沉箱施工技術

第第頁沉箱施工技術25.4.1沉箱制作1.沉箱結構制作沉箱結構制作施工工藝與沉井制作相類似，可參考沉井制作的施工方法，但是沉箱的結構底板（也稱作工作室頂板）在下沉前制作完畢是氣壓沉箱施工的一個特色，以便結構在下沉前可形成由刃腳和底板組成的下部密閉空間。因此該部分結構要求密閉性好，不得產生大量漏氣現場，同時需考慮對后續(xù)工序的影響.沉箱的結構底板有多種制作方式：（1）從結構密閉性要求來考慮，底板與刃腳部分整體澆筑是一個較理想選擇。但須考慮刃腳與底板的差異沉降問題。由于工作室內在下沉施工中下部工作室內會充滿高壓空氣，一旦在刃腳與底板結合處出現細小裂縫，也可能導致氣壓施工時該處產生較明顯漏氣現象。（2）其次，可采用底板與刃腳分開澆筑，開挖基坑，制作排架或構筑土模，但土模法施工對下一步設備安裝施工構成較大影響，需人工通過底板預留孔底板以下緩慢掏土再進行設備安裝。另外，分開澆筑時還需考慮底板與刃腳處的施工縫漏氣問題，一般可采用較成熟的鋼板止水條處理。底板施工時的另一個重要工序即是預埋件及管路的放置，管路預埋在底板上，須考慮管路密封閉氣問題。油管、輸水管的封閉較簡單，預埋時使其上端伸出底板頂面一定長度，上端設閥門封閉。在底板澆筑后即可根據施工需要接長。施工電纜一般不宜直接埋設在混凝土中，因此電纜穿底板段也需預先埋設套管，施工用電纜通過套管進入工作室內。電纜與套管間存在間隙的問題，可采用在套管兩端采用法蘭壓緊閉氣解決。2.支墩制作沉箱在剛開始下沉時，由于氣壓較小，所提供的浮托力不足以平衡沉箱本身的重量，故在可設置一定數量的混凝土支座，以承托上部荷載。支座可采用在內部澆筑支墩或在外部制作錨樁支撐。設備安裝調試待底板達到強度，下部腳手體系拆除后開始進行設備安裝。由于此時底板已澆筑，因此須將設備分件拆卸后，通過底板上的預留孔洞將設備運輸至下部工作室內，再進行組裝、安裝工作。底板以上施工包括人員塔塔身及閘門段、過渡艙；物料塔塔身及閘門段、氣閘門等也應進行安裝并調試。4.井壁制作沉箱井壁制作時的鋼筋綁扎及混凝土澆筑與沉井相同，沉箱井壁制作時腳手搭設有以下三種方法：（1）直接在底板上搭設內腳手，并隨著井壁的接高而接高。（2）在地面搭設井壁外腳手，但由于沉箱需多次制作、多次下沉。為避免沉箱下沉對周邊土體擾動較大，影響外腳手穩(wěn)定性。外腳手須在每次下沉后重新搭設。該工藝的缺點是施工時間較長。外腳手架需反復搭設，結構施工在沉箱下沉施工時無法進行。（3）采取了在外井壁上設置外挑牛腿的方式。5.工作室內氣壓控制沉箱下沉加氣應在沉箱下沉至地下水位0.5～1m左右時開始加氣。沉箱施工時，應首先保證工作室內氣壓的相對穩(wěn)定。工作室內氣壓原則上應與外界地下水位相平衡，不得過高或過低。氣壓過小可能引起工作室內出現涌水，涌土現象，氣壓過大則可能導致氣體沿周邊土體形成滲漏通道，發(fā)生氣體泄漏，嚴重時可能導致大量氣噴，產生災難性后果。在沉箱下沉過程中，隨著沉箱下沉、出土作業(yè)交叉進行，工作室內空間的不斷變化，使工作室內氣壓值一直處于波動狀態(tài)；同時施工過程中會存在少量氣體泄漏現象。因此為防止氣壓波動太大，對周邊土體造成較大擾動，在底板上設置了進排氣閥，以維持工作室內氣壓的相對穩(wěn)定。