一种竖向泥水平衡施工方法与流程

本发明属于土木施工技术领域，涉及一种沉井施工方法，特别是一种利用沉井的竖向泥水平衡施工方法。

背景技术：

在进行地下施工，一般在施工大型桥墩的基坑，污水泵站，大型设备基础，人防掩蔽所，盾构拼装井，地下车道与车站水工基础施工围护装置时使用。利用沉井施工法具有较高的施工效率。

沉井主要由刃脚、井壁构成。井壁：沉井的外壁，是沉井的主要部分，它应有足够的强度，以便承受沉井下沉过程中及使用时作用的荷载；同时还要求有足够的重量，使沉井在自重作用下能顺利下沉。刃脚：井壁下端一般都做成刀刃状的“刃脚”，其功用是减少下沉阻力。

沉井施工法，先在地表制作成一个沉井，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。

但是，当施工的土质为松软的沙石或含水较多时，采用人工或机械挖土下沉的方法就很不方便，另外，如果采用水泵对沉井内进行排水，在深度较浅时是可以的，但当沉井达到一定深度时，不但排水不便，而且沉井周围强大的水压力也容易将沉井压坏。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种竖向泥水平衡施工方法，本方法能够使沉井适应于水环境土质，并利用水实现沉井的下沉，同时在保持沉井内外受的水压平衡，防止沉井发生失稳破坏。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现： 一种竖向泥水平衡施工方法，包括以下步骤：

第一步，预埋钢板刃脚，井筒刃脚采用钢板制作，呈尖刀型插入坑槽中，刃脚中空，里面安装高压水泵，刃脚内侧设置与高压泵联通的喷水嘴；

第二步，制作首节井筒壁，利用钢筋混凝土浇筑井筒，井筒分外衬和内衬两层，两层之间隔离出清水池和工作井隔间，井筒预埋钢筋与刃脚焊接，形成整体；

第三步，冲水下沉，将清水池中注入清水，通过高压水管接至刃脚内高压水泵，施工人员进入工作井中，通过高压冲水，稀释刃脚部位及井内淤泥，利用沉井自重下沉，完成首节井筒下沉，井内泥浆采用泥浆泵抽出，进入场外设置的泥水分离器，将泥浆和水分离，分离后的泥浆变土块后出渣，清水重新注入清水池；

同时在沉井外衬和内衬之间清水池内注入清水，保持井内和井外之间压力平衡，防止沉井发生失稳破坏。

第四步，制作第二节井筒，停止冲水，在首节井筒顶部，安装钢筋、模板，浇筑第二节井筒壁混凝土，冲水下沉……直至所有井筒下沉完毕；

第五步，浇筑水下砼，通过井筒，浇筑水下砼，将井筒底部封闭；

第六步，内壁施工，用泥浆泵抽出上部第一节井筒内泥浆，清水池内水位同时下降，拆除内衬，用钢支撑进行沉井内临时支撑，确保外壁稳固，按设计分段浇筑钢筋混凝土内壁。

作为优选，在上述的竖向泥水平衡施工方法中，在首节沉井底部安装水平螺旋钻杆，钻杆上设置有螺旋叶片，利用电动机带动螺旋钻杆转动切削淤泥。

作为优选，在上述的竖向泥水平衡施工方法中，钻杆采用钢管制作，钢管壁上设置出水孔，在电机控制钻杆转动的同时，向钻杆内打入压力水，水从水孔喷出加速泥浆形成。

作为优选，在上述的竖向泥水平衡施工方法中，利用控制刃脚处泵的冲水压力，控制井筒下沉速度。

作为优选，在上述的竖向泥水平衡施工方法中，通过调节不同侧刃脚处泵的冲水压力调节井筒的倾斜。

作为优选，在上述的竖向泥水平衡施工方法中，通过调节不同侧清水槽内的水量调节井筒的倾斜。

作为优选，在上述的竖向泥水平衡施工方法中，内外壁植筋相连。内部纵向设置预应力管。强度达到要求后，进行预应力张拉，增强井筒的抗挤压能力。在测定钢支撑不受力后，拆除内支撑。

