沉井阶段地基塌陷的影响与防治思考

沉井阶段地基塌陷的影响与防治思考

敖华清 刘禄滔 周源桂 王郸磊 李放

中国建筑第八工程局有限公司西南分公司 成都 610041

摘要：沉井是近年来在土木工程中广泛应用的一种基坑开挖方法。然而，在沉井过程中，地基塌陷问题常常引起人们的关注，例如地基开裂、井壁周边土体下沉。本论文旨在对沉井阶段地基塌陷进行深入研究，分析其影响因素，并探讨有效的防治思路。以郑州市金水河分洪管线工程特点为例，分析了沉井阶段地基塌陷的影响因素，包括土壤力学特性、地下水位变化、施工工艺等，并针对性地提出了一系列保障措施，有效地预防沉井阶段地基的塌陷范围。

关键词：沉井，地基塌陷，影响因素

1 引言

1.1 研究背景

郑州市分洪管线工程主要内容为双线5.44km地下顶管工程，沿途设置15个沉井，沉井开挖面大部位于地下水位以上，边坡岩性主要为黄土状轻粉质壤土及黄土状中粉质壤土，具中等湿陷性，考虑场地周围绿化带内，林木密集，不具备放坡条件，采用沉井施工。

1.2 监测方法

在沉井下沉施工阶段中，运用沉井偏移监测系统，进一步检测沉井的位移，保证沉井的正常下沉。

监测系统能够实时监测沉井各控制点的下沉量和中心轴偏移角度，并根据内置算法实时解算沉井的偏移，主要是关于中心轴偏移量的问题，该监测系统具有稳定性高、精度高监测效率快等特点。并通过导入沉井BIM模型，关联监测点位即可实现BIM模型旋转，监测点位X、Y方向偏移量以及Z轴方向沉降量，远程端数据实时显示，配合沉井监测系统的结果，项目实时调整沉井内的取土区域和取土量，综合控制沉井的下沉，合理控制好偏差，有效预防地基塌陷的出现。

2 沉井阶段地基塌陷的机理与影响因素分析

2.1 土壤特性及其对地基塌陷的影响

工程区处于郑州市西南部，为豫东平原和豫西黄土丘陵的过渡地带，南、西、北三面为低山丘陵环绕，中间为冲洪积平原。分洪线路沿线地貌单元主要为冲积平原和黄土岗地，地势总体呈南西高北东低的特点。郑州地下多分布湿陷性黄土，黄土状轻粉质壤土（alplQ3）属弱～中等透水性；黄土状中粉质壤土（alplQ3）属微透水性，黄土状轻粉质壤土（alplQ3）渗透系数为1.8×10-4 cm/s，黄土状中粉质壤土（alplQ3）渗透系数为3.0×10-5 cm/s。黄土在干燥状态下硬度较大，一旦浸水，地下被潜蚀掏空，容易造成地下空洞和地面塌陷。

2.2 地下水位情况及其对地基塌陷的影响

工程区地下水为第四系孔隙潜水。勘察期间地下水位埋深约4.50～36.0m，水位标高109.00～118.90m。水位随季节变化明显，旱季埋藏深，水位低，雨季埋藏浅，水位高设计、施工时因考虑地下水位变幅的影响，地下水位季节变幅大。根据沉井参数进行分析，平均深度29.63m，平均地下水位111.02m，平均井底高程105.21m，可计算出沉井底部平均水位高5.81m。

沉井开挖边坡大部位于地下水位以上，但开挖至地下水位以下时，见水后因黄土具有中等湿陷性，黄土在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形，可能导致周围土体变形或发生塌陷。

2.3 施工工艺对地基塌陷的影响

在沉井下沉施工阶段中，通过井内挖机、井外抓斗取土机械配合进行取土，掏挖沉井的刃脚，依靠沉井自重进行下沉，但部分区域可能因取土过多，掏挖刃脚下的土不均匀，造成井底部间隙过大或镂空高度不一致，容易出现不均匀下沉或突沉的情况，进而导致周围土体地基塌陷的发生。

造成沉井产生倾斜偏转的常见原因：

1）沉井刃脚下土层软硬不均匀；

2）没有均匀除土下沉，使井孔内土面高低相差很多；

3）刃脚下掏空过多，沉井突然下沉，易于产生倾斜；

4）刃脚一角或一侧被障碍物搁住，没有及时发现和处理；

5）由于井外弃土或其他原因造成对沉井井壁的偏压；

3 防治地基塌陷的保障措施

3.1 施工准备阶段的控制措施

（1）组织保障措施

全面贯彻“安全第一，预防为主，综合治理”的方针，按照“谁负责施工生产，谁负责安全”的原则，根据本工程施工的安全生产原则和安全生产管理目标，成立项目安全领导小组，由项目经理负责，并指定现场经理具体负责日常安全施工。项目部建立以项目经理为首，由项目执行经理、项目副经理、技术负责人、责任工程师以及安全员、分包单位负责人、分包单位工长、班组长等各方面管理人员组成安全保证体系。

