沉井技術(shù)在豎井施工中的應用

(遼寧省交通高等?？茖W校，沈陽 110122)

沉井施工技術(shù)最早起源于1839年的法國，并于上個世紀在歐洲和日本得到發(fā)展。一開始，沉井技術(shù)主要應用于橋梁工程的樁基施工。伴隨著沉井技術(shù)的不斷發(fā)展進步，該技術(shù)在地下建筑物等工程中也得到廣泛的應用，如地鐵車站、泵站施工、礦井、頂管豎井等。沉井施工是事先在地面建造井筒，然后在井筒內(nèi)不斷挖土，依靠井筒自重克服井壁與土壁的摩擦力而下沉，然后不斷加高井筒、不斷下沉直至到設計深度為止，最后進行封底和井筒內(nèi)部工程。該技術(shù)非常適合應用在地下水位高且涌水量大的地方，或者地質(zhì)條件不良、容易引起流砂的情況，或受施工場地限制的地方[1，2]。沉井技術(shù)越來越得到工程界的廣泛重視。

1 工程概況

某市污水干管擴建工程，增設一條污水主干管，管徑為DN2200～DN2400，總長3.2km， 其中DN2400頂管1 000m，DN 2200頂管2 000m，DN1400頂管200m。施工地點為某市濱河路輔道，將沿線污水引入污水處理廠統(tǒng)一進行處理排放。

本工程豎井施工地層為人工填土、礫砂(含有機質(zhì))、淤泥質(zhì)黏土和礫質(zhì)黏性土，豎井設計深度6～10m不等。由于砂層自穩(wěn)能力差，流動性強，受擾動后易失穩(wěn)，且施工區(qū)域地下水含量豐富，地層透水性強，如果采用自然放坡開槽施工，施工中極易發(fā)生流砂問題。如果采用開槽+邊坡支護的施工方案，一方面支護效果難以保證，同時還會造成工期延長、施工成本增加。因此經(jīng)過方案對比，綜合考慮采用沉井施工方案對豎井進行施工。本工作涉及的豎井多達40余個，設計深度為6～12m，包括用于隧道貫通的始發(fā)井、接收井以及檢查井等。

2 豎井沉井施工

豎井沉井施工的流程為：基坑開挖→砂墊層施工→磚胎模砌筑→第一節(jié)井壁制作→井筒下沉→第二節(jié)井壁制作→井筒下沉→封底→底板澆筑[3，4]。

2.1 基坑開挖、砂墊層施工

為了減少下沉時井內(nèi)土方挖方量，本工程選用在基坑內(nèi)制作井筒。經(jīng)勘查，測得場地鉆孔地下水位埋深為1.70-5.0m，因此確定基坑底高出地下水位1.0m。根據(jù)現(xiàn)場情況用砂墊層置換基坑的原土，對基坑內(nèi)進行清淤整平，再鋪設砂墊層。砂墊層的厚度經(jīng)計算確定，一般為30～50cm。砂墊層采取分層灑水鋪設，每層鋪設不超過300mm，用平板振動器進行分層碾壓夯實。

2.2 磚胎模砌筑

砂墊層施工結(jié)束后，沿井壁中線澆筑C20素混凝土墊層，厚0.1m，寬1.2m。首先采用全站儀測出豎井的中心位置，以中心點為基準，以墊層的內(nèi)、外邊線為控制線分別進行劃線，并隨時核對尺寸，以保證放線位置的準確。放線完成后，利用膠合板和木樁沿混凝土內(nèi)、外邊線進行立模，并在澆筑混凝土的位置設置高程和平面控制點，以便澆筑混凝土的參照和測量。立模完成后，然后再進行混凝土墊層的澆筑，并進行養(yǎng)護，待混凝土強度滿足要求后即可在混凝土面上砌筑磚模。

2.3 井壁制作

(1)鋼筋制作與安裝。本工程鋼筋連接方式為焊接和機械連接，鋼筋保護層厚度底板下層為4cm，豎井外壁為3cm，其余均為4cm。鋼筋按設計圖紙要求的尺寸在鋼筋加工場地進行下料加工，豎向鋼筋采用電渣壓力焊進行連接，水平向鋼筋、鋼構(gòu)件間采用搭接焊連接。底板部分凹槽內(nèi)的鋼筋需要在井壁制作時進行預留，預留長度確保沉井鋼筋底板制作時滿足焊接要求。其余井壁插筋、錨固筋嚴格按照設計要求執(zhí)行，確保其錨固、搭接長度。

