浅谈地下工程沉井法施工

浅谈地下工程沉井法施工

周忠明

周忠明

广东省水利水电第三工程局有限公司广东东莞523710

摘要：沉井是在土层中修筑地下建筑物的方法之一。沉井在施工期间是一个上无盖、下无底的筒状结构，通常用钢筋混凝土制成，在其井壁的挡土和防水的围护作用下，从井内取土，借其自重使之下沉至设计标高。沉井多用作桥梁墩台或重型工业建筑物的深基础，后来逐渐发展成为利用其内部空间供生产使用或其他用途的地下建筑物。

关键词：沉井；刃脚；隔墙；封底；顶盖

1．沉井结构

沉井结构主要由刃脚、井壁、内隔墙、取土井、凹槽、封底、顶板等构成。

（1）井壁：沉井的外壁，是沉井的主要部分，它应有足够的强度，以便承受沉井下沉过程中及使用时作用的荷载；同时还要求有足够的重量，使沉井在自重作用下能顺利下沉；

（2）刃脚：井壁下端一般都做成刀刃状的“刃脚”，其功用是减少下沉阻力；

图1沉井一般结构图

（3）隔墙：设置在沉井井筒内，其主要作用是增加沉井在下沉过程中的刚度，同时，又把整个沉井分隔成多个施工井孔（取土井），使挖土和下沉可以较均衡地进行，也便于沉井偏斜时的纠偏；

（4）凹槽：设置在刃脚上方井壁内侧，其作用时使封底混凝土和底板与井壁间有更好的联结，以传递基底反力；

（5）封底：当沉井下沉到设计标高，经过技术检验并对井底清理整平后，即可封底，以防止地下水渗入井内；

（6）顶盖：井顶浇筑钢筋混凝土顶盖，待顶盖达到设计强度后方可砌筑墩。

2．沉井设计原则

沉井平面尺寸及其形状与高度，应根据墩台的地面尺寸、地基承载力及施工要求。力求结构简单对称、受力合理、施工方便。具体要求为：

（1）沉井棱角处宜做成圆角或钝角

（2）沉井的长短边之比越小越好

（3）沉井分节制作

3．沉井法的施工工艺

3.1施工方法

沉井一般可分为制作和下沉两个过程。根据不同情况和条件（如沉井高度、地基承载力、施工机械设备等），沉井可采取一次制作（灌筑），一次下沉；分段制作、接高，一次下沉；或制作与下沉交替进行。也有在陆上制作，浮运至水中沉放地点后下沉和接高的浮式沉井施工。

为了将沉井重量扩散到更大的面积上，避免沉井倾斜或不均匀沉降而产生裂缝，对于大型沉井，当表土地基承载力很低时，于制作第一段沉井前，应在地基表面铺设砂垫层，并沿井壁周边刃脚下铺设承垫木。在沉井下沉之前，应分区、依次、对称、同步地将承垫木抽除。

沉井的下沉方法视沉井所穿过的土层和水文地质条件而定。一般分为排水下沉和不排水下沉两种。当土质透水性很小或涌水量不大时，可采用排水（或不灌水）下沉；在沉井穿过涌水量较大的亚砂土或砂层时，为了防止砂子涌入井中影响施工，则采用不排水（或灌水）下沉。下沉时常采用抓斗或水力机械等方法取土。

3.2施工步骤

（1）场地平整，铺垫木、制作底节沉井

（2）拆模，刃脚下一边填塞砂、一边对称抽拔出垫木

（3）均匀开挖下沉沉井，底节沉井下沉完毕

（4）建筑第二节沉井，继续开挖下沉并接筑下一节井壁

（5）下沉至设计标高，清基

（6）沉井封底处理

（7）施工井内设计和封顶等

图2沉井施工程序示意图

3.3沉井测量、质量控制及注意事项

3.3.1沉井下沉测量要求

（1）在凿除砖砌斜面和砼垫层前，必须在井顶及井壁上画出沉井的纵横中线，中线用于沉井垂直度与位移的监测。

（2）凿除斜面底模和砼垫层时，要加强垂直度、下沉量测量，发现倾斜立即纠正。

（3）沉井初沉时，每班至少作两次监测，（中线位移、垂直度、下沉量），每开挖一层土均应作一次下沉量、垂直度测量。

（4）挖土下沉时，视下沉速度，每两班测l~2次，发现异常现象及时采取相应技术措施。

（5）在纠偏过程中要增加监测次数。

（6）沉井接近设计标高时，应放慢下沉速度，沉井沉至距设计标高100mm时停止挖土下沉，并加强监测直至稳定。

3.3.2下沉注意事项

（1）沉井下沉时，井内除土应先从中间开始，均匀、对称地逐步向刃脚处分层取土，使沉井均匀下沉，防止偏斜，特别是下沉初期，沉井入土较浅，土层对沉井的平衡稳定作用差，容易产生偏斜，尤应注意。在挖土下沉过程中，不应偏除土，避免沉井发生偏斜。

