沉井施工重難點(diǎn)控制

于延軍

（中鐵二十四局集團(tuán)江蘇工程有限公司，江蘇 南京 210000）

鋼筋混凝土沉井的施工程序：先整平施工場地，現(xiàn)場預(yù)制一個(gè)鋼筋混凝土沉井，然后從中間向四周分層不間斷挖土，施工土方放置在規(guī)劃的取棄土場。下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，進(jìn)行內(nèi)部加固封底處理。

沉井施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟、開挖少，對(duì)周邊土體及建筑物擾動(dòng)少，在基坑較深的情況下整體性和穩(wěn)定性更好，能承受較大的荷載。

文章以連云港市飲用水輸水工程薔薇湖輸水泵站工程取水口吸水井為研究對(duì)象，分析沉井施工重難點(diǎn)及沉井下沉糾偏施工等。

1 工程概況

1.1 沉井概況

薔薇湖輸水泵站工程吸水井采用排水下沉的方法施工，施工場地標(biāo)高為3.0 m，沉井設(shè)計(jì)起沉標(biāo)高為1.2 m，標(biāo)高1.5 m，以上部分待沉井底板澆筑且頂管工程結(jié)束后施工，井頂活荷載標(biāo)準(zhǔn)值4.0 kN/m2，沉井兼做頂管工作井。

吸水井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為矩形鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)，沉井周邊止水帷幕和頂管進(jìn)出洞口土體加固采用φ850@600三軸水泥攪拌樁。

沉井外邊尺寸為42.4 m×17.5 m，沉井-11.4～-9.9 m范圍外墻厚為1.4 m，-11.4～-3 m范圍外墻厚為1.1 m，-3～2.5 m范圍外墻厚為0.9 m，沉井頂部的設(shè)計(jì)標(biāo)高為2.5 m，沉井刃腳底的設(shè)計(jì)標(biāo)高為-12.4 m，沉井結(jié)構(gòu)總高14.9 m（ 含刃腳）。

1.2 地質(zhì)分析

薔薇湖輸水泵站工程吸水井周邊環(huán)境條件復(fù)雜，實(shí)際下沉深度為13.6 m，地層巖性主要為素填土、淤泥、淤泥質(zhì)黏土夾粉砂及粉質(zhì)黏土。沉井施工過程中受到地下水浮力影響，會(huì)對(duì)沉井下沉帶來困難。

2 沉井施工控制難點(diǎn)

2.1 多箱室沉井均勻下沉傾斜

吸水井沉井共計(jì)10個(gè)箱室，井壁外側(cè)60 cm為85 cm水泥攪拌樁止水帷幕，沉井下沉四腳高差≤1.5%～2.0%L （L為設(shè)計(jì)沉井長度），沉井下沉中心位移≤1.5%H （H為設(shè)計(jì)沉井高度）[1]，對(duì)沉井施工過程中下沉要求高，尤其多箱室整體下沉，刃腳下面分層均勻掏土比較難以控制，沉井比較容易產(chǎn)生傾斜，偏差過大會(huì)與止水帷幕碰撞導(dǎo)致下沉困難及止水效果減弱。

2.2 沉井下沉困難

沉井下沉穿越粉質(zhì)黏土層，下沉過程中井壁與外側(cè)土層間的摩擦力過大，導(dǎo)致沉井無法下沉。此時(shí)應(yīng)及時(shí)對(duì)沉井進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲?、及時(shí)抽水減小浮力避免水下下沉、井壁外層灌注泥漿等。

3 沉井下沉計(jì)算

（1） 沉井自重計(jì)算：

吸水井沉井自重G=76 061 kN；

（2） 摩阻力計(jì)算：

注漿前f摩1=μ1A=63 877 kN ；f摩2=μ2A=10 398 kN ；

A為井外壁面積，μ為井壁與外側(cè)土層間的摩擦力 （外壁注漿μ=7 kN /m2，實(shí)際摩擦阻力加權(quán)平均值μ=43 kN /m2）；

（3） 刃腳反力計(jì)算：

[f]為地基容許承載力，吸水井設(shè)計(jì)標(biāo)高底層土層為粉質(zhì)黏土，地基承擔(dān)荷載力[f]=200 kPa；S為刃腳的底面積；

（4） 沉井所受浮力：

有水階段F浮=V×μ水=100 912 kN；

V為沉井浸沒體積，μ水為水密度；

（5） 下沉驗(yàn)算 ：

當(dāng)沉井下沉?xí)r，計(jì)算取刃腳以下土層被挖空無反力，此時(shí)R反=0。

則下沉系數(shù)：

（無水下沉，F(xiàn)浮=0），滿足下沉要求。

當(dāng)沉井處于下沉到位狀態(tài)時(shí)，由于停止挖土，刃腳底面土體成穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)：