(2)模板施工。沉井刃腳底模：刃腳處內(nèi)側(cè)斜面模板采用磚胎模，磚模用標準磚，M5.0水泥砂漿砌筑。磚模砌成連續(xù)結(jié)構(gòu)，其斜面需要用砂漿找平。

井壁模板：采用建筑鋼模板，模板安裝前均勻涂刷隔離劑，隔離劑不可沾污鋼筋及混凝土接茬處。固定模板的做法：采用直徑為14mm對拉螺栓，以及利用3字型扣件對內(nèi)外模板外側(cè)橫、立桿進行加固，使其上下左右連成整體。另外橫向采用φ25mm的鋼筋，豎向采用φ48mm的鋼管作圍護加固，每隔0.4m布置一道，確保模板在澆筑混凝土時不產(chǎn)生變形、位移。

(3)混凝與澆筑。澆筑混凝土前，先在澆筑倉內(nèi)鋪2cm厚M30水泥砂漿，然后再進行澆筑。本工程選用商品混凝土，通過混凝土泵將混凝土送到各個澆筑點，并使?jié)仓r每層的攤鋪厚度為30～50cm。當澆筑高度超過2m時，采用串筒進行澆筑，以防止混凝土離析。澆筑混凝土時，應注意觀察混凝土面的上升狀態(tài)，應使混凝土面高度同步均勻上升。入倉混凝土采用插入式振動器振搗，振搗應均勻，不得漏振和過振，對鋼筋密集的位置如刃腳處，可采取模板上預留孔洞等方法確保振搗密實。

為了確保沉井下沉工程中的結(jié)構(gòu)安全，預留洞口位置需要全部澆筑混凝土，洞內(nèi)設置雙層φ12mm的碳纖維筋代替鋼筋，補強結(jié)構(gòu)缺陷，同時洞口外圍設置注漿管，以便后期頂管機入洞時進行壁厚補漿使用，澆筑完成后將對拉螺桿從預留洞中取出，孔洞中間采用砂漿填充，兩端采用木塞堵死以防下沉過程中井內(nèi)漏水。

2.4 井筒下沉

井壁部分混凝土達到設計強度的70%時方可進行井筒下沉施工。井筒下沉前，應事先做好準備工作，首先對井筒內(nèi)的雜物進行清理，并對拆除模板后的螺栓孔洞進行防滲處理；其次應對混凝土墊層進行拆除，根據(jù)沉井重心位置及沉井結(jié)構(gòu)對素混凝土墊層、磚模進行分組編號，編制拆除流程圖。先拆除井壁外側(cè)素墊層，再拆除井內(nèi)磚胎模，最后拆除井內(nèi)素混凝土墊層。

為了保證沉井施工能順利下沉，需驗算沉井是否滿足下沉要求：下沉系數(shù)K=(G-F)/Rf。式中：G為沉井自重(kN)；F為下沉過程中水的浮托力(kN)；Rf為井壁總摩阻力(kN)。所算得的下沉系數(shù)K，取值范圍為1.05～1.25即為滿足要求。

2.5 沉井封底

沉井封底應在沉井下沉到設計標高后進行，經(jīng)8h的沉降觀測，當8h累計沉降量不大于1cm時方可進行封底工作。本工程選用不排水沉井封底施工，其施工工藝流程為：清除刃腳殘渣→井壁接觸部位清洗→水下素混凝土澆筑→養(yǎng)護、抽水→鋼筋混凝土底板施工。

沉井封底前，用水槍、鋼絲刷對井體與素混凝土接觸部位進行清掃，以清除附著在井壁上的淤泥等雜物，保證素混凝土與井體良好接觸。根據(jù)豎井的不同形狀，均勻布置4根導管，當4根導管同時澆筑時，豎井內(nèi)布置澆筑平臺2組，采用4根型鋼組焊的鋼梁制作而成，其上固定集料斗及工作平臺，其下懸掛導管及操作平臺。澆筑混凝土時，應使首批灌注下去的混凝土能滿足導管初次埋置深度的需要，因此初灌量應根據(jù)澆注時的水位高度進行計算確定。導管開始澆筑后，澆筑工作應連續(xù)進行。澆筑過程中，導管提升要保持順直，不得左右晃動，并且要確保導管始終埋沒混凝土深度為1.0m左右。提升導管速度緩慢且均勻，每次提升高度一般為0.2m。為了避免導管返水，導管提升只能在澆筑混凝土時進行，當澆筑到接近設計標高時，應逐步減少導管埋沒深度，同時加大混凝土一次下料量，以減小混凝土表面坡度。

