大直径预留孔沉井施工工法

大直径预留孔洞沉井施工工法

1.前言

雨水方涵的施工需要经过各主要路口，采用泥水平衡顶管方案，由于道路车流量大及道路两侧管线复杂，污水、燃气、给水管道沿沂蒙路与施工方涵交会，其中的30万吨给水管道恰好通过方涵横截面中心位置，关系到整个临沂市民的吃水用水问题。沂蒙路两侧有已形成的雨水方涵，工作空间狭小，故顶管工作井采用沉井施工。在沉井施工过程中对该沉井大直径预留孔洞的处理是我们进行沉井施工的关键问题。因此我们项目部在工程施工中大力开展科技攻关和技术革新，不断完善施工工艺，总结整理形成《大直径预留孔洞沉井施工工法》。

2.工法特点

2.1沉井施工在有限的区域里对周围建筑物、构筑物及地下管线影响较小。

2.2沉井施工在安全防护措施形成以前，保证施工作业人员深基坑施工的安全。

2.3 采用木质封堵塞解决了二次破除预留孔洞困难的问题，同时缩短了工期。

3.适用范围

本工法适用于预留孔洞直径Φ＞1500mm沉井施工。 4.工艺原理

将位于地下一定深度的建筑物或建筑物基础，先在地面以上制作，形成一个井状结构，然后在井下采用对称锯齿形挖土法不断挖土，借助井体自身重量而逐步下沉，下沉到预定设计标高后，进行封底，并根据需要构筑井内底板、

梁、内隔墙、顶板等构件，形成一个工作空间或地下建筑物。施工中应用木质模板制作与墙体等厚度且直径满足要求的封堵塞，对封堵塞进行增重抗压处理，通过在木质封堵塞上的预留孔对其内部进行灌注水泥砂浆，对其增重平衡两侧自重、防止下沉时倾斜，并使其抵抗住墙体以外的土压力。

5.施工工艺流程及操作要点 5.1 施工工艺流程（见图5.1）。

基底开挖、整平 井壁四周回填土 挖土下沉 砂、素砼垫层 砼浇筑养护 第二节钢筋绑扎 安装模板 砼浇筑养护 挖土下沉至设计高程 底板及封底砼浇筑 第一节钢筋绑扎 安装模板 木质封堵塞制作 剩余井壁、中层板、顶板施工 回填

图5.1施工工艺流程图

5.2 施工操作要点

5.2.1木质封堵塞的制作与应用

1.普通沉井在预留孔留置常见方式有三种：①一次性浇筑完毕再进行破除；②使用砖砌墙封堵；③墙体外侧钢筋混凝土浇筑内侧使用砖砌墙或模具封堵。

2.本工法采用木质封堵塞，使用1.22×2.44竹胶板及0.1×0.1方木制作与预留孔等直径、等厚度的封堵塞。封堵塞一侧偏离圆心贴近边缘留置0.3×0.4的预留口，考虑在挖土下沉时两侧墙体自重差距过大引起下沉偏移，向封堵塞灌注水泥砂浆及拆装重复利用。

5.2.2基底开挖与处理

基底开挖整平后，铺设砂垫层及素砼垫层。当地基承载力不足时，可采用垫层法，即在刃脚下设垫木垫层，垫木下再设砂垫层，逐层扩大，类似扩大基础。

5.2.3沉井制作 1）脚手架：

沉井脚手架采用Φ48钢管搭设，为便于作业，同时具有稳定的结构和足够

的承载能力，以保证施工期间不变形、不倾斜、不摇晃，沉井施工时外脚手架采用双排搭设，内脚手架满堂搭设，搭设尺寸为：立杆纵距1.0m，立杆横距1.0m，立杆的步距为1.2米。外脚手架要与井体分开，以免在井体下沉时发生危险。脚手板满铺、铺平，不得有探头板。在作业层的外侧面应设挡板、围栅；六级以上大风、大雾天气下应暂停在脚手架上作业。

地基处理：搭设脚手架的地基先进行平整夯实，并应在立杆下部放置垫木。

立杆：采用单立杆，相邻立杆的接头位置错开布置在不同的步距内，与相近大横杆的距离必须小于600mm，立杆与大横杆必须用直角扣件扣紧，不得隔步设置，不得遗漏。立杆的垂直偏差小于架高的1/300，同时严格控制脚手架绝对偏差。

