沉井法
坑探工程学术语
沉井法又称沉箱凿井法,是在土层开挖前,在井筒设计位置,把预先制好的一段6~7 m 长的整体井壁,靠自重局部沉人土中,然后在它的掩护下,边掘进边下沉,相应砌筑井壁,通常称为普通沉井法。随着沉井深度的增加,井壁与井帮的摩擦阻力增加,下沉深度受到限制,一般只能下沉20~30 m。
简介
在地面下沉预制井筒的施工方法。在井口位置,预制好沉井刃脚和一段井壁,边掘边沉,再在地面浇筑,接长井壁,继续下沉。此法开始多用于水利工程,工艺简单,通常采用砖井壁,人工挖掘,自重下沉。沉井深度一般仅20m左右。1839年法国创造了压气沉井法,因下沉深度有限,并有损工人健康,到20世纪50年代渐被淘汰。1894年德国创造了淹水沉井法。1944年日本向沉井壁后施放压缩空气,减少井壁与土层的摩擦阻力获得成功。1952年匈牙利和瑞士创造了触变泥浆液体减阻的新方法。中国于1958年创造了震动沉井法;1969年起采用壁后泥浆淹水沉井,建成了30多个井筒,最深井达192.5m。
沉井结构
由套井、井壁和刃脚三部分组成。套井(即锁口)是靠近地表预先作好的一段大于沉井外径1.5m左右的井筒,用以保护井口,安设导向装置和贮存减阻材料。沉井井壁就是井筒的永久井壁,应有足够的强度,并满足下沉所需的重量。一般为钢筋混凝土结构,壁厚1m左右,随沉井下沉不断在井口浇筑接长。刃脚位于沉井井壁最下端,多用钢材制造,刃尖角通常为 30°,刃脚高3m,刃脚外半径比井壁外半径大100~300mm,以便下沉后在井壁四周形成一个环形空间。
施工时沉井利用钢刃脚插入土层,工作面不断破土排渣,依靠井壁自重不断下沉,当沉井刃脚达到基岩后,即行封底与壁后注浆固井
沉井法分类
按井内淹水与否分为不淹水沉井和淹水沉井两种。淹水沉井又分壁后泥浆淹水沉井和壁后施放压气淹水沉井。按井壁下沉动力可分为自重沉井和加载沉井。后者又分为震动沉井和压水沉井。
不淹水沉井 在沉井内排水,工人在井底工作面掘进。除井壁在地面浇筑、随掘进随下沉外,其他工序和普通凿井法相同。由于排水造成井内外压力不平衡,下沉深度受到限制,本法不宜在涌水大、流砂层厚的表土层采用。
淹水沉井
特点是:井内淹水,保持井内外压力平衡,可防止涌砂冒泥;壁后灌注减阻介质;掘进与排渣均在水下完成;一般采用水枪或钻机破土、压气排液器排渣。该法工艺较简单,需用设备少,机械化程度高,工人不下井,作业条件好,成本较低,除砾卵石层外,一般均可采用。但由于量测和纠偏技术尚未完全解决,沉井下沉速度和偏斜程度较难掌握,往往影响工期。
壁后泥浆淹水沉井 在整个施工过程中保持井筒内淹水水位高于地下水位 1~2m。在沉井壁后环形空间灌注触变泥浆,它是以膨润土为主要原料,加水和化学处理剂(碱、羧甲基纤维素)混合搅拌而成的一种液态减阻材料,其特性是静止时为不易流动的凝胶状态,搅动时变成易于流动的溶胶状态。通过埋设在井壁内的管路,将触变泥浆灌注在沉井壁后的环形空间内,把井壁和地层隔开,借助泥浆柱压力,维护土层稳定,防止塌陷并可在沉井下沉时减少沉井外壁的摩擦阻力。用触变泥浆减阻,经济效益较好;但在恢复井壁与土层的固着力和保证泥浆护壁的可靠性方面,还有待研究改进。
壁后压气淹水沉井 在沉井外壁上,按压缩空气可能克服的作用面积,预留气龛,在气龛底部设喷气小孔与井壁内的压气管路相连,构成施放压气的通道。沉井需下沉时,按施工的要求压力依次打开管路阀门,压气由喷气孔喷出,沿井壁外围扩散上升,形成一个空气帷幕,减少周边的摩擦阻力,促使井筒下沉(见图)。该法可控制施放压气的时间,有利于控制井筒偏斜。日本用本法施工,最深沉井达200.3m,偏斜仅为0.1%。 沉井法
震动沉井
在预制的薄壁长段井筒上部装有井帽,在其上安置震动机,带动井筒震动,加大井筒的下沉力,并促使井壁四周土壤液化,减少沉井周边的摩擦阻力,加快下沉速度。本法由建桥工程使用的震动管柱法移植而来,自1958年起,在中国淮北矿区用该法相继建成了十多个井筒,优点是机械化程度高,成井速度快,成本低。由于震动机的加载有一定限度,在遇到砾卵石层时,井壁容易断裂,且地面及井筒周围受震动影响,适用条件受到限制。 压水沉井 加载沉井的另一种形式,在沉井刃脚上增设伞形钢结构底罩,把井筒和刃脚隔开,伞上灌水,增加荷载。伞下作为破土排渣的空间,破土使用五组装在刃脚四周斜面处和伞顶部的固定水枪,泥渣水自伞顶中心的排渣管排出。本法在中国开滦建井工程处首次试用,下沉深度达30.1m。
使用材料
就沉井的使用材料分,有木沉井,砖、石沉井,混凝土沉井,钢筋混凝土沉井和钢沉井等。木沉井用木材较多,现很少采用。砖、石沉井过去多用于中小桥梁。现在常用的是钢筋混凝土沉井,或底节为钢筋混凝土,上节为混凝土的沉井。钢沉井多用于大型工程浮运的沉井。
井壁
沉井的井壁可作成竖直形、台阶形或斜坡形。斜坡形虽可减少周围的摩阻力,但下沉过程中容易倾斜;台阶形便于加高井壁。沉井的内部可根据需要作隔墙,划分成几个取土井,但取土井必须对称设置,以利均衡挖土或纠正偏斜;取土井尺寸,须能容纳机械挖土斗自由上下。如中国九江长江大桥采用圆沉井,直径20米,内设9个井孔,中孔直径5.5米,8个边孔直径3.8米;日本本(州)四(国)联络桥的南北备赞濑户桥7A号墩沉井,桥轴方向长75米,横跨方向59米,高55米,中间设纵横向隔墙,是当前世界大型沉井之一。
沉井下沉
排水和不排水下沉两种,在软弱土层中须采用不排水下沉,以防涌砂和外周边土坍陷,造成沉井倾斜及位移,必要时采取井内水位略高于井外水位的施工方法。出土机械可使用抓土斗、空气吸泥机、水力吸泥机等。近代各国发展用锚桩及千斤顶将沉井压下的方法。此外,还有用大直径钻机在井底钻挖的方法,如日本在圆形沉井内采用臂式旋转钻机,在硬粘土层内开挖,直径可达11米,由沉井外的电视机反映操作情况及下沉速度。
沉井到达设计标高后,一般用水下混凝土封底。井孔是否填充,应根据受力或稳定要求决定,可填砂石或混凝土,但在低于冻结线0.25米以上的部分,应用混凝土或圬工填实。沉井基础的最后一道工序是灌筑顶盖。
参考资料
最新修订时间:2024-08-06 16:26
目录
概述
简介
沉井结构
参考资料