沉井與沉箱的分類、構造、施工流程及優缺點比較

1. 沉井

(1) 沉井分類

a. 按平面形狀分:沉井的平面形狀有圓形、方形、矩形、橢圓形、端圓形、多邊形及多孔井字形等,如圖 25-1 所示。

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b. 按豎向剖面形狀分:沉井按豎向剖面形式分有圓柱形、階梯形及錐形等,如圖 25-2所示。

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c. 按構成材料:可分為混凝土沉井、鋼筋混凝土沉井及鋼沉箱(包括鋼板沉井及鋼殼沉井)。

(2) 構造

箱體結構基本包括:井壁、刃腳、內隔牆、井孔凹槽、底板、頂蓋等。

a. 井壁

井壁是箱體的主要受力部位,必須具備一定的強度以承受井壁周圍的水、土壓力。此外,為克服下沉時的摩阻力,井壁須有一定的重量,其厚度一般為 0.3~2 m。

b. 刃腳

刃腳的作用為切土下沉,故必須有足夠的強度,以免破損。通常稱刃腳的底面為踏面,踏面的寬度依土層的軟硬及井壁重量、厚度而定,一般為 15~30 cm,刃腳側面的傾角通常為 45°~60°。刃腳高度一般應綜合考慮沉井封底方式、便於抽取刃腳下的墊木及土方開挖等方面。溼封底時高度大些,幹封底時高度小些。其構造如圖 25-3 所示

c. 內牆、井孔

內牆為即為箱內縱橫設置的內隔牆,可提高箱體整體剛度。井壁與內牆,或者內牆和內牆間所夾的空間即為井孔。內牆間距一般不超 5~6 m,其厚度一般為 0.5~l m。

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d. 凹槽

凹槽位於刃腳內側上方,目的在於更好的將井壁與底板混凝土連接。通常凹槽高度在 1

m 左右,凹深 15~30 cm。

e. 底板

底板作用為防止地下水湧入抵抗基底地層反力,通常底板為兩層澆注的混凝土,下層為素混凝土,上層為鋼筋混凝土。

f. 底梁和框架

當不允許在大型沉井沉箱內設置內隔牆時,為保證箱體具有一定的剛度,可在底部增設底粱,或者在井壁不同深度處設置若干道由縱橫大梁構成的水平框架,以提高整體的剛度。

g. 頂蓋

頂蓋即為沉井封底後根據實際需要,井體頂端設置的板,通常為鋼筋混凝土或鋼結構。

(3) 施工流程

1. 沉井施工的基本程序如下:

⑴下沉前的準備:包括平整場地、定位、基坑開挖、搭設施工平臺等等。

⑵沉井下沉:鑿除素混凝土墊層,挖土下沉。

⑶接長井壁。

⑷沉井封底。

2. 沉井施工方法的選取,應取決於場地水文地質條件,施工場地的大小、沉井用途、沉井施工對周圍構造物的影響程度、施工設備的狀況及成本等因素。

⑴排水下沉:當沉井所穿過的土層透水性差,不會出現大量滲水現象,或者不會因為排水導致流砂及井底土體隆起失穩時,可採用排水法下沉。

⑵不排水下沉:當沉井所穿過的土層不穩定,地下湧水量大,可能產生流砂、井底土體隆起失穩時,需考慮採用不排水下沉法。

⑶中心島式下沉:為將施工引起的地表沉降對周圍建築物影響降至最小,可考慮採用中

心島式下沉工藝,它利用挖槽吸泥機沿井壁內側一面挖槽,一面向槽內補漿,沉井逐漸下沉,

沉井壁的內外兩側均處於泥漿護壁槽內。

2. 沉箱

(1) 沉箱分類

a. 按箱體構成材料:沉箱按箱體構成材料可分為混凝土沉箱、鋼殼沉箱及混合沉箱。

b. 按施工中是否有人作業:沉箱按施工中是否有人作業可分為有人工法及無人工法。

c. 除上述沉箱外,還有一種也被稱為沉箱的構築物,其外形象一隻有底無蓋的箱子,因其不用壓縮空氣,可稱無壓沉箱。它只能在水中而不能在土中下沉,故它和氣壓沉箱不同,可作為重力式擋土牆,在港口、碼頭等水流平穩的地區使用較多。

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(2) 構造

箱體結構基本包括:井壁、刃腳、內隔牆、底板、頂蓋、氣筒、氣閘(包括中央氣閘、人用變氣閘及料用變氣閘)及人孔等。

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(3) 沉箱施工

a. 沉箱施工流程

沉箱施工流程與沉井相類似,區別在於:底板製作在下沉加氣前完成;下沉至地下水位0.5~1m 左右開始加氣下沉,

b. 施工方法

沉箱的施工方法與沉井的施工方法基本相同,由於兩者原理上的差異,故也存在一些不同之處。

(a) 沉箱結構施工必須預先構築工作室頂板,以便下部形成密閉空間,滿足氣壓施工的條件後才能進行氣壓下沉。

(b) 開挖作業僅為不排水下沉挖土法

(c) 下沉出土施工中,由於氣壓沉箱挖土是在下部密閉工作室內進行,並須採用特定的排土設備,以保證將土方運至井外過程中不發生大量漏氣現象。

(d) 由於施工是靠維持作業室內的氣壓(與地下水壓相當),防止地下水的湧入,所以壓氣的壓送系統必須可靠,且應可調節。

3. 沉井與沉箱工法的優缺點比較

(1) 沉井

a. 優點相對沉箱而言,施工設備簡單;操作容易;成本低;操作時間不受限制,出土速度快,封底方便。

b. 缺點對含巨礫石的砂礫層、黏土軟岩層等地層而言,施工難度大,容易出現突沉,易出事故;施工深度不易過大,通常小於 30m;對周圍地層沉降的影響大,抗震性差。

(2) 沉箱

沉箱優點:

a. 沉箱工作室內的氣壓可平衡地下水壓力,避免沉箱下沉出土施工中坑底出現隆起和流砂、管湧現象,尤其是在施工區域有承壓水層的情況,從而有效控制周圍土層的沉降。

b. 沉箱利用氣壓平衡箱外水壓力,作業空間處於無水狀態,不需要對箱外高水頭地下

水及承壓水進行降水和降壓處理,從而避免因降水引起的周邊土體沉降。

c. 工作室內的壓縮空氣起到了氣墊作用,消除沉箱急劇下沉的情況,同時容易糾偏和控制下沉速度及防止超沉,保證了施工安全和施工質量。

d. 經過多年氣壓沉箱施工的發展,氣壓沉箱工法適用於各種地質條件,諸如軟土、黏土、砂性土和碎(卵)石類土,還有軟硬巖等地質條件,適於大深度施工;抗震性極佳。

e. 現代化的氣壓沉箱技術可以在地面上通過遠程控制系統,在無水的地下作業室內實現挖排土的無人機械自動化,排除的土體也可以作為普通土進行處理。

沉箱缺點:施工設備較複雜;操作相對複雜;操作員的操作時間受限;成本高;由於在工作室內部出土,沉箱出土效率受到一定限制,下沉到位後封底困難。


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