横杆：大横杆分布在立杆内侧，长度选择6.0m钢管。上下横杆的接长位置错开布置在不同的立杆纵距中，与相近立杆的距离大于500mm。小横杆贴近立杆布置，长度选择1.5～2.0m钢管，搭于大横杆之下并用直角扣件扣紧，在相邻立杆之间，根据需要加设1根或2根便于铺设脚手板。

扫地杆：脚手架必须设置纵横向扫地杆，纵向扫地杆应采用直角扣件固定在距底座不大于200mm的立杆上，横向扫地杆亦应采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。

剪刀撑：剪刀撑与脚手架同步搭设，设置在脚手架外侧立面，沿架高连续布置，斜杆与地面夹角为45度至60度，剪刀撑的斜杆除两端用旋转扣件与脚手架的立杆或大横杆扣紧外，在其中间增加2~4个扣结点。所有剪刀撑搭接长度不得小于1m，并最少采用3组扣件固定。

2）钢筋：

钢筋在现场加工成型，钢筋绑扎要牢固、稳定，绑扎时要严格控制钢筋间距，钢筋搭接长度等。受力钢筋的连接应优先采用机械连接或焊接；轴心受拉及小偏心受拉杆件的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接接头；当受拉钢筋的直径d>28mm及受压钢筋直径d>32mm时，不宜采用绑扎搭接接头。纵向受力钢筋的

接头位置应相互错开。在钢筋绑扎过程中，预留孔洞使用木质封堵塞，在模板安装之前对木质封堵塞进行加固安装，池壁钢筋应尽量绕过并相应加长。必须截断的钢筋其端部应留有10d以便与钢制管件或加固钢筋焊接。

安装钢筋时，其位置和混凝土保护层的厚度应符合技术要求。为保证钢筋保护层厚度，应在钢筋与模板之间，用不低于混凝土设计强度的水泥砂浆垫块支垫，垫块应相互错开，分散布置。

钢筋保护层厚度应符合下列规定：

与污水接触或受水气影响的墙、板、壳为35mm；框架梁、柱为40mm； 与水、土接触或高湿度的墙、板、壳为35mm；框架梁、柱为40mm； 有垫层时，承台、底板下层为40mm，若无垫层时则为70mm。

3）模板：

模板采用1.22×2.44m竹胶板，Φ48钢管加固，Φ16对拉螺栓固定，对拉螺栓横向间距60cm，纵向间距60cm。贯穿墙体的管件及施工螺栓均应安装止水片。固定模板用对拉螺栓可采用工具式螺栓，对拉螺栓必须居中加焊3mm

厚60×60mm方形止水片，止水片应与螺杆满焊，拆模后截断拉杆，结构物表面用聚合物水泥砂浆封堵。

安装模板时，先将基底清理干净，用水泥砂浆找平。模板合模前应检查井体中钢筋预埋件是否遗漏，位置是否准确，安装是否牢固，并清除模板内的杂物。模板安装完毕后，应将每道井体的模板上口找直，并检查扣件、螺栓是否紧固，拼缝是否严密，壁厚是否合适，固定是否牢固。经检查合格并报监理检查后，方可浇筑混凝土。

模板施工严格控制偏差尺寸，模板施工的检验标准如表-1。 表-1 项 目 轴线位置 底模上表面标高 基 础 柱、墙、梁 不大于5m 大于5m 寸 允许偏差（mm） 5 ±5 ±10 +4，-5 6 8 2 5 3 3 3 检验方法 钢尺检查 水准仪或拉线、钢尺检查 钢尺检查 钢尺检查 经纬仪或吊线、钢尺检查 经纬仪或吊线、钢尺检查 钢尺检查 2m靠尺和塞尺检查 钢尺检查 钢尺检查 钢尺检查 截面内部尺 层高垂直度

相邻两板表面高低差 表面平整度 预埋钢板中心线 预埋管中心线 预留孔中心线 沉井池壁模板应在混凝土强度达到50%以上、刃脚斜面模板应在混凝土强度达到设计强度70%以上时方可拆除。

4）混凝土施工：

在混凝土浇筑前应对模板、钢筋、预埋件及预留孔的位置和尺寸等进行仔细检查和核对，确保准确无误，经监理验收合格后方可浇筑混凝土。每次浇筑混凝土均需一次完成，混凝土的浇筑应分层连续浇筑，中途不得停顿。