（2）下沉中随时掌握土层变化情况，分析和检验土壤阻力与沉井重量的关系，控制其除土部位及除土量，使沉井平衡地下沉。

（3）下沉过程中，应做好标高、下沉量、倾斜和位移的测量工作、随时纠正沉井的偏斜。

（4）当第一次沉井接近预定标高时，应调平沉井，准备接高。此时应特别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。

（5）沉井下沉至设计标高以上2m前，控制井内除土量，注意调平沉井，防止因除土量过大及除土不均，而使沉井突然大量下沉并产生较大的偏斜，增加准确下沉至设计标高的困难。

3.3.3施工偏差的处理

由于工作井和接收井是本顶管工程的基础，因此在沉井施工过程中一定要加强控制，确保沉井准确下沉到位，并且要制定尽可能详细的处理措施，为施工过程中可能出现的问题做好准备工作。

（1）倾斜处理

沉井下沉过程中倾斜率要控制在1/150～1/200，超过1/200时就要进行纠偏，纠偏方法是在倾斜的相反一侧刃脚偏除土，在井壁外侧射水冲刷，井顶施加水平力予以纠偏。

（2）水平位移处理

纠正位移时，可先有意偏除土使沉井向偏位的方向倾斜，然后沿倾斜的方向下沉，直至沉井底面中心与设计中心位置相合或接近时，再将倾斜纠正或纠至向相反方向倾斜一些，最后调整至使倾斜和位移都在容许偏差范围内为止。

（3）沉井位置扭转的纠正

在两对角偏除土，在另两对角偏填土，借助于刃脚下不相等的土压形成的扭矩使沉井在下沉过程中逐渐纠正其位置。

3.3.4施工安全控制措施

（1）沉井下沉四周影响区域内，不宜有高压线杆、地下管道、固定式机具设备和永久性建筑。必须设置时，应采取安全措施；

（2）沉井施工，应尽量避开汛期，特别是在初沉阶段不得在汛期内。如需渡过汛期、凌期时，应采取稳定可靠的安全防护措施；

（3）沉井下沉，采用人工挖掘时，劳动组织要合理，井内人员不宜过多。在刃脚处挖掘，应对称均匀掘进，并保持沉井均匀下沉。下井操作人员，安全防护用品必须佩戴齐全。井内要有充足的照明。沉井各室均应备有悬挂钢梯及安全绳，以应急需。涌水、涌砂量大时，不宜采用人工开挖下沉；

（4）沉井的内外脚手，如不能随同沉井下沉时，应和沉井的模板、钢筋分开。井字架、扶梯等设施均不得固定在井壁上，防止沉井突然下沉时被拉倒；沉井顶面应设安全防护围栏。井内、井上搭设的抽水机台座、水力机械管道等施工设施，均应架设牢固。井顶上的机具应设防护挡板，小型工具宜装箱存放。在沉井刃脚和井内横隔墙附近不得有人停留、休息，以防止坠物伤人；

（5）沉井的制作高度不宜使重心离地太高，以不超过沉井短边或直径的长度为宜。特殊情况允许加高，但应有可靠的计算数据，并采取必要的安全技术措施。

4．沉井法施工的特点

沉井下沉过程中无需设置坑壁支撑或板桩围壁，与明挖法相比，简化了施工；可就地制作，所需机械设备简单；作为地下建筑使用，其单体造价较低；主体部分的混凝土在地面上灌筑，质量较易保证，整体刚度亦较大；防水可靠；且对邻近建筑物的影响较明挖法少。因此在一定场合下，沉井法是一种较好的方案。

5．结束语

沉井法在地下工程中的应用十分广泛，适用于：1、上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其它深基础相比较，经济上较为合理时；2、在山区河流中，土质虽好，但冲刷大或河中有较大卵石不便桩基础施工时；3、岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深，采用扩大基础施工围堰制作有困难时。

现实中很多桥梁基础和泵站基础等都采用沉井基础。惠来县中东部供水工程石榴潭灌溉渠段采用的顶管施工中，出发井和接收井就采用沉井法施工，取得很好的效果。

参考文献：

[1]《沉井在工程中的应用》周文杰安徽建筑

[2]《圆形沉井施工理论研究与现场测试分析》朱龙上海交通大学

[3]《针对沉井下沉困难的分析及对策》吴景尧广东交通职业技术学院学报