25.4.2沉箱下沉1.下沉方法沉箱按挖土下沉方式分干挖法、水力吸泥法及螺旋出土法。（1）干挖法在工作室內干挖時，存在氣壓轉換工程，在出土時需要降壓，以保證與外部大氣壓相同，在進入工作室時需要加壓，在此過程中需要物料塔的氣密門、氣閘門數次開閉，并且在每次操作該門之前需要進行氣壓平衡，施工相對繁瑣。（2）水力吸泥法沉箱的水力吸泥法與沉井的相同，采用此法時應考慮周邊環(huán)境，并將泥漿進行泥水分離。（3）螺旋出土法螺旋出土機是上海市基礎工程有限公司對傳統(tǒng)沉箱出土方式的一個創(chuàng)新，利用螺旋機連續(xù)出土并隔斷氣壓沉箱的內、外的空氣的串通，大大降低了氣密門、氣閘門開閉的次數，達到了無排氣出土的目的。螺旋出土機的組成有：螺旋機活塞筒；螺旋葉、桿；儲土艙；出泥門；螺旋機旋轉的驅動裝置；螺旋機活塞筒上下運動的驅動裝置；螺旋機軌道安裝定位的結構件。螺旋出土機的工作原理：螺旋機筒體提升至封底鋼管進土口上部,待皮帶機送土，然后用皮帶機或機械將土裝入螺旋機儲土艙的進料口，當儲土艙被皮帶機灌滿土后，操作驅動螺旋機出土旋轉，將儲土艙內的壓力土從螺旋機中相繼排出沉箱。在此過程中螺旋機中始終充滿壓力土。至初始位置，重復上述過程。2.沉箱的輔助下沉方法（1）觸變泥漿護壁下沉沉井或沉箱外圍設置泥漿套后，可顯著減小側壁摩阻力。由于沉箱下沉后期，下沉深度深，沉箱側壁摩阻力是造成沉箱下沉困難的一個重要因素，故可采取泥漿套作為沉箱助沉的手段。潤滑泥漿在沉箱沉到達底標高后，為避免觸變泥漿失水引起周邊土體的位移，應向井壁外壓注水泥漿以置換泥漿套。（2）加重沉箱加重輔助下沉法與沉井相同，此處不再贅述。（3）壓沉系統(tǒng)當沉箱下沉至一定深度時，由于氣壓的不斷增加，底板上的浮托力也逐漸增大，此時開挖刃腳土塞、加重等助沉措施的效果不明顯。壓沉系統(tǒng)是采用在外井壁設置外挑鋼牛腿，作為支撐點，在牛腿上部設置一穿心千斤頂，千斤頂上端設一錨固點，并通過抗拉探桿與下部樁基連接，解決沉箱在側壁摩阻力+刃腳反力+氣壓反力的作用下，依靠自重下沉困難的輔助措施。外挑鋼牛腿可分別在沉箱4角對稱設置，共設置8只。鋼牛腿與結構通過預埋螺栓連接。壓沉系統(tǒng)的工作原理：當啟動壓沉系統(tǒng)時，上端的穿心千斤頂油缸上頂，井壁外挑牛腿受到向下的壓力，該壓力通過牛腿傳遞到沉箱結構上，導致沉箱受壓下沉。當穿心千斤頂油缸完成一個上頂行程時（約20cm），意味著沉箱已在外加壓力作用下下降了20cm。此時千斤頂油缸回縮，將探桿上端受力螺母下旋至穿心千斤頂上口處。由于探桿是分段連接的，當沉箱下降一定深度后，可將多余桿件拆去。由于沉箱為分節(jié)制作，分次下沉，因此在每次接高后均應進行外挑鋼牛腿的拆除，重新安裝，以及探桿的接高。（4）減壓下沉當沉箱內周圍土的摩擦阻力過大而不能下沉時，可暫時撤離工作人員，降低工作室內氣壓，以強迫下沉。但減壓下沉應慎重使用，氣壓較小時可導致工作室內涌水、涌土現象，導致地面塌陷，對周邊造成的變形較大。3.沉箱糾偏措施沉箱下沉時較平穩(wěn)，不容易產生突沉傾斜等現象，因此比沉井容易糾偏。沉箱糾偏可利用支撐及壓沉系統(tǒng)。