作为优选，在上述的竖向泥水平衡施工方法中，刃脚为钢板制作的三角形刃脚，刃脚三角形底部一棱边与外层井壁底部通过铰链轴连接，另一棱边与内层井壁之间设置有控制刃脚绕铰链轴转动的液压缸。在刃脚卡住时，通过液压缸的伸缩控制刃脚活动，加速沉井下移。

与现有技术相比，本竖向泥水平衡施工方法具有以下优点：

1、本发明通过刃脚喷水及钻杆搅动，将土层变为泥浆，能够使沉井适应于水环境土质，并利用水实现沉井的下沉，同时在保持沉井内外受的水压平衡，防止沉井发生失稳破坏。。

2、本发明利用水槽不但可以实现水的循环利用，而且还可通过不同方向水槽中的水量来调节沉井不同侧的刃脚的压力，防止沉井倾斜。

附图说明

图1是本发明的井筒俯视结构示意图；

图2是图1的A—A截面向视结构示意图；

图3是图1的B—B截面向视结构示意图；

图4是本发明配合泥水分离器工作的示意图；

图5是本发明工作时的状态示意图；

图6是井筒底部封闭浇筑的状态示意图；

图7是沉井内进行临时钢支撑的示意图；

图8是拆除内支撑后的示意图；

图9是实施例二的示意图。

图中，工作井1，清水池2，内衬3，外衬4，刃脚5，喷水嘴6，钻杆7，泥浆泵8，泥水分离器9，井筒底部10，铰链轴11，液压缸12，钢支撑13，车库钢筋混凝土内壁14。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

一种竖向泥水平衡施工方法，以工地下车库施工为例，地下车库长约21m，宽约18m，开挖深度约38m。采用SMW工法沿井筒四周设立槽钢水泥搅拌土止水帷幕，深度20米，帷幕宽850mm，槽钢宽500mm。止水帷幕完成后设压顶梁，然后分层挖土至-7.5米深。在水泥搅拌土面层挂网浇筑导墙面层。

沉井施工步骤为：

（1）如图2、3所示，预埋钢板刃脚5，井筒刃脚采用钢板制作，长2m，呈尖刀型插入坑槽中。刃脚中空，里面安装高压水泵，刃脚内侧设置与高压泵联通的喷水嘴6，喷水嘴朝向可控，可在淤泥中自由转动，方便控制冲水方向。

（2）制作首节井筒壁，井筒采用钢筋砼制作，如图1所示，井筒分外衬4和内衬3两层，外衬壁厚40cm，内衬壁厚20cm，节高2m，两层之间隔离出清水池2和工作井1隔间，井筒预埋钢筋与刃脚焊接，形成整体。混凝土采用C30防水混凝土，强度达到设计要求后，拆除模板。

（3）如图5所示，冲水下沉，将清水池中注满清水，通过高压水管接至刃脚内高压水泵，施工人员进入工作井中，施工人员进入工作井中，通过高压冲水，稀释刃脚部位及井内淤泥，利用沉井自重下沉，完成首节井筒下沉。如图4所示，井内泥浆采用泥浆泵8抽出，进入场外设置的泥水分离器9，将泥浆和水分离，分离后的泥浆变土块后出渣，清水重新注入清水池，经高压水泵冲刷井底，形成泥浆循环系统；同时在沉井外衬和内衬之间保持一定量的水，可以保持井内和井外之间压力平衡，防止沉井发生失稳破坏。为防止中间部位淤泥冲刷不到，达不到预期效果，在首节沉井底部安装五根间距3m的水平螺旋钻杆7，利用电动机带动螺旋钻杆转动，其中三根须反向，以保持受力均衡，螺杆叶片旋转达到切削淤泥的效果。钻杆采用钢管制作，能起到支撑内壁的作用，钢管内设出水孔，在电机控制钻杆转动的同时，向钻杆内打入压力水，水从水孔喷出加速泥浆形成。

