1、 沉井下沉及清基施工作业指导书1 范围适用于铁路桥涵工程的沉井下沉及清基施工2 施工准备2.1 材料及机具：排水水泵、开挖设备（见明挖基础施工的材料及机具）下沉的辅助设备、检测设备（经纬仪、水准仪、塔尺等）2.2 作业条件2.2.1 沉井强度已达到设计请度后，方可下沉。2.2.2 根据土质及水文地质情况，选择适当的下沉除土方法。3 操作工艺3.1 工艺流程抽出枕木3.2 工艺流程的描述：3.2.1 抽出垫木：撤除沉井垫木必须在沉井混凝土已达到设计强度后进行，撤除应按以下顺序：3.2.1.1 分组、编号、对称的撤除。3.2.1.2 首先撤除内壁下部的垫木。3.2.1.3 其次对矩形沉井，应先撤除2、短边下的垫木，再撤除长边下的垫木。3.2.1.4 最后撤除定位承垫。3.2.1.5 撤除定位承垫以外的垫木时，应先撤除定位承垫较远的，后撤近的。3.2.2 沉井下沉除土方法选择：3.2.2.1 沉井下沉主要是通过从井孔内除土，消除刃脚正面阻力及沉井壁摩阻力后，依先靠沉井自重下沉。3.2.2.2 井内除土方式有：炮震、压重、降低井内水位以及采用泥浆润滑套或空气幕等。3.2.2.3 在稳定的土层中且渗水量不大（每m2沉井面积渗水量小于1.0m3/h，可采用排水开挖下沉）。3.2.2.4 对于不排水开挖的沉井，其下沉除土方法可根据土质情况如下表：一般采取抓泥、吸泥、射水交替或联合作业。必要时可辅以其3、他辅助措施。3.2.3 沉井下沉除土方法选择3.2.3.1 排水开挖下沉。3.2.3.1.1 排水最好用电动离心式水泵，如用内燃水泵，应将排烟管引出沉井以外。3.2.3.1.2 井深不大于水泵有效吸程时，可将水泵安放在井孔内用钢丝绳悬挂在活动平台上，使其能随抽水深度在井孔内升降。对于设有凹槽的沉井，亦可利用凹槽辅设水泵临时平台。平台通常设在井孔内的一侧或两侧，以保留足够位置供吊罐或抓泥斗上下及安设升降梯。多孔沉井可用与部分井孔专下沉除土方法的选择土质下沉除土方法说明砂土抓泥、吸泥若抓泥宜用两瓣式抓斗卵石吸泥、抓泥以直径大于卵石粒径的吸泥机吸泥为好；若抓泥宜用两瓣式抓斗粘性土吸泥、抓泥一般需辅以4、高压射水冲碎土层风化岩射水、放炮碎块可用抓斗或吸泥机取用设平台，其余井孔则作除土之用。3.2.3.1.3 从地面或筑岛上开始挖土下沉时，应先将刃脚内侧的回填土层挖去，开挖顺序原则上与抽垫顺序相同，定位承垫处的土应最后挖除。一层全部挖完后，再开始挖第二层。3.2.3.1.4 在筑岛土层内下沉时，刃脚尚未到达原河床面以前，须接筑沉井时，应视情况先在刃脚下适当回填，防止沉井而产生偏斜。3.2.3.1.5 各种土质开挖方法a土质松软时，在分层挖除回填土的过程中，沉井即逐渐下沉，当刃脚下沉至与原地面大致齐平时，即可在沉井中部先向下挖深约4050cm，并逐渐向四周均匀扩挖，到距刃脚约1.0m处（此距离可视5、土的松软程度而定），再分层挖除刃脚内侧的原地面上。b 土质比较坚实时，如刃脚内侧土壤挖平后仍下沉很少或不下沉，可从沉井中部再向下挖深约4050cm，并继续向四周均匀扩挖，使沉井平稳下沉。c 在坚硬土层中，可比照抽垫的顺序，分段掏空刃脚，每段掏空后随即回填砂砾，待最后几段（即定位承垫处）掏空并回填后，再分层分次逐步挖去回填料，使沉井下沉。d 最后下至岩层时，风化或软质岩层时，风化或软质岩层可用风镐或风铲挖除，较硬的岩层可以打眼爆破。岩层一般那设计要求开挖不须很深，中间部分如石质不好，可最后挖除，如石质良好可不挖除。3.2.3.1.6 沉井开挖下沉的出土运输，如为旱地下沉时，可在井顶搭设平台及吊架6、将井内弃土吊出，以简易机具运往堆弃处所。如在河中用排水开挖法下沉时，通常以活底吊罐或活门吊斗将土堤升卸在宽轨平车上，推至井边卸倒，或利用挂钩将吊罐拉出井外，或利用吊机直接吊运卸除。