專利名稱：：防止漩流井封底時下沉的方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于漩流井施工(采用沉井施工方法)
技術領域：
，具體涉及防止漩流井封底時下沉的方法。
背景技術：
：在施工(采用沉井施工方法)過程中挖土至快到設計封底標高時，因基底土層分布不均勻和土質情況軟硬不同，在清底過程中因井底持力層一部分進入全風化花崗巖層，一部分仍是粉質粘土層而進一步下沉，從而漩流井局部出現(xiàn)急速下沉，原任意兩點高差170mra迅速擴展至350mm，超過漩流井施工規(guī)范要求，為防止漩流井任意兩點高低差進一步擴大并穩(wěn)定下沉速度，經(jīng)過分析和研究，解決漩流井封底的主要辦法是先阻止漩流井下沉，待漩流井穩(wěn)定后進行糾偏和封底。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種防止漩流井封底時下沉的方法，該方法能解決漩流井封底時下沉的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是防止漩流井封底時下沉的方法，其特征在于它包括如下步驟1)、在漩流井挖至封底的底設計標高時，在井內鉆4-20個灌注樁，4-20個灌注樁深度分別達到入巖條件；2)、然后在4-20個灌注樁上澆筑簡支梁，再從簡支梁底部開始澆筑封底至封底的頂設計標高止。4-20個灌注樁的承載力大于或等于井壁自重與摩阻力的差值，摩阻力為井壁與土層間的摩阻力。本發(fā)明的有益效果是采用在井內鉆4-20個灌注樁，4-20個灌注樁深度達到入巖條件，通過在樁上澆筑簡支梁的辦法穩(wěn)定整個漩流井下沉，通過預制簡支梁將承受的荷載傳遞給井內樁，就可阻止漩流井下沉，這樣操作起來方便，安全可靠，具有成本低的特點。該方法能解決漩流井封底時(持力層為軟土層等承載力不夠時)下沉的問題。圖1是本發(fā)明的灌注樁的布置圖2是本發(fā)明的簡支梁的布置圖3是圖2沿A—A線的剖視圖4是漩流井下降摩阻力計算簡圖中l(wèi)一第一樁，2—第二樁，3—第三樁，4一第四樁，5—井壁，6—第一簡支梁，7—第二簡支梁。具體實施例方式如圖l、圖2、圖3所示，防止漩流井封底時下沉的方法，它包括如下步驟1)、在漩流井挖至封底的底設計標高時，在井內鉆四個灌注樁(分別為第一樁l、第二樁2、第三樁3、第四樁4)，四個灌注樁沿井壁5根據(jù)沉降速度及偏差情況布置(相互之間成90°)，四個灌注樁深度分別達到入巖條件；2)、四個灌注樁的承載力大于或等于井壁5的自重與摩阻力的差值，摩阻力為井壁與土層間的摩阻力；然后在四根灌注樁上澆筑簡支梁(在第一樁1與第二樁2上澆筑第一簡支梁6,第三樁3與第四樁4上澆筑第二簡支梁7;簡支梁也可采用井字結構)；再從簡支梁底部開始澆筑封底至封底的頂設計標高止[先在簡支梁底部澆筑第一層(2m厚)砼，然后澆筑封底的頂設計標高止]。灌注樁的個數(shù)可根據(jù)漩流井的大小確定。漩流井大時，釆用的灌注樁的個數(shù)就多，如采用20個。具體工程案例一、工程概況漩流井為鋼筋混凝土圓形構筑物，外徑12.5m，壁厚750mm,漩流井刃腳底標高為17.5m，封底為2m厚C15砼，lm厚C30鋼筋砼，外筒重1250噸，漩流井總重2500噸。因主廠房鋼柱承臺樁基、基礎及屋面系統(tǒng)已施工完，施工時采取沉井和深井降水方法。在施工過程中挖土至-16.6m時因基底土層分布不均勻和土質情況軟硬不同，井內清底時，漩流井局部出現(xiàn)急速下沉，原任意兩點高差170ram迅速擴展至350mm，超過漩流井施工規(guī)范要求，為防止漩流井任意兩點高低差進一步擴大并穩(wěn)定下沉速度，采取在井壁及井底灌注水泥漿(約260t水泥)固化漩流井周圍及井底土層，取得了一定效果，但在清底過程中因井底持力層一部分進入全風化花崗巖層，一部分仍是粉質粘土層而進一步下沉，相對設計已超沉1.64m，經(jīng)過分析和研究，解決漩流井封底的主要辦法是先阻止漩流井下沉，待漩流井穩(wěn)定后進行糾偏和封底。