沉井下沉工程塌陷事故的原因分析及处理

沉井下沉工程塌陷事故的原因分析及处理

吴育亮

广州广荔市政建设有限公司广东广州510000

摘要：本文主要针对沉井下沉工程塌陷事故的原因及处理展开了分析，结合具体的工程实例，对沉井下沉塌陷事故的原因作了详细的阐述，并给出了一系列的处理措施，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

关键词：沉井下沉；事故；原因；处理

0引言

沉井工程一般在施工大型桥墩的基坑，污水泵站，大型设备基础，人防掩蔽所，盾构拼装井，地下车道与车站水工基础施工围护装置时使用。而在沉井下沉的工程中，防止出现土方塌陷的事故，一直都是施工过程中最重要的部分之一。因此，我们需要认真分析好塌陷的原因，并制定有效的方案，及时做好处理，以保障沉井下沉工程的施工质量和施工安全。

1工程实例

1.1工程概况

某沉井规格为16m×10m，沉井深度15.0m，井壁厚1000mm；地面标高+7.30m，管内底标高(罗零标高)为－0.754m。该沉井在施工中突发地面土体塌陷，鉴于该情况，通过现场施工现状及地质勘查资料，详细分析了土体塌陷产生的原因，并针对该状况制定了土体加固方案，保障该沉井继续施工，为之后的顶管施工创造作业条件。

1.2场地的地质、水文条件

根据地质勘查报告，岩土层主要由杂填土、粘土、淤泥质土、粘土、残积砂质粘性土和砂土状强风化花岗岩等组成。各土层的主要物理力学性质指标如表1所示。

地下水初见水位埋深约0.60～2.50m，混合稳定水位的埋设在0.60～2.50m之间(罗零标高5.55～8.38m)。地下水主要包括杂填土层中的上层滞水，残积砂质粘性土和砂土状强风化花岗岩中的孔隙潜水，属弱透水含水层，地下水水量较少。地下水受大气降水及沿线居民生活用水入渗影响。近3～5年最高地下水位高程为6.00～8.40m，历史最高洪水位标高为8.22m(罗零高程，闽江历年最高水位)。

2沉井突发土方塌陷

7#沉井在下沉至第12m时，其北侧即靠西路那侧井壁外侧地面发生塌陷，并且整个井体往北侧倾斜。经过实测，沉井南侧墙体高程比北侧墙体高400mm，为保障施工安全和防止地面的进一步塌陷，现场由施工单位临时在沉井井壁里侧施打一排钢板桩进行临时防护。

沉井内侧临时钢板桩加固完毕后，现场施工人员按照常规沉井下沉作业方法，继续在沉井内开挖下沉并择时进行沉井纠偏，但现场随即出现另外一个问题:沉井里面开挖多少土方，沉井外面地面就向下塌多少土方。考虑位于该沉井北侧10m左右有一桥台，沉井如果继续下沉，造成的土方塌陷势必会影响到该桥台及桥梁安全，施工单位暂停沉井下沉施工，并将该情况报告给勘查、设计、监理、建设等各参与单位。

3沉井突发土体塌陷原因分析

3.1现场施工工艺分析

经了解，施工单位在沉井施工前已完成沉井施工专项施工方案的编制工作，并经监理单位审核确认后，进场施工。专项施工方案比较完整，审批手续完善。施工期间监理单位严格督促施工单位按照该专项方案进行施工，并对邻近道路、房屋、地面沉降等进行观测。该沉井下沉至12m时，沉井北侧即靠西路那侧井壁外侧地面发生塌陷，属于突发现象，现场施工工艺符合规范及设计要求。