（4）制作第二节井筒，停止冲水，在首节井筒顶部，安装钢筋、模板，浇筑第二节井筒壁混凝土，冲水下沉……直至所有井筒下沉完毕。

（5）如图6所示，浇筑水下砼，通过工作井，浇筑水下砼，将井筒底部10封闭。

（6）抽泥浆、内支撑、施工内壁，用泥浆泵抽出上部第一节井筒内泥浆，清水池内水位同时下降，拆除内衬，如图7所示，用钢支撑13进行沉井内临时支撑，确保外壁稳固。按设计分段浇筑地下车库钢筋混凝土内壁14。

（7）沉井内外壁植筋相连。内部纵向设置预应力管。强度达到要求后，进行预应力张拉，增强井筒的抗挤压能力。如图8所示，在测定钢支撑不受力后，拆除内支撑。

（8）改造施工，最后架设通风设备、防洪设备以及消防设备，完善水电配套设施，形成使用方便、安全可靠的地下车库。

在沉井的下沉过程中，可能会出现一下问题，这时可以通过如下方法处理：

（1）井筒下沉困难 ，原因分析：

A.井壁与土间的摩阻力过大；

B.沉井自重不够，下沉系数过小；

C.遇有障碍物；

预防措施及处理方法 ：

A.继续浇灌混凝土增加重量，在井顶均匀加铁块或其他荷重；

B.加大高压水泵冲水压力；

C.调整冲水方向，射水管冲刷井周围硬质土，减少摩阻力；

D.在井壁与土间灌入触变泥浆或黄土，降低摩阻力；

E.清除障碍物。

（2）井筒下沉过快 ，原因分析：

A.遇软弱土层，土的耐压强度小，使下沉速度超过控制速度；

B.井筒外部土液化；

预防措施及处理方法：

A.降低水泵冲水压力，或者暂停冲水；

B.减少每一节筒身高度，减轻井筒重量。

（3）井筒倾斜 ，原因分析；

A.沉井刃脚下的土软硬不均，导致刃脚部位冲水不均匀；

B.一侧刃脚下冲刷过多，沉井突然下沉，易于产生倾斜；

C.刃脚一侧被障碍物搁住，未及时发现和处理；

D.井外弃土或堆物，井上附加荷重分布不均造成对井壁的偏压。

预防措施及处理方法 ：

A.加强沉井过程中的观测和资料分析，发现倾斜及时纠正；

B.在刃脚高的一侧加强冲水，低的一侧降低水压或不冲水，待正位后再进行同步冲水；

C.在沉井较高一侧顶部增加偏心压载以及施加水平外力等措施。

当然也可以通过调节不同侧清水槽内的水量调节井筒的倾斜。

（4）沉井偏移，原因分析：

A.大多由于倾斜引起的，当发生倾斜和纠正倾斜时，井身常向倾斜一侧下部产生一个较大压力，因而伴随产生一定位移，位移大小随土质情况及向一边倾斜的次数而定；

B.测量定位差错；

预防措施及处理方法

A.通过调节刃脚角度控制沉井不再向偏移方向倾斜；

B.有意使井筒向偏位的相反方向倾斜，当几次倾斜纠正后，即可恢复到正确位置或有意使沉井偏位的一方倾斜，然后沿倾斜方向下沉，直至刃脚出中心线与设计中心位置相吻合或接近时，再将倾斜纠正；

C.加强测量的检查复核工作。

（5）遇障碍物 ，原因分析 ：沉井下沉局部遇孤石、大卵石、地下沟道、管线、钢筋、树根等造成沉井搁置，悬挂。

预防措施及处理方法 ：利用高压水泵冲刷障碍物底部，使其与沉井一起下沉。

实施例二

如图9所示，与实施例一不同的是，刃脚为钢板制作的三角形刃脚，刃脚三角形底部一棱边与外层井壁底部通过铰链轴11连接，另一棱边与内层井壁之间设置有控制刃脚绕铰链轴转动的液压缸12。在刃脚卡住时，通过液压缸的伸缩控制刃脚活动，加速沉井下移。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了一些术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。