二、地質情況簡介1、場地水文地質條件本工程設計土O.000相當于絕對高程15.Om左右，地下水初見水位標高8.46mll.63m，混合水位標高為12.86m14.33，水位變化幅度約0.5m,漩流井周圍勘探點地下水位標高為14.43m14.02。砂層穩(wěn)定水位標高12.5113.85m，場地內地下水類型為上層滯水，松散巖類的孔隙水及基巖中的裂際水，主要賦存于素填土,粗砂，全風化花崗巖及強風化花崗巖中，施工時需做好場地排水工作。2、巖土層結構及特征漩流井巖土層結構主要參照勘控點為ZK4、ZK5、ZK6、ZKIO、ZKll、ZK12六個點，巖土層自上而下依次為素填土，粉質粘上，粗砂，殘積粘性土，全風化花崗巖，強風化花崗巖，中風化花崗巖，巖土層的性質從下到下詳細分述如下表l土層層號土層名稱層厚(m)層底標高(m)顏色濕度壓縮性能土層描述①素填土(Q4ml)1.301.512.8413.48淺黃色稍濕濕高粘性土，含有少量的中粗砂，碎石②粉質粘土0.408.84.5613.48灰黃濕流塑可塑含少量中細砂，搖振反應無，韌性，干強度中等，稍有光澤承載力特征值③粗砂(Q,p')0.53.87.46-11.26灰白色飽和松散中密粗徑大于0.5mra的顆料含量約58.4%，中砂約13.4%,粉細粒約28.2%,局部夾有粉質粘土透鏡體，個別地方有有滾石。殘積粘性土(Qel)7.5512.8-0.99-4.34灰黃色褐紅色灰白色濕可塑長石礦物已基本風化成粘性土，大于2咖的石黃顆料含量0.53%,承載力特征值fak=180KPa全風化花!±!山岡石("!)3.556.7-6.22m-9,02灰黃色，灰白色濕散狀中粗?；◢徑Y構，散體狀構造。礦物成分以石英、長石為主，長石大部分已風化成粘性土，巖芯呈土狀或散體狀，為極軟巖，巖體基本質量等級為V極承載力特征值fak=300KPa強風化花崗巖(Y5.3311.3層頂-6.22m-9.02灰白色濕散狀中粗?；◢徑Y構，礦特成分主要為石英，長石，云母，長石部分風化成粘性土，巖芯呈散體狀，為軟巖，巖體基本質量等級為V級，fak=450KPa注漩流井設計標高-17.5m相當于絕對高程-2.5m。3、地質情況對漩流井的影響為了較為準確的掌握本工程漩流井周圍地質土層情況，對漩流井所在位置附近勘探點進行了仔細的對照和研究，進入強風化花崗巖層標高分別為(1)勘控點為ZK4、ZK5、ZK6、ZKIO、ZKll、ZK12六個點分別為23.9m，22.02m,22.5m，2112m，21.8m，21.2m。(2)漩流井周圍四個承臺樁基實際入巖標高從東至西，從南到北分別為19.6m,27.5m，31.2m，29.7m及四個承臺樁基開始進入強風化層標高從右至左，從下至上分別為18.8m，21.5m,24.6m,28m。通過以上數(shù)據(jù)分析，本工程漩流井持力層與地質報告嚴重不符,處在土層層號④殘積粘性土及土層層號(D全風化花崗巖層內。該層土體比較濕，處于可塑狀態(tài)，屬高壓縮性，局部承載強度低。三、漩流井標高控制及施測方法為便于隨時觀測漩流井各個點位的沉降速度及偏差情況，沿漩流井四周設8個觀測點(見圖l)，每天觀測24次，近段時間觀測漩流井相對標高-17.5m超沉數(shù)據(jù)如下表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注表2中數(shù)據(jù)為相對于漩流井刃腳底設計標高-17.5ra超沉值。四、漩流井穩(wěn)定處理方案針對地質報告、漩流井四周承臺樁基入巖深度及漩流井目前施工狀況，采用在井內1#點、7#點、6tt點、3#點附近澆注四根鉆孔灌注樁(簡稱樁)(見圖1)。灌注樁鉆孔深度達到入巖條件后通過在樁上澆筑簡支梁的辦法穩(wěn)定整個漩流井下沉。1、漩流井井壁摩阻力參數(shù)根據(jù)地質報告提供的場地土的物理力學指標，地基土性設計計算指標及特征，并參照有關規(guī)范要求，各層土的漩流井井壁摩阻力參數(shù)如下表所示表3<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>2、摩阻力計算井壁與土層間的摩阻力計算，通常的方法是假定摩阻力隨土深而加大，并且在5m深時達到最大值，5m以下時保持常值，本工程漩流井采取分段施工,第一節(jié)開挖3m基坑，即從-3m開始計算摩阻力。