浅谈沉井施工技术及其在工程中的应用

浅谈沉井施工技术及其在工程中的应用

赵福宁

赵福宁

广东冠健仁科建设有限公司广东江门529100

摘要：文章笔者结合广东银洲湖纸业基地集中水处理A厂一期潭江牛湾引水工程取水泵房工程实例，简要介绍了沉井施工的技术原理、特点、工艺流程、下沉和挖土的主要施工方法及下沉时的控制措施。

关键词：沉井施工、排水下沉、不排水下沉、控制措施

1.沉井施工技术原理

沉井是地下工程和深基础工程的一种施工方法，也是深基础工程的一种结构形式，其原理是在施工时先在地面或基坑内分节或一次性制成上下开口的钢筋混凝土井身，待其结构强度达到一定要求后，用机械或人工在井身内部分层挖土、运土，随着井内的土面降低，沉井井身靠其结构自重克服土壤对井壁的摩擦力和刃脚反力，沉入土中，沉至设计标高后停止挖土，然后进行封底及浇筑顶板。

2.沉井施工的特点

随着生产技术的发展，沉井施工方法在工程中的应用越来越广，已逐渐成为各种地下工业建筑和人防工程围护结构的一种重要形式。沉井施工工艺具有如下特点：

①由于受地质的不确定性、施工环境的复杂性及施工技术水平的差异性等影响，使沉井施工具有容易对地质产生扰动及下沉过程中容易产生倾斜、位移、扭转、裂缝、变形等现象。这也成为沉井施工过程中的难题；

②大型沉井截面刚度大、承载力高，可用于截面尺寸较大、深度较深、有流沙或其它有害土层的地下工程的施工；

③沉井的抗渗及耐久性好，可用于地下水比较丰富、土壤的渗透系数较大的地下工程的施工；

④沉井施工对邻近建筑物影响较小，可在比较复杂的地形、地质场地及比较狭窄的场地内取用。

⑤沉井施工还具有作业相对简便、不需要专业设备、占地面积较小、可减少大面积开挖等特点，因此取用沉井施工相对比较经济、安全。

3.沉进施工技术在工程中的应用

3.1.工程概况

广东银洲湖纸业基地集中水处理A厂一期潭江牛湾引水工程，其取水泵房采用沉井结构，沉井长30.6米，宽20.8米，高11.60，四周井壁厚1.0米，内隔墙厚0.6米，沉井平面布置如下图所示。工程位于潭江水道火筒滘河段南岸，场地主要为稻田和鱼塘，距江岸边小于50米。

3.2.地质水文情况

根据勘察报告显示：施工场地地质自上而下依次为：①人工填土层，平均厚度为1.5米；②淤泥层，平均厚度为11米；③粉质粘土层，平均厚度为4.1米；④中粗砂，平均厚度为1.5米；⑤残积土。场地地下水属潜水，主要赋存在填土中，地下水位受季节变化较为明显，夏季较高，冬季较低，幅度约0.5米左右，勘察期间地下水位在地面以下0.7米左右。

3.3.施工方案

根据地质资料显示，沉井所处位置地质条件比较差，因此沉井施工前先进行基础处理，打设底板基础水泥搅拌桩，采用复合地基作为沉井下卧层，粘土层为持力层。为控制沉井下沉稳定，在沉井刃脚下布置水泥搅拌止沉桩（内圈桩），桩外侧与刃脚外壁齐平。为防止沉井下沉过程中淤泥掺入和渗水涌入，在沉井外壁外侧1.0米处布置止淤防渗搅拌桩一圈（外圈桩）。

该沉井高为11.6米，施工时采用排水下沉为主，结合使用不排水下沉的方法分四节制作，三次下沉的方案。首节沉井制作高4.5米，第二节制作3.05米，第三节制作3.05米。首节制作时在刃脚下挖深1.3米做垫层，首节沉井的混凝土达到设计强度后，开始下沉，待首节沉井下沉到位后再依次进行第二节和第三节沉井的制作、下沉。下沉10.60m至设计标高，封底完成二次壁浇筑后，余下1m高壁与顶板一次浇捣成型。

3.4.施工工艺顺序

复合地基搅拌桩施工→浇垫层→砌砖胎模→首节脚手架施工→绑首节钢筋→支首节模板→浇砼→挖土下沉→第二节脚手架施工→绑第二节钢筋→支第二节模板→浇砼→挖土下沉→第三节脚手架施工→绑第三节钢筋→支第三节模板→浇砼→挖土下沉→水下砼封底→底板及井内隔墙施工→满堂架及顶板施工→上部结构施工→收尾验收。（沉井待砼强度到100%方可下沉施工）

3.5.下沉前的准备工作

沉井混凝土强度达到设计强度后开始下沉，下沉前做好以下准备工作：

①井壁外画观测标志，在沉井四角设水准观测点，观测下沉量及平衡情况；

②在中轴线外设垂直线，观测沉井位移及平衡；

③挖除表层垫层。

3.6.下沉施工方法选用

3.6.1.下沉操作的主要施工方法

下沉操作的主要施工方法分不排水下沉和排水下沉。

①不排水下沉

不排水下沉是指在沉井下沉过程中不排除井内渗出的地下水，保持井内水位与井外地下水位齐平。这种方法的缺点是下沉出土时看不清楚，较难控制下沉稳定性。

②排水下沉

排水下沉是指在沉井下沉过程中采取降水或隔水措施使地下水位降低或阻断，使沉井内几乎无地下水渗出。排水下沉的主要优点是下沉速度快、经济效益显著，而且下沉时由于井内无水，施工人员可以看清井内的下沉出土状况，便于挖土与纠偏，从而很好地控制下沉质量及控制高差与轴线位移。