3.2水文、地质情况分析

据地质勘查报告，该处地段地下水主要包括杂填土层中的上层滞水，残积砂质粘性土和砂土状强风化花岗岩中的孔隙潜水，属弱透水含水层，地下水水量较少。

经调取由勘查单位提供的临近该处的原地质勘查报告(注:原设计方案此处为5#沉井，直径12m，井底埋深为10m，对应的钻孔编号为ZK19)，该处沉井位于公园内，由于占道审批手续繁琐且时间较长，勘查单位为配合建设工期要求，在原设计沉井的边缘、无苗木的位置布置ZK19钻孔，并完成该孔的钻探。ZK19揭示的地层情况为:0～2.3m杂填土，2.3～11.7m粘土，11.7～14.6m残积砂质粘性土。

因设计单位将整个工程方案进行优化设计，该处沉井方案已调整为7#沉井，16×10m矩形沉井，井底埋深为15m，平面位置向河边移动了约10m，因优化设计前后两处沉井位置变动距离小，考虑地质情况不会有较大变动，设计单位还是按原先的地质勘查报告进行该处沉井设计。

鉴于实际施工中，现场该处沉井北侧出现的状况，初步探明该处实际地质状况与勘查单位提供的地质报告不符。为此，建设单位委托原勘查单位对该处地质进行了补勘工作，在7#沉井的4个角点布置ZK1、ZK2、ZK4、ZK5孔；另据施工现场反馈，在7#成井北侧疑存在空洞，另补设ZK3钻孔，钻探时受场地条件限制，钻孔略作移位施工。

补勘的地质情况为:ZK4地层:0～3.7m杂填土，3.7～10.6m粘土，10.6～18.8m残积砂质粘性土，该孔与原ZK19孔距离约11m，地层相符。其余4孔均揭示了2.1～3.1m厚的淤泥或淤泥质图层，补勘剖面图。

3.3土方塌陷原因分析

结合现场施工情况、水文情况以及补勘的地质资料，7#沉井下沉突发土体塌陷的原因可以明确:补勘的ZK4地层与原ZK19地层相符外，沉井四周的新补勘的钻孔ZK1、ZK2、ZK3、ZK5孔均揭示此处沉井下方有2.1～3.1m的淤泥或淤泥质土层，地质情况发生变化。沉井在开挖下沉过程中，淤泥质土滑溜到沉井内，导致沉井北侧地面突发土体塌陷。

4处理方案——沉井外侧土体加固

4.1土体加固方案

根据7#沉井现场已经发生的实际情况，并依据补勘的地质资料，经参建各方充分讨论研究决定:采用简易工法桩或钻孔灌注桩+高压旋喷桩的加固方案对该沉井倾斜的一侧地面进行土体加固，加固后再进行沉井后续施工。考虑到工期及现场施工条件，在沉井北侧和东西两侧采用小型灌注桩(即树根桩)+高压旋喷桩对土体进行加固，现场试验确定可行有效，并经参建各方认可。

鉴于沉井北侧目前处于一定程度的倾斜塌陷状态，因此场地需先平整后再打桩，并在土体加固实施过程中，加强对井体、道路、驳岸以及周边建筑物的监测，待桩体达到要求强度后，再继续实施沉井下沉和沉井纠偏工作。树根桩+高压旋喷桩平面布置及旋喷桩剖面图如图1所示，树根桩配筋图如图2所示。

4.2土体加固方法

(1)采用Φ400@400树根桩+高压旋喷桩加固，并设置500×400的钢筋砼冠梁。

(2)主要材料

混凝土:采用42.5R普通硅酸盐水泥，添加0.08%三乙醇胺和0.5%氯化钠(与水泥重量比)外掺剂。混凝土强度:冠梁:强度等级C30；主体结构:强度等级C30，抗渗强度等级0.6MPa；树根桩:强度等级C30；垫层:强度等级C15；