沉井混凝土的浇筑、捣固、养护均按有关规范施工，确保沉井内实外光，质量优良。混凝土采用泵车输送，人工振捣。为防止混凝土的分层离析，混凝土浇筑自由倾落高度超过2m时，应采用串筒、滑槽等下料。

混凝土施工缝加设止水钢板。混凝土二次浇筑前，应将施工缝处的混凝土表面凿毛，清除杂物，用水冲洗干净，保持湿润，再铺一层20～25mm厚的1:1水泥浆。

5.3沉井下沉

沉井采用挖土排水下沉。在基坑内部靠近井壁2米处设置积水坑，使用直径1.5m钢管套筒，防止淤泥积满。套筒竖直，并上口水平，随挖土及水位的降低而下沉。

第一节沉井下沉前，将沉井四周回填土并夯实，以防止井体倾斜、偏移。沉井刃脚混凝土强度达到100%、其余部分达到70%以上时，方可下沉。在沉井下沉开始的5m以内，要特别注意保持平面位置与垂直度的准确。

使用木质封堵塞进行封堵，封堵塞内部灌注拌合水泥砂浆，水泥砂比例为1：3，安装封堵塞完毕使用在墙体预留钢筋焊接3-5根斜拉钢筋对封堵塞进行防脱落及位移固定。

沉井位置标高的控制，是在沉井外部地面及井壁顶部四面设置纵横十字中心控制线、水准基点，以控制位置和标高。在井壁顶部标出轴线，吊线坠来观测沉井偏位及垂直度。当轴线偏位超过50mm或四面标高不一致时，应及时进行纠偏。下沉标高用水准仪观测；沉井下沉中应加强位置、垂直度和沉降值的观测，每班至少两次，接近设计标高时应加强观测，每2h一次，并作好下沉记录，对于土质较差土层，为防止突沉现象，可预先在刃角内外1m范围进行压密注浆土体加固，增加地基承载力，防止发生突沉现象。如有倾斜、位移和扭转，应及时进行纠偏，使偏差控制在允许范围之内。

当沉井下沉至设计标高时，应加强观测，在8h内累计下沉量不大于10mm时，即可进行沉井封底施工。封底混凝土浇筑前先回填60cm砂石混合料。

5.3.1 防止突沉的措施

防止突沉措施，为防止沉井穿越地质较差土层而产生突沉现象，下沉时必须注意下沉挖土，挖土速度不能太快，并保证刃脚以上有一定的深度在土层中。挖土要对称锯齿形开挖，挖土位置之间间距60cm，两侧对称开挖，防止突沉及偏差位移。严禁挖锅底和超挖致使刃脚悬空现象，时刻监控沉井下沉状态，一经发现下沉速度变快，立即停止挖土，并向沉井内部填一定数量的粘土或给沉井内部灌水，当沉井稳定以后逐渐抽水，并监控沉井下沉状态。采用排水挖土，并保证沉井内部积水积水不超过坑底平均土层高程20cm。当沉井井体自重不足于克服井外壁摩阻力而导致下沉困难时，可采用在井体上加载助沉。

5.3.2 沉井下沉中的纠偏措施

在沉井下沉过程中，有时会出现倾斜、位移及扭转等情况，应加强观测,及时发现并采取措施纠正。 1、可能产生倾斜的原因：

①刃脚下土质软硬不均;

②拆刃脚垫架时，抽出承垫木未对称同步进行，或未及时回填;

③挖土不均，使井内土面高低悬殊; ④刃脚下掏空过多，使沉井不均匀突然下沉; ⑤排水下沉，井内一侧出现流砂现象; ⑥刃脚局部被大石块或埋设物搁住;

⑦井外弃土或施工荷载对沉井一侧产生偏压。 2、纠偏措施：

①加强沉井过程观测和资料分析,发现倾斜及时纠正。 如沉井已经倾斜，可采取在刃脚较高一侧加强挖土并可在较低的一侧适当回填砂石，或局部偏心压载，都可使偏斜得到纠正。待其正位后，再均匀分层取土下沉。

②从倾斜高起的一端,也就是从土质硬的一端挖土,同时向土质软的一端递减挖土深度逐渐开挖,使沉井两端基本保持在同一水平面上,这样沉井就由倾斜逐渐摆平。

③位移纠正措施一般是有意使沉井向位移相反方向倾斜，再沿倾斜方向下沉，至刃脚中心与设计中心位置吻合时, 再纠正倾斜，纠正倾斜重力作用产生的位移，可有意向位移的一方倾斜后，使其向位移相反方向产生位移纠正。