3.2.3.2 抓土下沉：3.2.3.2.1 抓土斗的选择，选用抓土斗的尺寸，必须满足能在井孔内自由升降和开合。抓土斗的容量和重量关系应视土质而定。同样容量的抓斗，用于愈紧密的土质应选择起重量愈大的。斗中央开合用的平衡锤必须有足够的重量，使开合灵活。不带掘齿的双瓣使抓土斗用于松散沙土；紧密的土中应使用带掘齿的；四瓣式抓土斗使用于挖掘卵石。3.2.3.2.2 抓土操作：a 抓土斗以吊机或双筒卷扬机操作，用卷扬机时，应在7、井顶装设临时抓土吊架，用木杆绑扎搭设或用常备式拼装杆件拼成。为倒换孔为方便，抓土吊架可用墩旁吊机整体吊装倒换。b 单孔沉井，由于抓土斗挖掘井底中央部分的土而形成锅底。在沙或砾石类土壤中，一般当锅底比刃脚低11.5m时，沉井即可靠自重下沉，并将刃脚下土壤挤向中央锅底。从井孔中继续抓土，沉井即可继续下沉。在粘性土中，四周的土不易向锅底坍落，应辅以高压射水松土。c 对于多井孔的沉井，最好每个井孔配置一套抓土设备，可同时均匀抓土，减少抓土斗倒孔时间，否则应逐孔轮流抓土，使沉井均匀下沉。d 为使抓土斗能在井孔内靠边的位置偏抓土，可在沉井顺井孔周围预埋几根钢筋挂钩，偏抓时先将抓斗落至井底，将抓土斗张开用的8、钢丝绳挂在井孔周边的挂钩上，然后将抓斗提升至一定高度后突然松下，再将钩子上的钢丝绳取下，收紧闭口用的钢丝绳，即可达到偏抓的目的。e 抓土斗向井外弃土可使用装设在架顶的挂钩甩出。抓土斗吊架在甩土的水平力作用下，必须足够坚固和稳定。另一种弃土的方法是在井顶铺设宽轨距的轨道，以能使抓土斗顺利升降出入道心为度。抓土斗吊起后，由平车将斗内卸土运至井边倒出。平车可作成翻板式的以利倾卸。f 为使土弃至井外一定距离，可在井顶设一伸出的木滑槽，滑槽顶面可钉一层薄铁皮护面。3.2.3.3 吸泥下沉3.2.3.3.1 吸泥机除土，适用于砂、砂夹卵石、粘砂土等类土层，在粘土、胶结层及风化岩层中，当用高压射水冲碎土层后9、，亦可用吸泥机吸出碎块。3.2.3.3.2 吸泥机有水力吸泥机、水力吸石筒及空气吸泥机。水力吸泥机不受水深的限制，施工费用较省。空气吸泥机则受水深条件下的限制，在浅水中效率很低，故一般应配置向井内补水的设施。3.2.3.3.3 沉井内使用吸泥机除土时，通常用吊机或吊架等维持其在悬吊状态，管身垂直，并能在井内移动，吸泥时，吸泥管口离底面的高度可以上下调整，以能保持其最佳效果。一般情况下为0.150.5m左右。3.2.3.3.4 水力吸泥机a 水力吸泥机包括吸泥器、吸泥管、扬泥管和高压水管。b 吸泥机内部高压水喷嘴处的有效水压对于扬泥所需的水压比值，平均约需7.5。c 各种土成为泥浆吸入时的适宜稠10、度，可参下表的经验数值。吸入泥浆和高压水混合以后的稀释泥浆在管路内的适当流速应不超过23m/s。使用吸泥机除土时各种土的适宜的泥浆稠度土的名称天然状态土容重KN/m3土粒比重泥浆中水量相当于土体积的倍数按体积计的泥浆稠度Cv按重量计的泥浆稠度Cv泥浆的比重松散细砂12.52.64610.77.423.817.21.171.12松散中砂13.52.6678.06.918.416.21.131.11密实细砂14.52.6787.46.517.215.31.121.10密实中砂15.52.6897.06.316.214.71.111.10紧密粗砂16.52.610126.05.014.212.11.11、101.08松软粘土和砂粘土17.02.24816.18.830.017.51.191.11中等密实的粘土和砂粘土17.52.38108.77.118.015.01.101.09密实粘土和砂粘土18.02.44.5814.38.628.618.31.201.