钢筋:采用Ⅰ级钢和Ⅲ级钢，主筋净保护层厚度:除树根桩为20mm，其余均为30mm。

(3)树根桩+高压旋喷桩施工技术要求

树根桩施工中执行《建筑地基处理技术规范》，认真做好清底工作，严格控制桩的垂直精度，在浇筑帽梁前凿除桩顶疏软部分混凝土，桩内主筋伸入帽梁长度为35d。

高压旋喷桩在注浆后28d，加固体静力触探比贯入阻Ps≥1.4MPa，渗透参数≤1×10－7cm/s。

(4)施工工艺

高压旋喷桩工艺参数符合表2规定，施工中严格按照标中规定参数来控制泥浆的质量。

钻机成孔采用天然泥浆护壁。

灌注施工时，为防止相邻桩孔移位和窜孔，采取间隔施工。

桩长采取平面图标注长度及以进入全风化花岗岩1.0m双控。

4.2检测及验收

(1)土体加固施工完成后，经勘查、设计、施工、监理、业主单位人员到场检测、验收确认，桩孔达到设计要求的持力层。

(2)每3～6根桩留置一组试块，经过抗压强度检测，桩身强度均符合设计要求。

(3)采用动测法检验桩身质量，经过检测，符合要求。

(4)旋喷桩防渗效果，按照规范要求，经过压水试验，检测合格。

5沉井下沉、纠偏、封底

(1)树根桩+高压旋喷桩施工完成并检测合格后，即可对沉井进行后续施工。

(2)根据该处沉井存在的情况，后续沉井下沉取土分两部分取土，把井内分割成两个三角形，先在三角形Ⅰ的A角往B、C方向取土，取土过程沉井产生些许下沉，待稳定后继续挖至刃脚以下，再挖三角形Ⅱ，把沉井慢慢纠正回来。

(3)根据该处沉井的实际倾斜情况，该处沉井采用偏心压重法进行纠偏，在沉井较高一侧(即南侧)加偏心压重，并同时在较高一侧多挖土，使沉井逐渐下沉恢复水平后，再进行均匀挖土，使沉井顺利下沉，如图3所示。

(4)沉井挖土下沉采用机械配合人工挖土，用一台25t汽车吊吊运出土。由于场地限制，挖土施工存在困难，综合考虑挖土、吊运的施工能力，沉井下沉速度控制为1m/24h。在坑边堆放弃土、材料和移动施工机械时，与坑边保持一定的距离，距坑边3m以外，堆放高度不超过1.5m。

(5)在沉井沉至设计标高1.0m以上时，适当减少下沉速度，特别是刃脚下掏土的速度，防止突沉或超沉事故产生。周边开挖深度小于10cm，避免发生倾斜，保持正确的平面位置与垂直度，在离设计深度20cm左右停止取土，依靠自重下沉至设计标高。

(6)沉井挖土时随时观测垂直度，下沉过程中，每班至少观测两次，并在每次下沉后进行检查，做好记录，发现倾斜、位移、扭转时，及时进行纠正操作，使偏差控制在允许范围以内。沉井在下沉过程中，最大沉降差均控制在250mm以内。当沉至离设计标高2m时，对下沉与挖土情况加强观测，以防超沉。

(7)当沉井沉到设计标高，经2～3d，下沉稳定，经过检测，8h内累计沉降量＜10mm，经勘查、设计、监理、建设单位人员验槽并符合要求后，对该处沉井进行封底施工。本沉井既作为顶管工作井，日后又是作为提升泵井使用，对封底质量要求严格，不允许出现渗漏，鉴于实际施工中涌水量不大，井底土质较密实，采取排水封底施工方法进行封底。

6结语

综上所述，沉井下沉的工程施工对于修建深基础和地下建筑物来说，是关键的一部分。因此，做好沉井下沉的施工，防止塌陷事故的发生尤为重要。我们必须要认真分析塌陷事故发生的原因，并采取有效的措施做好预防处理，以为沉井下沉的工程施工带来帮助。

参考文献

[1]李博.浅谈沉井施工技术[J].商品与质量.2015（31）.

[2]王理想.大型沉井施工中的常见问题及应对措施[J].建筑施工.2016（09）.