后设置沉降观测点。在原有建筑物附近下沉的沉井，应在原有建筑物上设置沉降观测点，该观测点应设在不受施工干扰和影响视线的地方。

第三、基坑开挖。在沉井设计位置开挖基坑作为沉井的施工现场。为减少下沉深度，在沉井制作前开挖基坑，在基坑中制作沉井。具体要求是：

a、基坑底面的尺寸应比刃脚外壁大l-2m ；应根据土质及施工需要确定基坑边坡；

b、基坑底部四周应挖设断面不小于30cm×30cm的排水沟，并接入基坑内的排水井中，一般集水井应30m左右设置一个，集水井应比排水沟深50cm，用排水泵将水排到远离基坑的地方；

c、基坑开挖的深度，应根据土质、地下水位、施工现场条件而定，一般在2-3m左右；

e、用挖掘机挖土，人工配合修坡和平整场地，挖出的土方除部分堆放在周围修筑 0.3m高、0.8m宽的护道挡地面雨水，多余土方运至指定场地。

第四、铺设砂垫层、浇筑混凝土垫。

a、根据施工计划和施工方案确定沉井下沉的次数。可采用一次下沉，也可采用多次下沉。根据下沉的次数确定沉井制作分节的高度。第一次下沉沉井的重量及施工荷载为混凝土垫的计算荷载标准。

b、砂垫层宽度、厚度按施工计算的结果进行施工。如地基的土质较好，可以满足承载力的要求，可不设砂垫层。如需设砂垫层，施工时应按计算的宽度、深度在基坑内设计位置开槽，在槽内分层填筑，分层压实至混凝土垫底高程处。

c、混凝土标号可以根据施工经验确定；混凝土垫厚度、宽度根据混凝土标号和荷载的大小由计算确定，并要满足支模的需要。混凝土垫施工前，应将砂垫层整平，然后立模浇筑混凝土垫。拆模后应在四周回填砂至基坑底面高程。

第五、立模板。混凝土垫层上涂刷隔离剂或油毡铺设一道，按设计尺寸放线后在其上支设刃脚及井壁模板；支撑排架在施工前应进行设计和计算，施工时应按设计的要求进行施工，确保支架的稳定和强度。沉井模板设计，应根据模板的支搭高度与浇筑方式，对模板的强度、刚度、稳定性进行计算。做到构造合理、结构稳定、易于装拆、操作方便。模板采用木胶合板；根据经验，支撑系统横挡采用 60×80的方木，间距25cm-30cm ；立挡采用Φ48×3.5双钢管，间距40cm-60cm ；用穿墙对拉螺栓拉结，间距60cm。施工脚手架根据实际情况可在井壁内、外用Φ48×3.5 钢管搭设双排钢管脚手架。模板安装：沉井的外侧模板必须竖缝支立，立好后要核对上下口各部尺寸、井壁的垂直度、刃脚标高，支撑拉杆（内外模间）和拉箍要牢固；当井壁有斜度时，模板要按斜率要求支立；外模上口尺寸不得大于下口尺寸。模板安装顺序：刃脚斜面及隔墙底面模板一井孔模板一绑扎钢筋一设内外模 间支顶一支立外模板一设内外模间拉筋一调整各部尺寸一全面紧固支顶、拉杆、拉箍一固 定撑杆和拉缆。

笫六、钢筋绑扎。钢筋绑扎是在内模已支立完毕，外模尚未扣合时进行的。先将制好的焊有锚固筋的刃脚踏面摆放在混凝土垫上的刃脚画线位置，进行焊接后再布设刃脚筋、内壁纵横筋、外壁纵横筋；为了加快工程进度，钢筋在加工场机械成型，然后运到现场就位，人工绑扎；每节井壁竖筋一次绑扎好，水平筋分段绑扎，与上节井壁连接处伸出插筋，接头按要求错开。为保证钢筋位置正确，垂直钢筋间距采用开槽口的木卡控制，水平筋间距选用一批竖筋按间距焊上短钢筋头控制；内外侧箍筋要设好保护层垫块。

第七、混凝土浇筑、养生。混凝土采用商品混凝土。浇筑运输采用混凝土运输车和混凝土输送泵；混凝土浇筑做到定人、定位、定机。沉井浇筑混凝土时应沿井壁四周对称进行，避免混凝土面高低相差悬殊，以防产生不均匀下沉造成裂缝。每节沉井的混凝土都应分层、均匀、连续地浇筑直至完成。每层混凝土的厚度应不超过规定的要求，对使用插入式振捣器层厚应小于振捣器作用长度的1.25倍。沉井混凝土养生应注意以下问题：

1）浇筑后10h即可遮盖浇水养护。气候炎热干燥时，终凝后即可遮盖洒水养护，防止烈日暴晒；

2）施工期间室外最低气温低于-30c：或室外平均气温低于+50c：时，应按冬季施工要求进行办理；

3）底节沉井混凝土养生强度必须达到100 % ，其余各节强度允许达到70 %时进行下沉；

4）混凝土强度达2.5Mpa时，混凝土顶面可以凿毛。

笫八、拆除模板。在混凝土强度达到2.5Mpa以上时，方可拆除直立的侧面模板，且应先内后外；当混凝土强度达70%后，方可拆除隔墙底面、刃脚斜面的支撑与模板。拆模的顺序是：井孔模板―外侧模板―隔墙支撑及模板刃脚斜面支撑及模板。拆除隔墙及刃脚下支撑应对称依次进行，宜从隔墙中部向两边拆除。拆除时可先挖去支撑架混凝土垫下面的砂，破混凝土垫抽出支撑架。当支撑排架设有楔形木时，可先打掉楔木，然后再拆除支撑。拆模后、下沉破垫前，仍需将刃脚下回填密实以防止不均匀下沉，保证正确位置下沉。

第九、破垫下沉。对混凝土垫分段、编号，从沉井平面上相互垂直的两条轴线等距离点开始，对称的向轴线方向破除。每破除一段，在刃脚下应随即用砂或砂砾回填夯实，在刃脚内侧应夯筑成小土堤，以承担部分井筒重，接着破碎另一段，如此逐点进行。破除垫层时要加强观测，注意下沉是否均匀，如发现倾斜，应及时处理。如沉井有内隔墙，应先破除内隔墙下的混凝土垫，然后再进行外墙混凝土垫的破除。破垫过程中必须有专人指挥，各组进度应一致，施工过程中不得中断，连续破除直至完成。破垫期间应设专人观测沉井下沉是否均匀。混凝土垫破除后，应用砂回填，然后才能进行沉井下沉工序的施工。

4、结论

混凝土垫上制作沉井的施工方法，与目前普遍采用的土模上制作沉井、垫木上制作沉井的技术相比，不但施工安全系数高，而且可满足任何情况下的沉井制作承载力的要求，具有适应范围广、施工程序简单、施工速度快、成本低等优点，值得推广应用。

参考文献

[1] 沉井刃脚土模法施工 《工业建筑》 1991年05期

[2] 沉井施工方案 《地下工程勘察设计与施工技术实用手册 》笫八篇第二章

[3] 肖心大、毛晨阳、孙益忠等 中国CN 101781896 A 2010.07.21