鋼筋混凝土沉井傾斜原因分析及預防

李 慧 杰

(山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041000)

鋼筋混凝土沉井傾斜原因分析及預防

李 慧 杰

(山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041000)

介紹了鋼筋混凝土沉井的功能，分析了沉井下沉前和下沉過程中可能發(fā)生傾斜的各種原因，并探討了預防沉井傾斜的主要方法，旨在全面控制沉井的制作及下沉過程，杜絕沉井傾斜事故的發(fā)生。

沉井，傾斜事故，砂墊層，井筒

鋼筋混凝土沉井是修筑地下工程和深埋基礎工程所用的重要施工方法之一。當施工場地狹小，埋深較大，無法大面積開挖施工；或地質(zhì)條件復雜的情況下，既可以快速施工，又能夠保證工程質(zhì)量和施工安全。常用于取水構筑物、排水泵站、大型集水井、盾構和頂管工作井等工程。

鋼筋混凝土沉井在下沉過程中，經(jīng)常會產(chǎn)生傾斜甚至傾覆的現(xiàn)象。為了防患于未然，杜絕安全事故，就需要對沉井傾斜產(chǎn)生的原因進行分析，從而有針對性的起到預防作用。

從施工過程來說，其原因可分為沉井下沉前的傾斜和下沉過程中的傾斜。

1 沉井下沉前的傾斜

1.1 沉井制作前的基坑底土層未處理好

當沉井在地面上施工時，為了減少下沉深度，一般需要在沉井制作前開挖基坑。基坑挖好后，首先要對基坑底進行釬探以確認基坑下方是否有坑洞，避免沉井在制作的過程中或下沉時發(fā)生傾斜或傾覆。其次，根據(jù)基坑底土質(zhì)的情況決定是否進行打夯。

1.2 刃腳下的支墊層未處理好

當基坑底的土質(zhì)較松軟時，需對其夯實后在刃腳下澆筑素混凝土墊層以滿足承載力要求。

當基坑底為砂子或含砂量大時，需要在刃腳下支墊方木和鋪設砂墊層。

1)地基上承載力計算公式為：

P≥G0/(l+2hstanα)+γshs。

其中，P為地基上的承載力，kN/m2；G0為沉井單位長度重量，kN/m；l為承墊木的長度，m；hs為砂墊層的厚度，m；α為砂墊層的壓力擴散角，可取tanα=0.5～0.6；γs為砂的重力密度，kN/m3，一般取γs=18 kN/m3。

2)砂墊層鋪設的寬度為:

B≥b+2l。

其中，B為砂墊層底面的寬度，m；b為沉井刃腳踏面的寬度，m；l為承墊木的長度，m。

3)砂墊層厚度為：

h=(G/R-L)/2tgφ。

其中，h為砂墊層的厚度,m；G為沿沉井第一節(jié)圓周單位長度的重量，kN/m；R為砂墊層下土層的承載力，kN/m2；L為墊木長度，m；φ為砂墊層擴散角(一般不大于45°)。

1.3 排水措施不到位

當基坑內(nèi)和周圍的排水措施做的不到位時，如果有大量的水進入基坑，特別是在濕陷性黃土地區(qū)，極易造成沉井基底失穩(wěn)，使正在制作中的沉井出現(xiàn)傾斜。

2 下沉過程中的傾斜

1)準備工作不充分、施工方法不當導致的傾斜。

根據(jù)沉井通過的地層地質(zhì)情況、地下水的不同狀況，可分為排水挖土下沉法、不排水挖土下沉法、配重下沉法、振動下沉法、中心島式下沉法等施工方法。如果施工前不知道工程范圍內(nèi)的巖土性質(zhì)及其均勻性、地基承載力、井外壁與土的摩擦力；不知道地下水的類型、最高和最低水位、滲透系數(shù)等，就會陷入盲目施工，采用錯誤的施工方法，從而導致在下沉過程中造成傾斜。為此，在施工前首先要對施工范圍內(nèi)的地層、地下水情況做詳細的了解，以便采用不同的下沉方法。