支撐及壓沉系統(tǒng)分別在沉箱四角設置，當沉箱發(fā)生偏斜需要糾偏的話，可根據測量數據，通過調節(jié)不同千斤頂壓力及行程，形成糾偏力矩，對沉箱進行及時糾偏。4.沉箱防漏氣措施（1）泥漿套沉箱外圍設置泥漿套，可填充沉箱外壁與周邊土體之間的可能空隙，阻止氣體沿此通道外瀉，尤其在沉箱入土深度不深的情況下，由于沉箱下沉姿態(tài)不斷變化，外井壁與周邊土體之間可能不斷出現地下水來不及補充的空隙。（2）水封閉為避免氣體從刃腳處泄漏，實際工作室內的氣壓可略低于地下水位。這樣可使工作室內的地下水位略高于刃腳，起到水封閉的作用，防止氣體沿刃腳外瀉。當工作室內氣壓的大小對開挖面土體干燥度有直接的影響，應考慮土體含水量過高對出土施工的影響。（3）刃腳處土塞高度在工作室內開挖土體時，應保證此處的土塞高度，使刃腳能隔絕氣體滲透通道，另外可將沉箱繼續(xù)下沉一定深度，將刃腳下土體壓實。（4）沉箱進入砂層減小氣壓在穿越滲透性較強的砂性土及雜填土層時，其氣體損失率則較高。因此沉箱在穿越砂性土等滲透性較高土層時，應特別注意維持氣壓在等于或略低于地下水位的水平，防止氣體大量泄漏。25.4.3沉箱封底沉箱下沉到位后應進行連續(xù)觀察8h，如下沉量小于10mm,,即可進行封底混凝土澆筑施工。沉箱封底分以下兩種：a.傳統(tǒng)的氣壓沉箱封底工藝是在沉箱下沉到位后將填充物混凝土或砂土等通過物料塔緩慢地運輸至下部工作室內，同時工作室內采用人工在高氣壓下將填充物均勻攤鋪，攤鋪時應先周邊后中間，對稱澆筑，保證混凝土澆筑的均勻性，該工藝由于人工在高氣壓下作業(yè)操作空間小，施工環(huán)境十分惡劣，施工效率低。b.另外一種封底方式為：當沉箱下沉到位以后采用預先在沉箱底板（即工作室頂板）制作時即按一定間距預埋導管，導管直徑與混凝土泵車尺寸相對應，在沉箱下沉過程中導管端采用閘門封堵。當沉箱下沉到位準備封底施工前在沉箱底板上采用長導管一端與底板預埋導管連接，另一端與地面泵車導管連接，打開閘門，利用泵車壓力將混凝土壓入工作室，當一處澆筑完畢后泵車移到下一導管處繼續(xù)澆筑。封底混凝土要求采用自流平混凝土，以保證混凝土在泵車壓力及自重壓力下，可以在工作室內一定范圍內自然攤鋪。封底混凝土達到強度后，再對其與底板之間的空隙處進行注漿填充。第一次封底僅封堵鍋底部分及刃腳地面以上1m左右，以方便設備拆除施工，在封底混凝土達到強度要求后，可適當降低工作室氣壓后作業(yè)人員再進入工作室內拆除設備，同時也便于作業(yè)人員將刃腳部分浮泥清洗干凈以保證第二次澆筑封底混凝土時應能與刃腳緊密結合。在主要設備拆除后，進行第二次封底混凝土的澆筑，在封底混凝土達到強度前，工作室內應維持足夠的氣壓。在封底結束后通過底板處預埋注漿管壓注水泥漿進行空隙,填充。施工中應利用多輛泵車連續(xù)澆筑并保證混凝土澆筑的連續(xù)性，為保證混凝土能夠充滿整個工作室，必須保證混凝土有較大的流動性。封底混凝土基本充滿沉箱底部工作室，此時應維持物料塔及人員塔內的氣壓不變，待封底混凝土達到設計強度后再停止供氣，在封底后進行底板預留孔的封堵。25.5質量檢驗與評定25.5.1沉井質量檢驗與評定1.