沉井的施工探討

李瑞華

摘 要：沉井作為反工序施工,同時(shí)也是“先深后淺”施工的特例已經(jīng)作為一種施工技術(shù)普遍的被采

用于實(shí)際工作中.但是由于施工地質(zhì)情況千差萬(wàn)別,故采用沉井下沉方式也不一樣.現(xiàn)就常州中天鋼鐵南區(qū)二期棒線工程一次鐵皮沉淀池的下沉方式—不排水水沖法施工和經(jīng)常采用的下沉方式—排水下沉挖土（人工或風(fēng)動(dòng)工具挖土）、不排水下沉抓斗挖土作對(duì)比,以點(diǎn)帶面希望能從中找到不同水沖法之間的區(qū)別及相較于沉井其他取土下沉方式的在特定環(huán)境中的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì),以及在施工中遇到的技術(shù)問(wèn)題的解決方案的探討總結(jié),以便于在今后類似的工作中有所借鑒.

關(guān) 鍵 詞： 沉井 不排水水沖法 排水水沖法 取土方式 施工方式比較

中圖分類號(hào)： U443.13+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

Abstract： Open caisson as the reverse construction process, but also the " deep to shallow"construction case has been used as a construction technology are widely used in the practical work. But because the construction geological condition differ in thousands of ways, so the use of open caisson sinking way is also different. Now Changzhou Transit District phase two wire rod steel engineering a tin of sedimentation tank sink, drainage water washing method is often used in construction and sinking - Drainage sinking excavation ( manual or pneumatic tools digging), no drainage sinking grab excavation for comparison, fan out from point to area hoping to find the difference between different water washing method and compared with other soil sinking caisson method in the specific environment advantage and disadvantages, as well as in the construction of the technical problems of the solution on the summary, in order to learn similar work in the future.

Key Words：Caisson; Undrained water flushing method; drainage water washing method; Sampling mode; construction mode.

1不排水水沖法沉井的概念

所謂排水與否取決于地下水的情況，當(dāng)土質(zhì)條件較差，可能發(fā)生涌土、涌砂、冒水或沉井產(chǎn)生位移、傾斜及沉井終沉階段下沉較快有超沉可能時(shí)，才向沉井內(nèi)灌水，采用不排水下沉，或當(dāng)?shù)叵滤惠^深，處于池體的底板以下，或該處不存在地下水不需要進(jìn)行排水操作時(shí)，采用不排水下沉。水沖法沉井施工是采用高壓水泵將高壓水流通過(guò)進(jìn)水管分別送進(jìn)沉井內(nèi)的高壓水槍，利用高壓水槍射出的高壓水流沖刷土層，使其形成一定稠度的泥漿匯流至集泥坑，然后用水力吸泥機(jī)（或空氣吸泥機(jī)）將泥漿吸出，從排泥管排出井外的一種方法。

2應(yīng)用舉例

2.1工程概況

常州中鐵鋼鐵南區(qū)二期棒線工程一次鐵皮沉淀池,結(jié)構(gòu)實(shí)體高度為15.2米,下沉深度為9.2米, 外包尺寸為49.2m×22.4m,如此體積的沉井如果采用大開挖不但會(huì)加大施工成本,而且施工期間正好處于梅雨時(shí)節(jié),陰雨連綿,安全隱患極大。如果采用干挖法，施工人員離刃腳距離過(guò)近，考慮到沉井的施工工藝及天氣的原因，危險(xiǎn)性也較大，故采用水沖法下沉的方式進(jìn)行施工較為合理可行。

2.1.1、巖土工程分析與評(píng)價(jià)

（1）第一層耕田土呈濕/松散狀態(tài),局部稍密狀態(tài),厚度一般為0.9~4.0米左右,局部原為溝塘處。

（2）第二層可塑粉質(zhì)粘土層,平均含水量30.56%,平均空隙比為0.87,平均液化指數(shù)0.55.在第二層上部局部地段分布有流塑~軟塑粉質(zhì)粘土第○2-1層,呈飽和/軟~流塑狀態(tài),局部為淤泥質(zhì)土,平均含水量35.37%。

（3）第三層粉質(zhì)粘土層，呈燒濕、硬塑狀態(tài)，平均含水量24.93%，平均空隙比0.718。

（4）第四層可塑狀態(tài)粉質(zhì)粘土夾粉土層，平均含水28.83%，平均空隙比0.822。

（5）第○4-1層粉質(zhì)粘土，呈飽和、軟~流塑狀態(tài)、局部為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，平均含水量34.76%。