計算方法見圖4所示T——漩流井與土間的摩阻力(kN)，T=itD(H-2.5)'fD——漩流井外徑(m)H——漩流井全高(m)，H=3.9+10+4.99+1-3=16.89f——井壁與土間的摩阻系數(shù)(KPa)，取平均值f=ixD(H-2.5)'f二(3,9*21.1+10*20.8+4.99*20.8)/(3.9+10+4.99)=20.86KN/ra2則井壁與土層間的摩阻力值為T=3.14*12.5*(16.89—2.5)*20.86=11782KN。3、單根樁承載力計算根據(jù)地質報告第五"工程地質評價"第三條單樁豎向極限承載力標準值估算，樁進入強風化花崗巖層后的承載力是很大的，現(xiàn)對小600鋼筋砼鉆孔灌注樁端進入強風化花崗巖層1.2m時進行驗算(1)地質報告第10頁"樁基設計參數(shù)"，表4<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>(2)單樁豎向極限承載力標準值的估算以⑥強風化花崗巖層為持力層，采用鉆孔灌注樁，樁徑D=600mm,樁身主要受全風化花崗巖、殘積性粘土層極限側阻力，設樁基從土O.00以下21.62m開始進入全風化花崗巖層，漩流井在20m時穩(wěn)定，則樁基在殘積性粘土層厚度為21.62-20+2(刃腳高度)=3.62m,樁端進入強風化花崗巖層為1.2m時的豎向極限承載力標準值Quk=QSK+QPK=U5:Qsikli+Q,)kAP式中QsK為單樁總極限側阻力標準值；QPK:單樁總極限端阻力標準值；U:樁身周長；Qsik:樁側第i層土的極限側阻力標準值；li:樁穿越第i層土的厚度；QPk:極限端阻力標準值；AP:樁端面積則Quk=USQslkli+QpkAP=3.14*0.6*(40*3.62+4.99*60+70*1.2)+3500*3.14*0.3*0.3=995.13+989=1984.1KN通過計算知，單根樁可承受力為1984.IKN，本漩流井外筒重約12500KN,摩阻力11782KN,按簡支梁受力狀態(tài)，則每根樁需承受359KN<1984.1KN，滿足樁基承載力對漩流井穩(wěn)定的要求。4、簡支梁設計方案(1)漩流井簡支梁受力順序分析從漩流井觀測部位看，觀測1#點和觀測7#點基本處于同一水平面上，且該兩點沉降比較均勻，觀測3tt點與觀測5tt點點高差也不大，因此在此四點暫時澆筑兩條C40鋼筋砼(砼內摻加早強劑)簡支梁作為阻止漩流井下沉，兩條簡支梁澆筑面標高初步定在同一平面上且低于原漩流井設計標高-14.5m處凹點以下300,左右。因觀測8ft點比觀測4#點高出475ram,從漩流井下沉趨勢及受力情況來看，簡支梁在觀測W點和觀測7W點將提前進入受力狀態(tài)而停止下沉，此時觀測2#點觀測6tt點將繼續(xù)下沉直至觀測3S點與觀測5fl點處簡支梁進入受力狀態(tài)而停止下沉，因兩條簡支梁處于同一標高面，整個漩流井高差將基本控制在100mm左右，達到糾偏效果。通過預制簡支梁將承受的荷載傳遞給井內樁，樁的承載力只需大于或等于井壁自重減井壁與土層間的摩阻力所得差值，就可阻止漩流井下沉。(2)簡支梁的配筋方式因樁基與漩流井壁相當近，從受力點剪力及彎矩分析來年，此時簡支梁懸挑端主要承受剪力，為了保守起見，現(xiàn)取每個梁端承受來自漩流井集中力為60t來確定簡支梁配筋，梁端配筋按牛腿方式布置。五、漩流井封底處理方案按照近段時間對漩流井下降速度及超沉深度預計，漩流井在簡支梁及樁基作業(yè)下保持穩(wěn)定的刃腳底標高很可能保持在設計標高-20m，漩流井超沉深度2.5m。對漩流井采取水泥漿固化技術處理后清過三次底，在清底過程中井底仍有土往井內涌。漩流井穩(wěn)定后，為防止井底土層在清底過程中涌入，擬取消刃腳部分素砼部分，從原設計漩流井標高-15.5m開始分二次分層封底，厚度分別為2m、lm(第一層為2m，第二層為lm)。第一層采用水下封底技術措施,砼強度為C20。