3.6.2.选用下沉施工方法

本工程地质资料反映沉井下沉时主要穿过於泥层，该层地质含水率高、渗水速度快，因此采用排水下沉，加快穿过於泥层。为保证封底质量及降低施工成本，试图实现干封底，在第三次下沉时加强降观测，如果下沉速度为收敛的，可采用排水下沉法继续下沉至设计标高，如果下沉速度是发散的，侧必须采用不排水下沉法下沉，以增加浮力，减小下沉系数，防止超沉。

因此，本工程采用排水下沉法和不排水下沉法相结合的下沉办法进行施工。

3.7.挖土方法

根据土方在开挖下沉过程中对沉井的作用分为一般土方和控制土方两类。

沉井四周外壁刃脚向内1m区域土方在下沉过程起着控制井身下沉速度，平衡井身，控制偏差，控制轴线位移的作用，所以，我们将它叫控制土方。井内其他土方叫一般土方。一般土方人为挖取，控制土方靠刃脚的挤压而破裂。

①锅底式开采法

从沉井中间垂直向下取土，让四周土方在自身重力和外界搅动下破裂，形成边坡，边坡最远处到离沉井刃脚1m处，靠井身自身破坏控制土方而下沉，垂直取土深度根据边坡形成情况确定。

②边角土方挖取方法

因为本沉井为矩形，要人工从中间向外围刃脚控制土方区域逐层全面、对称、均匀的冲洗土层，每层厚底15—20cm。当沉井下沉量很少或不下沉时，将高差增大至40—50cm，冲洗过程不能冲空刃脚踏面下的土层。施工时，应使高压水枪冲入井底的水量和外部渗水量与水力机械出水量保持平衡。

③沉至设计标高时，土方挖取方法

在井开始5m以内下沉时，要特别注意保持平面位置和垂直度正确，以免继续下沉时不易调整，在距离设计标高20cm时，应停止取土，依靠沉井自重和下沉习惯下沉至设计标高。在井开始下沉并将要下沉至设计标高时，周边开挖深度应小于30cm，避免发生倾斜。

3.8.下沉控制措施

本工程采用PC200挖掘机进行出土的方法，为确保出土效率和沉井均匀下沉，将采取一系列控制措施，主要有：

①自中间向外逐步扩散的出土程序。

②严格控制刃脚处土基，保证沉井均匀受力如刃脚支承不能下沉须在刃脚取土时，做到均匀对称、层层剥离，循序渐进。

③对下沉量、四角高差、偏位测量，实时掌握下沉速度，及时纠偏，保证沉井初始阶段形成良好下沉轨道。

④通过电测手段，获得基底反力及沉井结构应力，应变数据，及时消除非正常受力现象，确保沉井结构安全受力。

⑤控制降水，严防井底涌砂现象，不宜降水过低，既增加降水能耗，又增加沙土塑性，影响冲泥和出泥效果，从而影响下沉。

⑥对周围布点监测，掌握降水对周围的环境影响。

⑦沉至粘土层时，提高水压，加大破土力量。

⑧必要时潜水员配合施工。

⑨及时轮流冲井格泥土，提高出土效率，必要时配备4台潜水绞吸机，破坏土层。

⑩必要时启用已预埋触变泥浆助沉，减少井壁磨擦阻力。如图所示：

3.9.下沉测量控制与观测

沉井平面位置与标高的控制是通过在沉井四周的地面上设置纵横十字中心控制线和水准点进行的。沉井的垂直度是在沉井井筒内按4等分标出垂直轴线，以吊线锤对准下部标板进行控制。

在挖土时，随时观测垂直度，当线锤距离墨线达50mm时，或四面标高不一致时，应及时纠正沉井下沉的控制：在井外壁上的两侧用白油漆画出标尺，可用水平尺或水准仪观测沉降，加强平面位置、垂直度和标高、沉降值的观测，每班至少测量两次，每次下沉检查一次，并作好记录，如有倾斜、位移和扭转，及时通知值班负责人，指挥操作人员纠偏，使偏差控制在设计允许范围内。如图所示：

4.结论

沉井是一种适合在地质较差地基上采用的大型特种结构。沉井下沉施工是在沉井施工中最关键的施工工序之一，本文着重介绍了排水下沉和不排水下沉两种工法及下沉时的挖土方法。在条件许可情况下，尽量采用排水下沉法。但对土层不稳定、地下水涌水量很大，井内排水易产生流砂等不利现象时，则应采用不排水下沉。在下沉施工过程中，应按“先中间后两边、分层对称破土、先高后低、及时纠偏”的原则进行，并对下沉的整个过程进行连续观测，及时发现、处理沉井下沉出现的问题。通过一个工程实例进一步验证了，沉井施工工法是可行的，达到了预期目标。

参考文献：

［1］段良策、殷奇，《沉井设计与施工》，同济大学出版社

［2］陈少华、王伟，实用建筑施工手册[M]，金盾出版社

［3］《建筑施工手册》，中国建筑工业出版社

［5］《建筑工程施工质量检查与验收手册》，中国建筑工业出版社