12坚硬粘土19.02.68128.35.719.213.71.141.09坚隔岩（含砾石的土）15.02.715183.63.09.17.7中等密实的砾石17.02.718203.43.08.67.8密实的大块密石19.02.720253.42.78.67.0胶结的砾石22.02.725303.22.68.07.0黑钙土12.01.83612、18.310.128.616.71.151.08紧紧的植物质土16.02.03621.111.834.821.01.211.12软石24.02.630403.02.27.45.6d 水力吸泥机的使用虽不受水深的限制，但其出土效率可随水压、水量的增加而提高。必要时应向井内水位。e 在淤泥、流沙土层中吸泥时，应保持井内水位高出井外12m，以免翻砂。3.2.3.3.5 水力吸石筒a 水力吸石筒，适用于粒径小于300mm的卵石地层，使用时可不受水深限制，但需用吊机配合工作。b 高压水通入封闭的锥形水箱内，由吸石管周围的圆环缝向管内喷入圆锥状的水柱，因流速差造成真空，吸起下面的水，砂石亦随水上升，碰到挡13、石网后，向四周落入贮石筒中。其吸石效果和高压水流速及流量成正比。c 直径300mm的吸石筒需要出水量不小于126m3/h的2台6级高压水泵供水。喷水口的环缝宽度为1mm，应加工使均匀光滑准确。挡石网须刚强，并牢实的固定于射水管和筒的顶盖上。d 吸石时应注意听察卵石碰撞挡石网的声音，如无声音，可将吸石筒上下提放和左右摆动。如看到吊挂吸石筒的钢丝绳产生颤动时，表示吸石已满，可即提出井外，吊起外壳，使石向四周卸除后，再将空筒放回井底继续吸石。3.2.3.3.6 空气吸泥机空气吸泥的主要设备包括空气吸泥器、吸泥管、排泥管和风管及其配件等。1） 压缩空气进入吸泥器混合室的水孔与管壁的交角不宜大于45，小14、孔总面积一般采用进气管净截面的1.5倍。2） 吸泥器的底部应设置12个活门，以便清除内堵积的泥沙。3） 排泥管在井内垂直部分采用钢管以法兰盘连接，井外水平部分可用胶管（直径250mm以下）或钢管，用弯头与垂直导管相连，将泥沙排至井外。4） 导管亦可用水下混凝土灌注导管，亦可两种导管混用，但应注意两种导管连接处的法兰盘必须配合。5） 弯头直径不宜过小，减少堵塞。在弯头顶部可开一个可拆式的天窗，以便清除管内堵塞物。弯头系用钢板弯制焊接而成。6） 风管在井内垂直部分一般多用钢管（亦可用胶管），用风管卡箍与导管固连，井外部分用胶管与压缩空气管路相连。7） 当沉井接筑至一定高度后，如吸泥机装置的长度已超15、过吊装设备的有效起吊高度，如再接长导管或拆除吸泥机时，可用导管卡箍将吸泥机装置临时卡托于井孔顶枕木上，以便进行接长或拆除工作。8） 当吸泥深度大，从井底吸泥一次排出井外效力不足时，可用接力式吸泥机，使用后应注意几台吸泥器的风管宜同时开风。3.2.3.3.7 空气吸泥机的风源自空气压缩机站。空气压缩机将压缩空气送入贮风筒，再经送风管路送至墩位处供用。需要空气压缩机的生产能力应根据吸泥机大小数量而顶。如下：空气吸泥机所需空气压缩机能力空气吸泥机型号（mm）100150250300350需要空气压缩机供应用力（m3/min）69202323台203.2.3.3.8 吸泥机操作要点：a：吸泥机操作要点16、，使用空气吸泥机，水愈深效果愈好。吸泥器在水肿的最小深度与地层情况、空气量及空气压力有关，一般在水中的深度不宜小于5m。b风量大，一般吸泥效果好，大拿过多的空气量将使每单位空气用量的有效除土量降低。在同等风量情形下，用一台供风量大的空气压缩机比用风量小的供风吸泥效果好。c吸泥管口一般离地面1550cm，过低易于堵塞，过高则吸泥效果差，应通过升降吸泥机，并经常摇荡管身和移动位置，以期达到最佳效果。