沉井工程中間驗收應按以下各項進行，并填寫驗收記錄：(1)制作沉井場地的地基土質；(2)每節(jié)沉井的制作質量；(3)沉井鋼閘門的制作和安裝質量；(4)井壁預留孔洞和預埋件的設置質量；(5)用不排水法施工的沉井基底可用觸探及潛水檢查，必要時用鉆孔方法檢查。2.沉井制作尺寸和允許偏差見表25-8。3.沉井下沉結束，其偏差應符合以下規(guī)定：(1)刃腳平均標高與設計標高的偏差不得超過100mm；(2)沉井水平位移不得超過下沉總深度的1％，當下沉總深度小于10m時，其水平位移允許100mm。(3)矩形沉降刃腳底面四角(圓形沉井為相互垂直兩直徑與圓周的交點)中的任何兩角的高差，不得超過該兩角間水平距離的l％，且最大不得超過300mm。如兩角間水平距離小于10m，其刃腳底面高差允許為100mm。(4)下沉總深度是沉井下沉前刃腳底面標高與下沉結束后刃腳底面標高之差。25.5.2沉箱質量檢驗與評定1.沉箱工程中間驗收可參照沉井工程。2.沉箱制作尺寸和允許偏差見表25-9。3.沉箱下沉結束，其偏差應符合以下規(guī)定：25.6常見事故及預防沉井及沉箱下沉施工中常見問題、原因分析、預防措施及處理方法常遇問題常遇問題常遇問題傾斜1．刃腳下的土軟硬不均勻；2．沒有對稱地抽除承墊木或鑿除混凝土墊層或沒有及時回填夯實；井外四周的回填土夯實不均勻；3．沒有均勻挖土，使井內土面高差懸殊；4．刃腳下掏空過多，突然下沉，易產生傾斜；5．刃腳一側被障礙物擱住，未及時發(fā)現和處理；6．沉井排水開挖時，井內涌砂；7．井外棄土或堆物，井上附加荷重分布不均勻，造成對井壁的偏壓1．加強下沉過程中的觀測和資料分析，發(fā)現傾斜及時糾正；2．對稱、均勻地抽除承墊木或鑿除混凝土墊層，及時用砂或砂礫回填夯實；3．在刃腳高的～側加強取土，低的一側少挖或不挖土，待正位后再均勻分層取土；4．在刃腳較低的一側適當回填砂石或石塊，延緩下沉速度；5．不排水下沉，在靠近刃腳低的一側適當回填砂石；在井外射水或開挖、增加偏心壓載以及施加水平外力偏移1．大多由于傾斜引起，當發(fā)生傾斜和糾正傾斜時，井身常向傾斜一側下部產生一個較大的壓力，因而伴隨產生一定的位移，位移大小隨土質情況及向一邊傾斜的次數而定；2．測量定位發(fā)生差錯1．控制沉井或沉箱不再向偏移方向傾斜；2．有意向偏位的相反方向傾斜，當幾次傾斜糾正后，即可恢復到正確位置或有意使沉井向偏位的一方傾斜，然后沿傾斜方向下沉，直至刃腳處中心線與設計中線位置相吻合或接近時，再將傾斜糾正；3．加強測量的檢查復核工作沉井下沉過快1．遇軟弱土層，土的耐壓強度小，使下沉速度超過挖土速度；2．長期抽水或因砂的流動，使井壁與土之間摩阻力減少；3．井外土體液化1．用木垛在定位墊架處給予支承，并重新調整挖土；在刃腳下不挖或部分不挖土；2．將排水法下沉改為不排水法下沉，增加浮力；3．在沉井外壁與土壁問填粗糙材料，或將井筒外的土夯實，增加摩阻力；如外部的土液化發(fā)生虛坑時，可填碎石進行處理；4．減少每一節(jié)筒身高度，減輕自重沉井下沉極慢或停沉1．井壁與土壁間的摩阻力過大；2．沉井自重不夠，下沉系數過??；3．遇有障礙物4.下沉后期氣壓不斷增大導致底板上浮托力增大1.在井壁