水下封底砼承受的荷載應按施工中最不利的情況考慮，即在鋼筋混凝土底板施工前時，封底砼可能產(chǎn)生的向上最大水壓力作用，以此荷載(即為地下水頭高度減去封底砼的重量)作為計算值。漩流井按周邊簡支支承的圓板計算，承受均布荷載是，板中心的變矩，按下式計算M匪-O.198pr2=0,198*145*5.5*5.5=86卿.tn式中P為靜水壓力形成的荷載(KN/m)，水位高度按17ra，則P=17*10-l*25=145KN/mR為圓板的計算半徑(m)，即r為5.5m。又根據(jù)封底砼厚度計算公式Bfcth2+Asfyh=3.5k*M式中h為封底砼厚度(mm)K為安全系數(shù)，按抗拉強度計算的受壓，受壓構件為2.65M板的最大彎矩B為板寬，一般取1000mm;fd為混凝土抗拉強度設計值，1.l*103kN/m2;As為抗拉鋼筋面積，按124)25計算f,為鋼筋抗拉強度，300*103kN,/m2;代入公式計算得h=2m第二層鋼筋砼，在封底砼底板上澆筑lm厚C30抗?jié)B砼，配筋同原底板配筋，使底標高與設計標高相一致。六、漩流井封底后的抗浮穩(wěn)定性驗算漩流井封底后，整個漩流井受到被排除地下水向上浮力的作用，如漩流井自重不足于平衡地下水的浮力，漩流井的安全性會受到影響。為此，漩流井封底后應進行抗浮穩(wěn)定性驗算。漩流井外有回填土，需要計算井壁與側面土反摩擦力的作用，抗浮穩(wěn)定性計算公式為K=(G+T)/F》l.1式中G——漩流井自重力(kN)F——地下水向上的浮力(kN)驗算條件漩流井自重為井壁和封底混凝土重量G=G1+G2=12500+2375=14875kN井壁與側面土反摩擦力11782KN,地下水向上浮力由地質勘察資料得知，擬建場地的地下水位標高為-0.57~0.98m，漩流井封底底標高為-18m，故驗算浮力的地下水深度按17m考慮'則:F=3.14X6.252X10X17=20851kN，K=(14875+11782)/20851=1.28，8根據(jù)上述計算可知，漩流井封底后，漩流井自重及井壁與側面土反摩擦力基本能夠抵抗地下水的浮力。因此，漩流井封底后可繼續(xù)施工內筒,不需要做任何措施。在漩流井井底持力層一部分進入全風化花崗巖層，一部分仍是粉質粘土層而進一步下沉的情況下，采取在井內1#點、7#點、5S6tt點、2tt3tt點附近澆注四根鉆孔灌注樁(見圖1)，灌注樁鉆孔深度達到入巖條件后通過在樁上澆筑簡支梁的辦法穩(wěn)定整個漩流井下沉?？捎行Ъm正偏斜。確保封底質量，也保證了整個工程質量，這是一個在層土體比較濕，處于可塑狀態(tài)，屬高壓縮性，局部承載強度低的狀態(tài)下防止沉井突沉、偏斜、防水和涌土的綜合性措施。其安全、經(jīng)濟、可靠，可以廣泛地推廣和應用。權利要求1.防止漩流井封底時下沉的方法，其特征在于它包括如下步驟1)、在漩流井挖至封底的底設計標高時，在井內鉆4-20個灌注樁，4-20個灌注樁深度分別達到入巖條件；2)、然后在4-20個灌注樁上澆筑簡支梁，再從簡支梁底部開始澆筑封底至封底的頂設計標高止。2.根據(jù)權利要求1所述的防止漩流井封底時下沉的方法，其特征在于4-20個灌注樁的承載力大于或等于井壁自重與摩阻力的差值，摩阻力為井壁與土層間的摩阻力。全文摘要本發(fā)明屬于漩流井施工
技術領域：
，具體涉及防止漩流井封底時下沉的方法。防止漩流井封底時下沉的方法，其特征在于它包括如下步驟1)在漩流井挖至封底的底設計標高時，在井內鉆4-20個灌注樁，4-20個灌注樁深度分別達到入巖條件；2)然后在4-20個灌注樁上澆筑簡支梁，再從簡支梁底部開始澆筑封底至封底的頂設計標高止。4-20個灌注樁的承載力大于或等于井壁自重與摩阻力的差值，摩阻力為井壁與土層間的摩阻力。該方法能解決漩流井封底時(持力層為軟土層等承載力不夠時)下沉的問題。文檔編號E02D23/16GK101525883SQ20091006107公開日2009年9月9日申請日期2009年3月10日優(yōu)先權日2009年3月10日發(fā)明者張桂軍,冰李,蔡曉波,謝國斌,謝鐵成,趙海蓮申請人:中國第一冶金建設有限責任公司