d如管内为石块堵塞时，可开启弯管顶部活门清除，用一根长约1m的钢轨吊入串击疏通，疏通后移动管位再吸。e使用空气吸泥机，排水量很大，为保持井内外水位置平衡，防止翻沙，应设置响应的水泵或虹吸向井内补水以维持17、井内适宜水位。3.2.4 沉井基底清基及封底：当沉井刃脚下沉至设计标高后应对基底进行清基、封底。3.2.4.1.1 对于排水开挖下沉的沉井，基底可在井内派水的情况下进行清基。3.2.4.1.2 当刃脚下至岩面，且岩面较平整，刃脚与岩面间局部空隙不大（20cm以下），可用水泥沙浆封堵刃脚后排水清基。3.2.4.1.3 先由潜水员将刃脚与岩面空隙部分泥沙软层清除干净，再在刃脚内侧堆码沙袋一圈，作为封堵砂浆的内模。3.2.4.1.4 清基时，应将风化岩层全部凿除，沉井封底底面进入新鲜岩层的深度应满足设计要求。3.2.4.2 非岩石类土壤基底水清理3.2.4.2.1 基底设置在非岩石类土壤上的沉井，其18、井孔内、刃脚及隔墙下的土层均匀进行清理，以形成封底锅底坑。3.2.4.2.2 清基时可采用射水、吸泥或抓泥，刃脚及隔墙下土层不能自行坍塌成设计要求的锅底坑时，可用高压射水将其土层冲碎，并赶向井孔中部以便清除。3.2.4.2.3 射水可采用水平射水嘴定点射水，水压、射击水时间及转动角度视每点土壤坚实程度而定。当隔墙较厚，隔墙下土层难于取出时，可采用弯头吸泥机清除。3.2.4.2.4 清基时，应注意控制井底面高度并不要过分扰动刃脚以下土层，以免引起翻沙。3.2.4.2.5 锅底坑尺寸经潜水检查满足要求后，基底范围内的浮泥及松土应尽可能清除干净。封底混凝土高度风的井壁及隔墙底面的粘泥应尽可能洗净，以19、保封底质量。3.2.4.3 井底范围内风化岩的清除，可采用高压射水、风动凿岩工具以及小型爆破等办法破碎后用吸泥机清除。3.2.4.3.1 沉井刃脚应尽量嵌入风化岩清除风化岩前，应使沉井尽量下沉，刃脚全面嵌入风化岩，以免在清风化岩时翻沙及沉井突然下沉而引起偏斜。3.2.4.3.2 井孔范围内风化岩的清除可用钻机冲钻，或用高压射水垂直冲射，破碎后用吸泥机吸出，一直钻（冲）至设计要求的新鲜岩面为止。3.2.4.3.3 井底边沿或隔墙下风化岩的清除用各种水平长度的带固定弯头或旋转弯头的射水嘴放入井孔内反复旋转冲射，逐层剥离风化岩，并用吸泥机吸出破碎岩块。3.2.4.3.4 用吸泥机将淤泥吸净后，随即放20、置伞形沉淀盘，待水中悬浮的泥沙沉淀后提至井外排除。3.2.4.4 沉井封底3.2.4.4.1 在灌注封底混凝土时，沉井接触面和隔墙底部必须与基岩紧密结合、具有整体性（即没有水平及纵向夹层夹缝）。3.2.4.4.2 排水封底：基底岩面平整，刃脚周围经粘土或水泥沙浆封堵后，井内无渗水时，可在基底无水的情况下灌注封底混凝土。3.2.4.4.3 对于无法抽干井内积水的沉井，必须采取水下混凝土封底。一般多采用垂直导管灌注。3.2.4.4.4 垂直导管法灌注水下混凝土，即在各井孔内垂直放入内径为200300mm的钢制导管，管底距基底面3040cm，在导管顶部接一有一定容量的漏斗，在漏斗颈部安装球塞，并用绳21、索系牢。漏斗内满盛陷度较大的混凝土，当用砍球法灌注时割断绳索，同时迅速不断的向漏斗灌入混凝土，此时导管内之球塞、空气和水均受混凝土重力挤压由管底排出，瞬间，混凝土在管底周围堆筑成一圆锥体，将导管下端埋入混凝土堆内至少1m以上，使水不能流入管内，将以后再灌注的混凝土在无水的导管内源源不断的灌入混凝土堆内，随灌随向周围挤动、摊开及升高。3.2.5 井孔填充和灌注盖板3.2.5.1 填充井孔前，应先将井内水抽干，并清理封底混凝土表面的浮浆后，按设计要求进行填充。3.2.5.2 井孔设计不需要作填充沉井，需设置钢筋混凝土盖板或模板。