（2）方案保障措施

组织召开沉井专项施工方案专家评审会，从沉井的施工计划、工艺技术、施工保障措施、验收要求及应急处置措施等方面沉井施工方案进行全面评审。专家出具方案论证意见书，各方面具有可行性和可操作性，能满足现场施工的条件。

施工前，项目部管理人员须做好向作业层全体人员方案交底工作，争取实施施工中的全面、全员、全过程的管控。

（3）安全技术保证措施

施工现场电线路采用TN-S系统的“三相五线”制，严格按照临时用电要求进行配电；做好机械设备的安全防护，保证设备状态运行良好，严格按照安全技术操作规程进行操作；沉井临边防护采用标准化栏杆，其栏杆高度不得少于1.2m，防护栏杆下设挡脚板，任何人未经现场负责人同意不得私自拆除；建立防火责任制，职责明确按规定建立义务消防队，有专人负责，订出教育训练计划和管理办法。

（4）人员保障措施

关键岗位人员、特种作业人员须持合格证书上岗，新进作业须按有关要求参加就业安全培训后方可上岗，每日开展早班会安全教育活动；制定安全教育培训计划，分作业阶段、分工种定期组织安全教育培训，不断提高全员安全意识。

3.2 施工阶段的控制措施

（1）做好每一道工序的检查验收：施工交接班质量检验要贯彻下岗检查的规定，工序检验必须坚持“三检”制度，即操作人员自检，班与班之间互检，质量员和监理专检，检查内容必须有记录和整改措施。

（2）规范施工记录：降水资料由技术人员和现场负责人统一收集、整理、存放，并按要求及时报总承包方和监理验收。各项记录应规范和完整，为竣工资料汇总准备好基础资料。

3.3 沉井下沉阶段的控制措施

（1）沉井制作完成后，其混凝土强度必须达到设计强度等级的100%后方可进行刃脚垫层拆除和下沉的准备工作。

（2）沉井初始下沉宜采用伸缩臂挖机取土，在伸缩臂上配备摄像头，确保操作手能观察到井下情况。同时井外配备信号工配合作业，履带吊抓土时应根据沉井高差及井内各部位土质情况合理抓土，即在硬质土部位适当抓深一些，软质土部位浅一些，但井底不易抓得太深，应控制在1.5m以内。

（3）刃脚下的砂垫层要分层均匀开挖，每层厚度25cm，在刃脚沿线全面进行。井内挖土应根据沉井中心划分工作面，挖土应分层、均匀、对称地进行。挖土要点是：先从沉井中间开始逐渐挖向四周，每层挖土厚度为0.4～0.5m，沿刃脚周围保留0.5～1.5m 的土堤，然后再沿沉井井壁每2～3m一段向刃脚方向逐层全面、对称、均匀地削薄土层，每次削5～10cm，当土层经不住刃脚的挤压而破裂时，沉井便在自重的作用下挤土下沉。

（4）沉井下沉过程中，应安排专人进行测量观察。沉降观测每8小时至少2次，刃脚标高和位移观测每台班至少1次。当沉井每次下沉稳定后应进行高差和中心位移测量。每次观测数据均须如实记录，并按一定表式填写，以便进行数据分析和资料管理。

（5）沉井下沉取土时应避免触碰井壁，距离井壁需保证1m以上安全距离。井内挖出的土方应及时外运，不得堆放在沉井旁，以免造成沉井偏斜或位移。如不能外运则堆至场内临时堆土场。

（6）沉井时，如发现有异常情况，应及时分析研究，采取有效的对策措施：如摩阻力过大，应采取减阻措施，使沉井连续下沉，避免停歇时间过长；如遇到突沉或下沉过快情况，应采取停挖或井壁周边多留土等止沉措施。

4 结论

沉井阶段应做好井位下沉的监测，合理控制沉井各方位的下沉量；保证沉井均匀下沉，应避免出现较大偏差；避免突沉情况的发生，以减小对周围土体的扰动；控制沉井底部水位，增加沉井下沉的安全稳定性，防止地基坍塌的出现，最大限度地保证施工生产安全。