5.3.3沉井封底与顶板施工

沉井下沉至设计标高，再经2～3d下沉稳定，或经观测在8h内累计下沉量不大于10mm，即可进行封底。封底采用C20水下混凝土，厚度为1.6m。

沉井封底采用干封底。将井内水排干后填碎石作成滤水盲沟，对井底进行修整使之成锅底形，由刃脚向中心挖放射形排水沟，在中部设集水井与盲沟连通，使井底地下水汇集于集水井中用潜水泵排出，保持水位低于基底面0.5m以下。浇筑封底混凝土前先将刃脚处新旧混凝土接触面冲洗干净并凿毛，浇筑时注意将刃脚下填满，振捣密实，不得有空洞，以保证沉井的稳定。 待封底混凝土强度达到设计强度的70%以上时进行底板钢筋绑扎，钢筋两端伸入刃脚凹槽内，浇筑底板混凝土。 5.3.4沉井以上的壁板、顶板施工

沉井的井壁、顶板等结构按之前的施工方法进行施工。沉井施工严格按照

质量验收标准施工，沉井质量验收标准见附表2。

表-2

允许偏差或允许值 项目 序号 检查项目 单位 1 混凝土强度 封底前，沉井(箱)的下沉稳定 刃脚平均标高(与设计标高比) 封底结束后的位置 刃脚平面中心线位移 数值 查试件记录或抽样送检 水准仪 水准仪 经纬仪，H为下沉总深度，H<10m时，控制100mm之内 水准仪，L为两角的距离，但不超过300mm，L<10m时，控制在100mm之内 查出厂质保书或抽样送检 直观 用钢尺量，最大控制在100mm之内 用钢尺量，最大控制在50mm之内 用钢尺量 用钢尺量 水准仪，但最大不超过1m 经纬仪，H为下沉深度。最大应控制在300mm之内，此数值不包括高差引走的中线位移 坍落度测定器 检查方法 满足设计要求(下沉前必须达到70%设计强度) mm／8h mm mm <10 <100 <1%H 主 控 项 目 2 3 四角中任何两角的底面高差 mm <1%L 1 钢材、对接钢筋、水泥、骨料等原材料检查 结构体外观 长与宽 符合设计要求 无裂缝，无蜂窝、空洞，不露筋 % % % mm % ±0. 5 ±0. 5 2 一 般 3 平面尺寸 曲线部分半径 两对角线差 预埋件 高差 1.0 20 1.5～2.0 项 目 4 下沉过程中的偏差 平面轴线 <1.5%H 5 封底混凝土坍落度 cm 18～22 注：主控项目3的三项偏差可同时存在，下沉总深度，系指下沉前后刃脚之高差。

5.3.5回填

井壁混凝土强度达到设计强度的75%，顶板混凝土强度达到设计强度的100%后，进行沉井四周的回填施工。回填应均匀、对称进行，防止不均匀受力而使结构产生破坏或位移。填料应分层填筑、夯实。

5.4后续施工

回填结束后从沉井内侧拆除单面封堵塞，待水泥砂浆清出将封堵塞全部吊出，使用泥水平衡顶管机进行顶管。

6.劳动力组织

单位：人 表-3 工种、级别 工程管理 施工员 安全员 材料员 质检员 电焊工 起重工 测量工 土建工 民 工 合 计 按工程施工阶段投入劳动力情况 施工准备 1 1 1 1 1 1 1 5 12 基坑施工 1 1 1 1 1 1 6 8 20 封堵塞制作 1 1 1 1 2 1 4 11 沉井制作 1 2 1 1 1 1 2 1 2 180 192 沉井下沉 1 1 1 1 1 8 120 133

7.材料与设备

表-4

8.质量控制

（1）做好地质勘察及资料整理工作，摸清沉井工程范围内的地质、水文情况，尤其是透水砂层的分布范围。认真编制好施工方案和通过不同土层的技术措施及纠偏措施。组织好设计和施工技术交底，确保沉井的顺利下沉。