盖板可在场地预制作后安装于井孔顶。4 质量标准4.1 沉井应分节下沉，22、第一节沉井的最小高度，以在撤除垫木时沉井能抵抗纵向破裂为度。如沉井在填筑土或松土中下沉，则第一节（即底节）的最大高度不得大于0.8B（B为沉井宽度）其次各节应尽可能做高些。4.2 沉井下沉主要靠自重来克服对沉井外壁的摩擦力，不排水下沉时，沉井自重的计算应加扣除水的浮力。沉井自重至少较土对沉井外壁的计算应扣除水的浮力。沉井自重至少较土对沉井外壁的总摩阻力超出25%。4.3 土对沉井外壁的摩阻力，应根据土的试验资料求得，如无资料时采用下列参考数值：砂0.010.025MPa河卵石0.0150.03MPa粘土0.0250.05MPa4.4 定位承垫的位置，应按设计规定设置，设置未规定时，圆形沉井应在23、周边上相隔90设置4个点。矩形沉井时应对称设在长边，每边两根。每沉井长短边L与B之比为时，二承垫间的距离0.7L，当其比值2时则为0.6L。4.5 沉井下沉至设计标高后的允许偏差：4.5.1 沉井底面平均高程符合设计要求。4.5.2 沉井的最大倾斜度不得大于沉井高度的1/50。4.5.3 沉井顶、底面中心与设计中心在平面纵横向的位移（包括因倾斜而产生的位移）均不得大于沉井高度的1/50。对浮式沉井允许位移值可另加25cm。4.5.4 矩形、圆端形沉井平面扭角允许偏差：就地制作的沉井不得大于1浮式沉井不得大于2。5 产品防护5.1 排水开挖下沉必经沉井顶卸土或换装时不向井下掉土。5.2 吊斗升降24、时，应严防与水泵平台碰挂干扰，必要时应在每个平台设防护员扶持吊斗，或以直立的木板、钢轨等物作成吊斗升降孔导向孔道。5.3 随时注意土层变化情况，严格控制刃脚附近取土深度，防止翻沙涌水。5.4 采用吸泥下沉法时吸泥机堵塞的防护措施。5.4.1 停吸时，应先将吸泥机提升一定高度后再关闭风阀。5.4.2 经常注意风压，防止回风，以免导管内泥浆倒灌入吸泥器和风管之内。5.4.3 弯头处及异径接头处，易被堵塞，故应注意勿使木块、草袋、麻绳、工具及材料等杂物掉进井底。必要时应采取防护措施。5.4.4 随时掌握井底面变化情况，防止周围土层坍落或由于翻沙而埋住吸泥机。6 施工中应注意的质量问题6.1 无论用何25、种方法下沉，井内除土应先从中间开始，均匀对称的逐步向刃脚分层进行，除为纠正沉井偏斜外，不应偏除土、偏压重，以免沉井发生偏斜。6.2 为防止下沉时产生较大偏斜，应根据土质情况、沉井大小、入土深度等控制井内除土深度及井孔间底面高差。在一般情况下：近刃脚处，除清理风化岩及在胶结层外，除土泥面不宜低于高脚。周边井孔（除近刃脚处外）的除土底面不宜低于刃脚12m。6.3 下沉中应随时掌握土层变化情况，分析和检验土壤压力与沉井重量关系，选用适宜的除土下沉方法、控制其除土部分及土量，使沉井均匀平稳的下沉。在不稳定的土层及沙土中下沉时，应特别注意尽量使井内水位高出井外，防止大量翻沙。6.4 在下沉过程中，应经常26、做好底面标高、下沉量、倾斜和位移的测量工作。随时注意纠正沉井的偏斜，并观测沉井周围地面塌陷和开裂情况，以便采取相应措施，确保附近的施工设施及其他建筑物的安全。结于水中沉井，并应注意观测沉井周围河床变化情况。6.5 弃土应尽量远弃，力求向沉井周围均匀抛弃，禁止堆在沉井一侧，造成偏压。6.6 当没节沉井下沉接近预顶标高时，应注意调平，准备接高，尤其要注意除土部位及深度，防止沉井下沉量过大或产生较大偏斜增加接高工作的困难。6.7 沉井下沉到设计标高以上2m左右时，应控制井内除土量，注意调平沉井，避免沉井发生突然大量下沉或大的偏斜，造成难以按标准下沉至设计标高。7 形成的质量记录7.1 沉井下沉施工记录7.2 清理基底检查记录