钢沉井基坑支护施工技术的介绍说明

沉井施工法越来越多地被应用在地基为软弱土层的工程中，通常以沉井作为地下结构物和深基础的一种，先在地表制成一个井筒状的结构物(沉井)，然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土，使沉井在自重及附加配重作用下逐渐下沉，达到预定设计标高后，再进行封底，构筑内部结构。本文介绍的钢沉井基坑支护施工方法是参照沉井施工原理，采用钢板材质，但钢沉井不作为整体结构的一部分，只作为基坑坑壁的支护结构。
1工程概况
本工程为电子束冷床炉(EB炉)基础工程，根据工程地质水文及EB炉基础施工图情况、最深处基础-12.3007m，地下水位为-7m左右，所以-7m以下无法进行开挖施工(如果采用井点降水的办法，由于市政管网还未连接上，厂区内大量的水无处排放)，根据勘察报告地基在-6m以下为粉砂层，可能产生流砂，为了保证安全及工期，所以在-7m以下采用沉井施工。若采用钢筋混凝土沉井则工期较长、费用高，而且必须设置加劲肋才能满足要求，从而无法进行基础混凝土侧壁施工，采用钢沉井不但工期短，内部钢支撑不影响基础侧壁的施工，钢沉井外壁可做侧壁外部模板使用，而且工程费用也与钢筋混凝土沉井相差不多，所以多种因素综合考虑，决定采用钢沉井施工。
2钢沉井制作
2.1钢沉井制作方案
1)主井井壁拟采用18mm厚钢板，井内设型钢与钢管支撑，制作如图1所示。


2)钢爬梯、配重筐制作如图2，3所示。
2. 2沉井制作质量控制
1)沉井制作前在井壁位置铺设跳板及木方。
2)沉井在制作过程中要控制焊接变形，必要时采取矫正措施。
3)支撑钢管在混凝土侧壁中央焊止水环，以便设备基础混凝土拆模后管内填充膨胀混凝土。
4)钢板和型材按加工尺寸进料，进料时要加损耗。
5)板材焊接采用双面坡口连续焊缝;型材焊缝采用连续焊缝;刚性梁与钢板断焊焊接。




3钢沉井施工
3.1施工顺序
沉井定位测量→井壁内搭脚手架→井壁外铺设跳板及木方→沉井、配重筐、爬梯制作、安装→下沉(校正偏差同时进行)→封底→井内混凝土施工。
3.2施工准备
1)整平场地
将EB炉周围土方全部运走，整平场地至满足施工条件后，方可施工。
2)布设测量控制网
按设计图要求设置测量控制网和水准基点，进行定位放线，定出沉井中心轴线和基坑轮廓线。
3)确定钢沉井平面位置
钢沉井最深处标高为-12.3007m，支护桩底标高为-17.500m。
4)地下水位以上土方开挖及基坑支护采用长臂挖掘机挖至地下水位处，进行锚杆锚拉施工。待锚杆锚拉施工完成后马上进行钢沉井的安装工作。在基础底部修筑排水沟、截水沟，留置足够的工作面，沟宽300mm，深400mm，沟边距边坡底400mm，距沉井边500mm(见图4)。


3.3挖土下沉
1)为使沉井能顺利下沉，在施工前需结合沉井外形、质量、下沉深度、水文地质条件等进行分阶段下沉系数的计算，作为确定下沉施工方法和采取技术措施的依据。下沉系数按下式计算:k0=(G-B)/Tf
式中:G为井体自重;B为下沉过程中地下水的浮力;Tf为井壁总摩阻力;k0为下沉系数，宜为1.05～1.25，位于淤泥质土中的沉井取小值，位于其他土层中取大值。井壁摩阻力如表1所示。