（2）严格执行专检、自检、互检、工序交接、质量评定制度,分部分项质量等级要求达到合格。

（3）认真做好钢筋、水泥、砂子、石子等原料检验，保证均满足施工配合比要求。

（4）沉井下沉施工前,应做好对邻近建构筑物安全使用的保护措施,并根据地质资料和建构筑物安全使用要求采取必要的地基加固。

（5）下沉监控测量控制，下沉时标高、轴线位移每2小时测量一次，每次下沉稳定后进行高差和中心位移量的计算，终沉时，每小时测量一次，沉井封底前自沉速率应小于8mm/8小时，及时分析纠正下沉过程中出现的倾斜偏

设备名称及型号 反铲长臂挖掘机小松220 汽车吊75T 泥水平衡顶管机 主顶液压动力站 主顶双冲程等推力油缸 柴油发电机组300KW 平板式振动器ZB15 6寸抽水泵22KW 交流电焊机ZX400 电子经纬仪（苏仪） 拓普康全站仪211D 水准仪DS3D LG953装载机 制造年份 2008年 2010年 2013年 2013年 2013年 2007年 2011年 2015年 2015年 2015年 2011年 2014年 2009年 数量 1台 1台 1台 1台 4台 1台 2台 4台 2台 1台 1台 1台 1台

位，保证沉井标高及轴线位置满足设计要求。

9.安全措施

（1）严格执行有关安全生产制度和安全技术操作规程。认真进行安全技术教育和安全技术交底，对安全关键部位进行经常性的安全检查，及时排除不安全因素，确保安全施工。

（2）严格遵循支护衬砌和土方开挖程序，控制均匀挖土，防止发生偏位、严重倾斜或管涌等现象，做好作业前和施工中的通风换气工作，以免导致人身事故。做好基坑排水，避免水淹事故。

（3）脚手架上部设安全平台,周围设护栏。井内上下层立体交叉作业处设安全网、安全挡板，井下作业人员必须佩戴安全帽。

（4）吊车、起重设备由专人操作和专人指挥，统一信号，防止发生碰撞。机械靠近工作井边坡行驶时，加强对地基稳定性检查，防止发生机械倾翻或边坡坍塌事故。

（5）加强机械设备维护、检查、保养。机电设备由专人操作，认真遵守用电安全操作规程，防止超负荷作业。如需井内照明时，应采用36V低压电。

（6）同时严格规范用电及消防安全。

（7）开挖前详细了解沿线管线资料，做好沿线管线保护措施，特别是高压电缆、光缆等的保护工作。

10.环保措施

10.1成立以项目部经理为首的环境保护领导小组，对施工现场进行全面管理。

10.2材料堆放划分区域，对钢材、水泥、袋装石灰等材料应搭棚存放，并堆放整齐，标识清楚，指定专人负责看管。对不同的材料依据性能采取必要的防雨、防潮、防晒、防火、防爆等措施。

10.3施工机械、车辆统一停放，便于夜间看护，机械设备保持清洁。 10.4对施工便道要通畅、平坦，不积水、不起泥、不扬尘，定期洒水。 10.5现场不得有大方量堆积土，车辆离开现场不得夹带泥沙，城区内要低

速慢行，时速不超过20km/h，防止沿途抛洒污染环境。

10.6控制施工现场污水、废气等对环境的污染和危害。

10.7发电机要采取控制噪声措施，防止对周围群众生活造成影响。 11.资源节约

大孔径沉井施工木质封堵塞的使用可以节省成本，因南昌路顶管工程工期紧，节约了时间。

12.效益分析 12.1 直接效益分析

混凝土及浇筑费用需4900元。 风镐破除费用需3200元 砖砌封堵原材及人工费7380元 成本=4900+3200+7380=15480元 木质封堵塞原材及制作费7000 节约成本15480-7000=8480元。

通过施工以上我们可以看到费用比混凝土浇筑完毕破除后砖砌封堵方案节省了8480元，降低了工程成本。

12.2 间接效益分析

大孔径预留孔洞使用木质封堵塞封堵，可以在沉井制作之前同步进行，不影响沉井施工的整体工期，节省了浇筑完毕后破除混凝土及砖砌封堵的时间，（如表-5所示）

表-5

方案 混凝土浇筑后破除砖砌封堵 木质封堵塞封堵 影响整体工期天数 5天 0天

通过比较可知，木质封堵塞封堵预留孔缩短工期5天，每天管理费、机械租赁费共计4260元，节省4260×5＝21300元。