沉井排水下沉對周邊環(huán)境影響案例分析及防治

宋 甲 奇

(太原市市政工程總公司，山西 太原 030002)

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沉井排水下沉對周邊環(huán)境影響案例分析及防治

宋 甲 奇

(太原市市政工程總公司，山西 太原 030002)

通過對某工程項目案例中各參與方責任主體的研究與分析，找出了沉井下沉施工對周邊環(huán)境的影響因素，并從沉井影響范圍確定、結構設計、施工控制等環(huán)節(jié)，提出了針對性的防治措施，為今后類似工程項目施工提供借鑒。

沉井，排水下沉，結構設計，井管降水

0 引言

沉井施工時占地面積小，坑壁不需要設臨時支持和防水圍堰或板樁圍護，與大開挖相比較，挖土量少，對鄰近建筑物的影響相對較小，便于操作。但在實際的下沉過程中，往往會有各種原因造成井壁四周土體的變形或失穩(wěn)，使沉井周圍一定范圍內的地面建筑物以及地下管線受到威脅遭到破壞。接下來以風峪河泵站沉井施工為例進行分析與探討。

1 工程概況

某工程項目位于村子的西南角，東西兩側緊鄰民宅院落。沉井為矩形結構，外壁采用階梯形。結構的最大平面投影寬度和長度分別為25.4 m和36.2 m，建筑高度為21.7 m。設計文件要求在基坑四周布設深層攪拌樁作為止水帷幕，采用井管降水，在沉井東側設置回灌井。地質報告顯示表層0 m～3 m范圍為雜填土；中間層3 m～19 m范圍均以粉土、粉質粘土為主；底層19 m以下為細砂。自然地面以下3 m可見地下水。

2 事故經過

首先是帷幕工程施工，緊接著降水工程施工，在降水5 d后多數(shù)井已經無法連續(xù)抽水，部分井已干涸。接著刃腳基坑開挖，挖去表層3 m厚的雜填土開始刃腳墊層施工。該沉井結構采用四次澆筑三次下沉，實際下沉深度為15.6 m。從刃腳基坑開挖到混凝土封底歷時79 d，為加快工程進度采用了提高混凝土標號和懸挑腳手架等措施。

施工過程中歷盡艱辛，首節(jié)下沉2 m之后小型挖掘機已經不能在粉質粘土中正常行駛，發(fā)生多起陷機事故并造成一臺小型挖掘機損壞。最后通過加墊枕木和鋼板得以緩解。但此時的降水井中并沒有多少地下水可供連續(xù)抽取，部分井干涸。由于挖出的土過于濕軟，車輛無法及時清運，最后堆棄在沉井周邊。

首節(jié)下沉到位后發(fā)現(xiàn)帷幕內地表出現(xiàn)不同程度的裂隙，以東西兩側較為明顯。第二節(jié)下沉當中地表裂隙明顯加劇，帷幕之外與沉井長邊平行的東西兩側地面上也有了不同程度的裂隙。當?shù)诙?jié)下沉到位后造成東側村民院落地面開出一條近2 cm寬的裂縫以及西側村民院墻有多條裂紋，隨后經過專家組論證采取熱瀝青灌縫以及墻體加固等措施進行控制。但在之后的第三節(jié)下沉當中地表裂縫發(fā)展迅速，幾乎到了無法控制的地步。四周地面向沉井塌陷并不斷的擴散到遠處。造成多間民房的地基失穩(wěn)，墻體開裂，經過多方的商討決定，暫時撤出危房內村民，現(xiàn)場繼續(xù)按進度計劃下沉施工。當?shù)谌?jié)下沉到位后造成近百萬元的經濟賠償。

3 原因分析

本次賠償事故是由沉井下沉施工造成周邊土體變形和失穩(wěn)所致。沉井利用自重通過刃腳切割土體下沉，井壁的摩擦使土體產生下拉，刃腳的切土使土層斷裂失穩(wěn)，最終導致沉井周邊地表的沉陷。這在沉井下沉施工中不可避免，可以說是通病，但我們可以通過研究和分析盡可能的減少和控制下沉時對周邊環(huán)境的影響。造成此次賠償事故的原因由多方組成。

3.1 建設單位

建設單位在前期的拆遷征地時低估了大型沉井施工下沉對周邊環(huán)境的影響。按照施工圖設計，沉井需從自然地面下沉18.5 m后方能到位。在實際施工下沉中沉井南北兩側的塌陷裂縫影響范圍可達15 m～20 m左右；東西兩側的塌陷裂縫影響范圍可達20 m～25 m左右。而東西兩側的施工紅線距離沉井結構均不足15 m，可想而知這將為本次賠償事故埋下隱患。由于該項目是省重點工程，工期的緊迫性不言而喻。建設單位一味追求施工進度，對周邊環(huán)境的影響沒有給予足夠的重視。

3.2 設計單位

設計單位在基坑支護設計中采用了井管降水方案。該降水方案在實際操作中收效甚微，在粉質粘土中達不到預期效果，而且與工期不相適應，給施工造成困難。在主體結構設計中采用了矩形沉井結構。下沉過程中不易控制傾斜，邊角處土體不易挖取，結構的長邊兩側對地表的影響范圍始終要大于短邊。