2)抽出承垫木，分区、依次、对称、同步进行。每次抽去垫木后，刃脚下应立即用砂或砾砂填实。定位支点处的垫木应最后同时抽出。
3)挖土下沉时，应分层、均匀、对称地进行，使其能均匀竖直下沉，不得有过大倾斜。一般情况，先从刃脚踏面下挖土。使钢沉井先下沉下去再挖中间部位这样就能防止在抽水过程中出现流砂现象。如发现沉井的下沉系数较小时，应立即停止开挖，马上分析原因，找出所存在的问题(如①是否钢沉井沉降不均形成侧偏;②钢沉井刃脚是否卡在支护桩上)采取其他措施(如增加配重框、将钢沉井刃脚用水焊割掉、破桩头等)，使沉井不断下沉，中间不应有较长时间的停歇，否则容易形成流砂等险情，亦不得将锅底开挖过深。
4)土方挖完后，在进行混凝土浇筑前须将锚索上部土方清理干净，防止混凝土浇筑过程中土掉入混凝土中对混凝土强度有影响。
5)在下沉过程中，除防止沉井的不均匀下沉及突沉，还应特别强调防止沉井的扭曲变形，内挖土时应严格控制挖土厚度，先四周后中间，均匀对称进行，并根据需要留有土台，逐层切削，使沉井均匀下沉。
6)在粉、细砂层中下沉沉井，经常会遇到流砂现象，如果事先未采取措施，沉井在下沉过程中可能造成严重倾斜。在施工过程中要严密观测基坑情况，如发现水流过大、过急易引起流砂的现象发生时，需立即停止施工，立即采用降水措施。
4土方挖运
现场由6个吊土斗配合1台40t起重机交替向外运土，并用铲车把土方推到离EB炉施工现场10m外空地，确保基坑周边没有堆载。
5下沉倾斜、位移、扭转的预防及纠正
在沉井四周应设沉降观测点，应加强下沉过程中的观测，要求每班至少测量2次，并应在每次下沉后进行检查，如发现倾斜、扭曲，应随时纠正。为防止突沉，应控制均匀挖土。
6配重安装
1)配重筐安装顺序为:现将配重筐1吊装到沉井中间位置，待观察沉井不下沉时再加第2个配重筐1，然后逐渐向两侧分开配重筐，以免因偏重造成沉井倾斜，配重筐2的安装顺序与配重筐1的安装顺序相同。
配重筐安装后如果沉井无偏差，则对称增加配重块使沉井均匀下沉，如沉井下沉出现偏差，则采用不对称安装配重块的方法调整沉井偏差，配重块采用混凝土预制块。
2)刃脚与侧壁土间缝隙填注。完成第1节沉井(约2m)用中砂填注一次，随填随用20mm水管插入灌实，完成其他节后先用水管将砂冲入下层，然后填满上层，如此依次填充，直至沉井施工到底标高。
7封底
1)当沉井下沉到距离设计标高0.100m时应停止挖土和抽水，使其靠自重下沉至设计标高或接近设计标高，沉井下沉至设计标高，应进行沉降观测，在8h内下沉量≤10mm时，方可封底。排干井内积水、清除浮泥才能进行封底。
2)沉井底部采用碎石作为反滤层，总厚度为400～700mm，反滤层厚度及锅底形状可根据施工需要调整，以保证沉井稳定。
3)反滤层上浇筑素混凝土垫层(C40P8Ｒ抗渗混凝土外加早强剂)，在刃脚下应切实填严，振捣密实。垫层混凝土强度达到50%设计强度后方可在垫层上绑扎底板钢筋，浇筑底板混凝土。
4)在浇捣底板封底混凝土(C40素混凝土)开始到钢筋混凝土底板浇捣并达到30%设计强度前，应抽掉滤鼓内积水。当底板达到100%的设计强度后，方可进行封堵滤鼓。滤鼓封堵采用C40混凝土，并宜加入适量早强剂及混凝土膨胀剂，在封堵前需抽干滤鼓内积水。
5)干封底时应符合下列规定:①沉井基底土面应全部挖至设计标高;②井内积水应尽量排干;③浇筑时应防止沉井不均匀下沉，在软土层中封底宜分格对称进行;④在封底和底板混凝土未达到设计强度前，应从封底以下的集水井中不间断地抽水。
8安全环保注意事项及措施
1)下沉沉井时，应经常对原有建筑物进行沉降观测，必要时应采取相应的安全措施。
2)在沉井周围布置起重机、管路和其他重型设备时，应考虑地面的可能沉陷，并采取相应的技术措施。
3)沉井开始下沉作业过程中，应用2根或2根以上输气管不断地向沉箱作业室供给压缩空气，以保证安全和正常施工。
4)挖土应分层进行，防止锅底挖得太深，或刃脚挖土太快以防突沉伤人。再挖土时，刃脚处，支撑下不准有人操作或穿行，以免刃脚处切土过快伤人。
9结语
钢沉井的施工工艺越来越多地被应用在地质条件差、水位高的工程中，随着施工技术的不断发展，支护面积在逐步增大、操作技术越来越成熟、应用领域也越来越广泛、与钢板桩施工和混凝土沉井相比，具有工期短、造价低等诸多优点，值得推广。