2.6 鋼筋混凝土底板施工

當封底混凝土強度達到設計要求時，進行鋼筋混凝土底板的澆筑。清除封底表面浮淤等雜物后在進行底板鋼筋的綁扎，與井壁預留鋼筋的連接全部采用單面搭接焊進行，焊接長度不小于10d，以保證底板鋼筋的有效連接。底板鋼筋綁扎時，由于鋼筋面積較大，因此，在鋼筋綁扎時，除底層鋼筋網(wǎng)片綁扎時先安裝墊塊外，上層鋼筋網(wǎng)中間應間隔1.2～1.5m距離設置支撐鋼筋，防止鋼筋網(wǎng)片下垂，影響底板混凝土的整體質(zhì)量。鋼筋綁扎完成后，在豎井的四周設置好底板澆注面高程線，以隨時控制和檢查混凝土底板的澆注平整度。

3 施工中的注意事項

3.1 防止突沉

挖土時，應均勻控制出土，不能將刃腳部位的土層全部挖空，而是保留50cm寬的土堤不挖，使沉井自身擠土緩慢下沉。對于不能的土層應嚴格控制挖土深度，防止沉井發(fā)生突然下沉。對于砂質(zhì)及地下水較豐富的土層，應控制降水的深度，控制井筒內(nèi)外水位的高差，減小動水壓力，防止井內(nèi)產(chǎn)生流砂或隆起現(xiàn)象。本工程根據(jù)實際地質(zhì)情況采取不排水下沉的方法施工，則可以避免流砂問題的發(fā)生。

3.2 加強沉降監(jiān)測控制

井筒發(fā)生偏斜是沉井下沉過程中的主要問題，加強沉降監(jiān)測主要是及時發(fā)現(xiàn)井筒沉降偏斜問題進而采取及時糾偏措施。監(jiān)測控制系統(tǒng)沿井筒外壁4個對稱點(兩個相互垂直外徑的端點)設立高程標記，用水準儀事先測出全部初始數(shù)據(jù)并加以記錄。井筒下沉時，應隨沉隨測，保證測量的持續(xù)性。對每次測量的數(shù)據(jù)進行分析，判斷井筒發(fā)生傾斜的方向并分析原因，如在下沉慢的一側(cè)多挖土，在下沉快的一側(cè)不挖土或做人工墊層。測量時間每班至少4次，在下沉速度較快和糾偏時應加大測量密度。

3.3 加強施工縫的處理

當混凝土澆筑到每節(jié)沉井設定的標高時，將止水鋼板沿井壁中心線按照要求安裝固定好，在混凝土強度未達到70%設計強度前避免碰撞或松動。在井筒接高前，應對接縫表面處的浮漿和松動碎石進行鑿除，并用清水進行沖洗干凈，然后攤鋪3～5cm厚同等級水泥砂漿后，再進行混凝土澆筑，以確保施工縫處的結(jié)構(gòu)安全。

本工程施工線路長，涉及的工作豎井數(shù)量多，針對不同的豎井所處位置的施工現(xiàn)場環(huán)境及水文地質(zhì)條件，應該合理選用不同的沉井施工方案，比如基坑地基處理方案、井筒下沉方案以及監(jiān)測方案等。以上基于典型的豎井沉井工作流程，對其施工中的技術(shù)要點及控制措施進行了詳細的分析，可以為類似的工程提供參考價值。在以后的項目施工當中，應該對沉井技術(shù)的應用進一步完善，除了要保證施工進度、合理控制施工成本以外，還要對沉井下沉的方法、偏移監(jiān)測技術(shù)、糾正方法及材料選型等方面進一步完善。

參考文獻：

[1] 于德國,張 彬,鄭敏麗.沉井施工技術(shù)在盤錦的應用[J]. 西安文理學院學報(自然科學版),2017,20(2):117-119.

[2] 趙維春,徐曉波.盲板封底法在污水提升泵房沉井施工中的應用[J].中國給水排水,2015,31(12):120-122.

[3] 韓寶祥,徐紅兵. 取水泵房沉井施工技術(shù)及質(zhì)量控制措施[J].江蘇水利,2015,10(8):13-16.

[4] 陸 俊.沉井施工質(zhì)量控制方法及應用[J].四川水泥,2016,15(11)：203.