3.3 施工單位

施工單位屬于最為關鍵環(huán)節(jié)，它將所有與之不利因素通通匯集并且疊加最終反映到施工現(xiàn)場。工期的緊迫，成本的控制以及承受著不同程度的外界干擾。首先施工前準備不充分，對施工圖研究不透徹，未能在圖紙會審時及時指出問題所在；現(xiàn)場經驗不足低估了大型沉井施工對周邊環(huán)境的影響范圍，沒有對鄰近建筑物采取支護和加固措施；在挖出大量含水量較高的粉質粘土后未能與棄土場達成一致及時清運，堆置于施工現(xiàn)場，給沉井周邊的地表增加了不均勻荷載使沉井結構產生了偏壓，并造成多次傾斜糾偏；受堆土的影響，部分施工便道堵塞，無法及時的向沉井井壁外側四周圍均勻的回填砂粒，造成周邊地表沉陷的加劇。由于施工單位在施工中組織不利，所以承擔了本次賠償事故中的主要責任。

3.4 監(jiān)理單位

監(jiān)理單位沒有相關的施工經驗，在施工過程中未能向施工單位提出相關意見指導；在第三方檢測單位發(fā)出預警報告后，未能及時下達應對指令，任其發(fā)展；在現(xiàn)場多方人員協(xié)調中未能起到積極促進作用。

4 防治措施

沉井下沉對四周土體的破壞是不可能完全避免的，但經過我們以上的分析，還是可以采取相應的措施盡量減少和控制沉井下沉時對周邊環(huán)境的影響。通過合理的劃定沉井下沉施工對地表的影響范圍，我們可以對周邊的建筑物進行拆遷或者加固處理；通過合理的設計，我們可以選用自身強度高，穩(wěn)定性好且下沉時不易傾斜的圓形沉井結構；通過施工中的嚴格控制，可以有效減少沉井下沉施工對周邊地表的擾動等等。

4.1 沉井下沉影響范圍的確定

首先得明白沉井結構下沉時對周邊地表可能產生影響的范圍。在查閱相關資料中找到這樣一個公式：沉井破壞棱體范圍L=Htan(45°-φ/2)。該公式也僅僅是對受力均勻的圓形沉井適用，并且沒有詳細的說明在不同的深度，不同的土質該如何取值內摩擦角系數(shù)。那么根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況以及將所有不利因素疊加后綜合考慮，我們可以參考土體的自然放坡坡度1∶1.5來確定沉井下沉時的最大影響范圍，即L=1.5H。在明確的劃定影響范圍之后，我們便可根據(jù)情況對附近的建筑物進行拆遷或者加固。

4.2 合理的結構設計

沉井結構按平面形狀大致可分為圓形沉井和矩形沉井，相比較而言圓形沉井形狀對稱，挖土容易，下沉不易傾斜，因此得到廣泛應用。在大型沉井施工中對周邊地表沉降控制有特殊要求時宜選用自身強度高，穩(wěn)定性好且下沉時不易傾斜的圓形沉井結構。

4.3 施工過程中的控制

沉井下沉過程中始終堅持“以糾偏為主，以下沉為輔”的糾偏原則，使沉井偏斜幅度得到有效控制，可以減少對周邊土體的擾動；下沉過程中遇軟土，可使刃腳插入土中1.5 m～3 m，以阻礙土體從井外涌入井內，這樣對穩(wěn)定井外土體有效；下沉過程中沉井四周不允許堆載，應避免因井外棄土引起對沉井結構的偏壓影響下沉；下沉過程中應在井壁外側均勻、對稱地回填砂粒，可起到穩(wěn)定周邊土體的作用，同時有助于沉井下沉。

5 結語

近年來，沉井結構在市政公用設施工程中的應用比較廣泛，例如自來水廠、污水處理廠、城市道路中雨水和污水井以及提升泵站等工程。但在城市建筑密集區(qū)內，由于對地表沉降控制有特殊要求，因此限制了其應有的優(yōu)勢。本文通過對案例中工程各參與方責任主體的研究與分析，從中找出沉井下沉施工時對周邊環(huán)境的影響因素所在，并且有針對性的提出防治措施，為今后類似的工程項目提供借鑒。

[1] GB 50141—2008，給水排水構筑物工程施工及驗收規(guī)范[S].

[2] CECS 137—2002，給水排水工程鋼筋混凝土沉井結構設計規(guī)程[S].

[3] 劉建航，侯學淵.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

On cases of influence of precipitation of open cassion sinking on surrounding environment and its prevention measures

Song Jiaqi

(TaiyuanMunicipalEngineeringCoporation,Taiyuan030002,China)

According to the research and analysis of the responsibilities of major participants of some engineering programs,the paper finds out the influential factors of the precipitation of open cassion construction on surrounding environment and points out the prevention measures accordingly from the identification of cassion’s influential scopes,structural design,and construction control,so as to provide some reference for similar engineering programs.

precipitation cassion,drainage precipitation,structural design,dewatering of well pipe

1009-6825(2016)29-0084-02

2016-08-06

宋甲奇(1984- )，男，工程師

TU745

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