則穩(wěn)定系數(shù)：

（無水下沉，F(xiàn)浮=0），滿足最終沉降整體和局部穩(wěn)定要求。

（6） 沉井抗浮動(dòng)計(jì)算：

封底完成后，

滿足抗浮動(dòng)要求。

4 吸水井下沉困難解決措施

4.1 原因分析

（1） 土層地質(zhì)發(fā)生變化，側(cè)向土體對(duì)沉井摩阻力增大，井壁整體承受豎向阻力超過了沉井主體結(jié)構(gòu)的重力。

（2） 沉井刃腳寬度為90 cm，設(shè)計(jì)寬度過大，實(shí)際受摩阻面積過大，產(chǎn)生的下沉阻力過大，影響沉井下沉。

（3） 刃腳底部土層局部存在塊石、含礫黏土等障礙物，導(dǎo)致沉井局部無法下沉或刃腳被砂礫擠實(shí)導(dǎo)致沉井刃腳受壓無法下沉。

（4） 沉井下沉遇阻，無處理措施或處理措施失效。

（5） 沉井下沉中斷過長，在粉質(zhì)黏土層中停留時(shí)間過長，導(dǎo)致土體性質(zhì)變化而使下沉受阻。

4.2 助沉措施

（1） 沉井施工前對(duì)竹膠板進(jìn)行表面刷脫模劑處理，保證沉井井壁光滑，博班加工安裝時(shí)做到拼縫嚴(yán)密，確保拼縫規(guī)則。

（2） 當(dāng)沉井下沉困難時(shí)可采用配重法施工，即利用沉井頂面橫梁、隔墻鋪設(shè)作業(yè)平臺(tái)，平臺(tái)堆載沙袋、混凝土預(yù)制塊等重物，增加沉井自重。

（3） 沉井施工穿越軟黏性土層時(shí)，如文章參考的吸水井下沉系數(shù)1.19，下沉系數(shù)低，施工過程中應(yīng)全時(shí)段同步開挖下沉，盡量減少下沉?xí)r間。

（4） 沉井下沉過程中常用的一種輔助下沉方式就是射水法，它的主要工作方式是在井室內(nèi)對(duì)稱預(yù)埋多道射水管，預(yù)埋設(shè)水管的外側(cè)安裝一個(gè)喇叭狀的射水嘴，射水嘴應(yīng)緊貼井壁防止損壞，當(dāng)沉井下沉遇阻停止下沉或下沉緩慢時(shí)，在沉井四周高壓噴水，潤滑沉井外壁接觸面，使沉井順利下沉。

（5） 注漿法也是沉井下沉過程中常用的一種輔助下沉方式，在井室內(nèi)的對(duì)稱預(yù)埋泥漿套管，當(dāng)沉井施工下沉受阻時(shí)，注漿機(jī)在沉井外側(cè)四周填充泥漿潤滑沉井外壁，減小側(cè)向摩阻系數(shù)，使沉井順利下沉。

5 沉井糾偏

5.1 原因分析

（1） 沉井井壁施工，立模時(shí)表面平整度未控制精確，導(dǎo)致混凝土井壁本身偏斜。

（2） 地基處理不到位，導(dǎo)致沉井澆筑過程中地基不均勻沉井，沉井主體傾斜或變形。

（3） 沉井下沉過程中挖土出現(xiàn)不均勻或地層土質(zhì)軟硬不均勻?qū)е缕薄?/p>

（4） 沉井開挖過程中井外側(cè)臨時(shí)堆土不當(dāng)，造成土體壓力差產(chǎn)生偏斜。

（5） 沉井底部的局部遇到塊石、含礫黏土等障礙物等，引起沉井偏斜。

5.2 糾正措施

（1） 施工前沉井地基必須按照設(shè)計(jì)方案要求處理，場地整平壓實(shí)要求高標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行地基承載力試驗(yàn)。場地四周標(biāo)高控制精確，減少測量誤差帶來的影響。

（2） 均勻下沉，施工過程中不得超挖，應(yīng)對(duì)井壁四周均勻挖土，當(dāng)發(fā)生不均勻沉降時(shí)，沉降慢側(cè)多挖，沉降快側(cè)少挖。

（3） 施加不對(duì)稱側(cè)向力也是糾正沉井偏斜的一種常用辦法，井壁頂部不對(duì)稱壓重、井壁四周不對(duì)稱射水、不對(duì)稱注漿也是克服沉井偏斜的重要措施。

（4） 下沉過程中，遇到樹根、石頭阻擋要求探查并清除，在挖機(jī)無法處理的情況下可采用破碎機(jī)及時(shí)進(jìn)行破碎處理，破碎完成后及時(shí)清理挖除。

（5） 開挖順序應(yīng)根據(jù)不同土壤條件及時(shí)調(diào)整。分層開挖，均勻開挖，保證下沉均勻。

①對(duì)松軟土質(zhì)，直接開挖井室內(nèi)部土層，后開挖隔墻土層，最后保留外側(cè)井壁土堤，使沉井依靠自身重力擠壓松軟土下沉；

②對(duì)稍密的土層，沉降受到側(cè)摩阻力大，可從沉井中間向四周分層均勻開挖，保證下沉均勻；

③當(dāng)遇到土質(zhì)軟硬不均的時(shí)候，應(yīng)先挖硬的一側(cè)，后挖軟的一側(cè)；

④對(duì)流砂層只挖中間不挖四周，防止沙涌；

⑤當(dāng)遇到堅(jiān)硬土層，可分段掏空刃腳，并隨即回填砂礫，待最后開挖完成后，可分層逐步挖去回填填料，使其均勻下沉。

⑥沉井傾斜如受地下水方向影響時(shí)，先挖背水方面的土，后挖迎水方向的土。

（6） 沉井四周嚴(yán)禁堆土，挖出的土方及時(shí)外運(yùn)，如施工現(xiàn)場條件不允許，挖出土方應(yīng)倒運(yùn)至離井壁四周影響范圍之外處，且四周均勻堆放。

（7） 開挖下沉保證定時(shí)定點(diǎn)監(jiān)測位移及沉降量，保證施工質(zhì)量可控。

6 結(jié)語

沉井施工作為一種經(jīng)典的深基坑作業(yè)方式，其技術(shù)成熟、安全性高、適用性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好。結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步和建筑施工信息化，沉井施工定能有質(zhì)量優(yōu)化并有更廣泛的適用范圍。