2)地質(zhì)不均勻?qū)е碌膬A斜。

地質(zhì)情況的多樣性，造成了地層具有不同的摩擦系數(shù)和承載力。鋼筋混凝土沉井往往自身具有較大的重量，如果在制作和下沉過程中始終在一個地質(zhì)均勻的界面上，則其摩擦系數(shù)和承載力也是均勻的。但是，在實際施工過程中經(jīng)常會遇到不均勻的地質(zhì)情況。由于不同的摩擦系數(shù)和承載力，導致了沉井的下沉速度也不均勻，極易產(chǎn)生傾斜。為了預防沉井在這種情況下產(chǎn)生傾斜，就需要在挖土下沉時，先挖土質(zhì)較硬一側(cè)或土質(zhì)較硬一側(cè)多挖。臨汾市堯都區(qū)東外環(huán)路拓寬改造的頂管工程14-1號工作沉井為后增加的1個沉井，由于施工前沒有詳細了解該沉井施工范圍內(nèi)的地層地質(zhì)情況，結果在下沉到3.5 m 深時沉井刃腳一側(cè)落到了毫無粘結性的粉碎性的煤矸石層上，挖土時造成該側(cè)大量粉碎煤矸石進入井筒內(nèi)，沉井同時向該側(cè)突然偏沉，而對側(cè)則是承載力較高的粘性土，使得沉井傾斜嚴重。后在下沉較慢一側(cè)施以配重，并在該側(cè)刃腳下加快挖土速度才使傾斜得以恢復。如果遇到沉井單側(cè)是軟弱土層時，也可采用注漿的方法使土層固結加固后再進行下沉施工。表1是常見土層的摩擦系數(shù)。

表1 摩擦系數(shù)fu值

3)刃腳下挖土不對稱導致的傾斜。

沉井下沉的理想狀態(tài)是鋼筋混凝土刃腳四周平行均勻的下沉，但在挖土時由于施工組織不力或其他人為的原因，往往發(fā)生四周挖土厚薄不均勻，從而導致了沉井的傾斜。只有在施工前對具體施工人員進行詳細的技術和安全交底，明確每個人的職責，將責任落實到人，在施工中做到密切的分工協(xié)作，才能有效預防沉井傾斜現(xiàn)象的發(fā)生。

4)下沉時出現(xiàn)流砂、管涌現(xiàn)象。

當沉井采用排水下沉，下沉至砂性土層時，井底出現(xiàn)局部冒水或大量水土涌入井內(nèi)，沉井會產(chǎn)生傾斜或單側(cè)突沉的現(xiàn)象。究其原因，首先是沒有查清楚下沉范圍內(nèi)土層情況,未采取事先疏干砂性土層或設置隔水帷幕的措施；其次，人工疏干砂性土層或隔水帷幕的措施失效。例如井點設施質(zhì)量不好或已受破壞隔水帷幕質(zhì)量不好等。為了避免以上情況的發(fā)生，必須采取以下預防措施：a.施工前先搞清楚下沉范圍內(nèi)的地質(zhì)水文情況，如為砂性土層且地下水位較高較豐富，則采取人工降水、隔水帷幕、地基加固等技術措施；b.加強現(xiàn)場施工管理，保證井點設施、隔水帷幕等降止水設施能夠正常使用；c.對處于流塑狀態(tài)的粘土層進行加固處理，保護好降水井點或隔水帷幕。

5)井身澆筑時出現(xiàn)跑模、漏漿、蜂窩麻面等缺陷致外表面變形和過于粗糙。

井壁模板一般采用組合式定型鋼模板、硬塑料模板、鋼木組合模板。如果模板安裝質(zhì)量不好，會造成井筒澆筑過程中出現(xiàn)“跑模”，混凝土井筒變形過大?；蛘咴斐苫炷辆餐獗砻娉霈F(xiàn)漏漿和蜂窩麻面等不均勻的粗糙現(xiàn)象。不管上述哪種情況的發(fā)生，將會直接改變沉井的順利下沉，造成單側(cè)下沉緩慢，發(fā)生傾斜。因此，無論采用哪一種模板，首先要保證模板安裝牢固，具有足夠的剛度和強度；其次，安裝好的模板，特別是外模，必須保證光滑，不可過早拆模，造成粘模，防止混凝土面過于粗糙；第三，模板制作安裝完畢后，要根據(jù)規(guī)范規(guī)定嚴格驗模，使模板偏差控制在允許值范圍內(nèi)(見表2)。