（6）第○5層硬塑狀態(tài)粉質(zhì)粘土，平均液化指數(shù)為0.16。

（7）第○6層可塑狀態(tài)粉質(zhì)粘土加粉圖層，平均液化指數(shù)為0.52。

2.1.2、場(chǎng)地地下水概況

場(chǎng)內(nèi)地下水屬于上層滯水，主要接受大氣降水和地表水補(bǔ)給。地下水穩(wěn)定水位埋深為0.24~3.0米，標(biāo)高為0.88~2.62米。

結(jié)合上述地質(zhì)情況及開挖至-6.0m時(shí)的基坑存水的實(shí)際情況，比較適合于不排水水沖法施工。

2.2施工部署及工藝流程

本沉井施工時(shí)采用半開口施工，即先將土方開挖至-6.0m標(biāo)高,然后在+0.03m標(biāo)高的基坑中進(jìn)行沉井制作及下沉，墊層厚200mm，墊層頂面標(biāo)高-5.8m。沉井分為4段制作，一次下沉。

第一節(jié)沉井制作高度在底板以下至刃腳，高度為2.70m ～3.30m左右；

第二節(jié)沉井制作高度為4.3m～3.7 m（-8.20m～底板下標(biāo)高）；

第三節(jié)沉井制作高度為4.0m（-4.2m～-8.20 m）；

第四節(jié)沉井制作高度為4.5m（-4.2m～0.30 m）。

第三節(jié)沉井澆筑結(jié)束，結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后一次下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高-15.2 m，下沉深度為9.2m。沉井下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，即進(jìn)行沉井封底及底板施工。然后進(jìn)行第四節(jié)沉井的制作和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的施工。沉井內(nèi)隔墻應(yīng)與井壁同時(shí)施工。

土方采用水力及人工配合開挖，在沉井附近布置兩座泥漿儲(chǔ)備池，滿足不斷產(chǎn)生的泥漿的儲(chǔ)備。采用泥漿泵吸入場(chǎng)地開挖的積水坑在采用挖機(jī)及渣土車運(yùn)到業(yè)主指定的位置。

沉井封底時(shí)，要保證封底時(shí)沉井不繼續(xù)下沉，必須在井壁外做好防沉措施。

沉井施工流程：

平整場(chǎng)地→測(cè)量放線→開挖基坑→鋪砂墊層和墊木架(支刃腳模板)→沉井澆筑→布設(shè)排水溝及集水井→第一、二、三節(jié)沉井澆筑→抽出墊木架（模板拆除）→沉井下沉施工→下沉過(guò)程中的監(jiān)測(cè)→第四節(jié)沉井施工→沉井下沉封底→澆筑底板混凝土→施工內(nèi)隔墻、梁、板、頂板及輔助設(shè)施。

2.3主要施工工序及糾偏措施

2.3.1、主要施工工序

2.3.1.1、定位放線

根據(jù)業(yè)主提供的沉井附近方格網(wǎng)坐標(biāo)點(diǎn)，采用全站儀對(duì)沉井四個(gè)角進(jìn)行定位，土方開挖前，做好沉井施工的外部控制點(diǎn)。

2.3.1.2、 土方開挖

本工程場(chǎng)內(nèi)自然地坪標(biāo)高為+0.03m , 開挖深度為-6.0m。土方開挖前，放出開挖灰線,灰線尺寸為沉井各外邊向外擴(kuò)2m，因開挖深度達(dá)6.1m，確定開挖坡比為1：1。土方開挖采用反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行開挖，人工跟班清理。即機(jī)械挖至標(biāo)高-6m，剩余100mm土方采用人工開挖，開挖的土方隨挖機(jī)運(yùn)至堆場(chǎng)，確保不擾動(dòng)基底土方。場(chǎng)地內(nèi)地下水既為滯留水，故水量不大，且地下水位較高，基本上處于大開挖的-6.00m以上，所以在土方開挖后，不會(huì)產(chǎn)生大量額水，只需沿基底四周開挖盲溝，設(shè)置集水井，溝內(nèi)填鋪碎石，使地下水能沿盲溝排至集水井。沉井下沉期間坑內(nèi)設(shè)集水井，用潛水泵將水排除坑外，不需要額外的在沉井外部周圍設(shè)置輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)或深井井點(diǎn)以降低地下水位，使井內(nèi)保持挖干土。適于地質(zhì)條件較差，有流砂發(fā)生的情況時(shí)使用。

2.3.1.3、 砂墊層及土方護(hù)坡施工

土方開挖完后采用砂墊層鋪墊，（為了以后清底方便），砂墊層施工結(jié)束后，放出沉井壁板,支側(cè)壁模板.