6)刃腳一側(cè)遭遇孤石等障礙。

在下沉過程中，如沉井刃腳遇到孤石等障礙物，就會引起單

側(cè)停止下沉，造成沉井傾斜。因此，預防傾斜的方法有：a.如遇較小孤石，可將四周土掏空后將孤石取出；較大孤石可用風動工具或松動爆破方法將大孤石破碎成小塊取出；b.不排水下沉時，爆破孤石除打眼爆破外，也可用射水管在孤石下面淘洞，裝藥將孤石破碎。

表2 沉井制作的允許偏差

7)井外棄土或堆放物以及井上附加荷重分布不均。

由于沉井附近堆放有大量棄土和其他材料，以及井上的附加構造物荷載不均勻，均能造成沉井下沉傾斜。所以，為了防止產(chǎn)生傾斜，就需要做到:a.不要在靠近沉井的地方堆放棄土和其他材料；b.合理調(diào)整井筒上的附加荷重的位置，使其荷載均勻。

8)作為頂管工作井時，下沉前沒有將預留孔洞封堵造成的傾斜。

當沉井作為頂管工程的工作井時，如果用于穿管道的預留孔洞在下沉前沒有封堵，且土層地質(zhì)不均勻，那么，在沉井井筒下沉過程中，沒有封堵預留孔洞一側(cè)的土體粘結性較差，就會順著孔洞進入井筒內(nèi)。預留孔洞越大，井筒外的土體就會流失越嚴重。這樣，就會造成該側(cè)井筒外側(cè)土壓力急劇減小，甚至無土壓力，同時對側(cè)土壓力加大(尤其是粘結性較差的砂性土等)，形成井筒外側(cè)土壓力受力不均勻，從而產(chǎn)生傾斜。臨汾市堯都區(qū)東外環(huán)路拓寬改造的頂管工程22號工作沉井就出現(xiàn)了這種情況。由于該工作井預留孔洞是相對4個直徑3.6 m的大洞，施工時只將一側(cè)進行了封堵，另一側(cè)沒有封堵。下沉過程中沒有封堵一側(cè)有大量土體從沒有封堵的孔洞中進入井筒內(nèi)，造成對側(cè)土壓力過大，導致了沉井傾斜。因此，下沉前必須將工作井的預留孔洞進行嚴密封堵。

3 結語

只有全面著眼于沉井的制作過程及下沉過程，從沉井傾斜有可能產(chǎn)生的各種主客觀狀況入手，才能搞清傾斜產(chǎn)生的根源，做到防患于未然，杜絕沉井傾斜事故的發(fā)生。

[1] 葛運廣，柳家海.注漿技術在沉井糾偏中的應用[J].江蘇煤炭，2003(2)：36-37.

[2] 王 沛，高 謙，王 森.復雜環(huán)境下沉井糾偏技術及工程應用[J].山西建筑，2007，33(1)：89-91.

[3] 房 楨.沉井傾斜糾偏[J].水運工程，2000(6)：42-43.

On analysis of reasons for caission inclination of reinforced concrete

Li Huijie

(ShanxiNo.2RoadandBridgeEngineeringCo.,Ltd,Linfen041000,China)

The paper introduces the functions of the reinforced concrete caission, analyzes the reasons for all kinds of inclinations before and during the caission, discussion the main method prevention of caission inclination, so as to have the full control over the manufacturing of the caission and the settlement process, to avoid the accidents of caission.

caission, inclination accident, sand cusion, wellbore

1009-6825(2017)01-0080-02

2016-10-24

李慧杰(1975- )，男，工程師

TU753.64

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