由于基坑開挖深度達(dá)6.1m深，邊坡在粉質(zhì)土層上土質(zhì)容易脫落風(fēng)化且沉井的作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)。故在土方開挖結(jié)束后采用直徑16mm的鋼筋打鋼筋樁長(zhǎng)2.0m橫豎間距1.0m，上面綁扎直徑6mm的鋼筋網(wǎng)片，C20細(xì)石混凝土將坡面封閉處理厚度為80mm。

2.3.1.4、第一、二、三節(jié)沉池結(jié)構(gòu)實(shí)體施工（略）

沉井下沉?xí)r，第一節(jié)混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%，其余各節(jié)應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%。

2.3.1.5、沉井下沉

(1）沉井刃腳木模及墊層的拆除

刃腳木定芯模及墊層在沉井混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后方可拆除。拆除時(shí)應(yīng)在專人指揮下分區(qū)、依次、對(duì)稱、同步的進(jìn)行。先拆除木定芯模。加強(qiáng)觀測(cè)，注意下沉是否均勻，如發(fā)現(xiàn)傾斜，應(yīng)及時(shí)處理。隔墻下排架拆除后的空穴部分用草袋裝砂回填。

(2）井壁孔洞處理

沉井壁上有時(shí)留有與地下通道、地溝、進(jìn)水口、管道等連接的孔洞，為避免沉井下沉?xí)r地下水和泥土涌入，也為避免沉井各處重量不均，使重心偏移，易造成沉井下沉?xí)r傾斜，所以在下沉前必須進(jìn)行處理。對(duì)較大孔洞，在沉井制作時(shí)在洞口預(yù)埋鋼框、螺栓，用鋼板、方木封閉，中填與空洞混凝土重量相等的砂石或鐵塊配重。沉井封底后拆除封閉鋼板、擋木等。

(3）采用水力機(jī)械沖土下沉法

建立“清水→泥漿→清水”的封閉循環(huán)系統(tǒng)：水源采用附近的勝利浜。在場(chǎng)地邊開挖一座清水池、一座一次泥漿沉淀池，并在西流河附近開挖一座二次沉淀池以最終沉淀泥漿凈化從沉池底部抽上來(lái)的泥漿（該泥漿定期用挖掘機(jī)挖出晾曬，干后運(yùn)走），以期減污排放，清水排往西流河。（見附頁(yè)該循環(huán)系統(tǒng)平面布置圖）

(4）人員及物資準(zhǔn)備：

○2、沉井施工機(jī)械設(shè)備表

(5）施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置

沉井四周修筑一條8米寬的道路，采用300厚道渣鋪筑?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)置鋼筋加工場(chǎng)、木工加工棚、工具間,具體見平面布置圖。施工用水、用電從業(yè)主指定接口接入。

(6）下沉過(guò)程

①沉井的初沉：沉井初沉3～5m,是整個(gè)下沉過(guò)程的關(guān)鍵階級(jí)，它對(duì)井體起著導(dǎo)向作用，所以必須嚴(yán)格控制挖土的位置和速度，確保井體平穩(wěn)和均勻下沉。下沉過(guò)程中每8個(gè)小時(shí)測(cè)量至少測(cè)量?jī)纱?，?dāng)下沉速度較快時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，如發(fā)現(xiàn)偏移及位移時(shí)及時(shí)糾正。

沖粘性土?xí)r，宜使噴嘴接近90°的角度沖刷立面，將立面底部刷成缺口使之坍落。沖土順序?yàn)橄戎醒牒笏闹?，并沿刃腳留出土臺(tái)，最后對(duì)稱分層沖挖，盡量保持沉井受力均勻，不得沖空刃腳踏面下的土層。施工時(shí)，應(yīng)使高壓水槍沖入井底，所造成的泥漿量和滲入的水量與水力吸泥機(jī)吸入的泥漿量保持平衡。沉井的終沉：當(dāng)沉井進(jìn)入終沉階段（離刃腳踏面1m），應(yīng)減緩水力機(jī)械沖土速度，觀察沉井的沉降變化。當(dāng)刃腳踏面距離設(shè)計(jì)標(biāo)高剩50cm時(shí)，暫停水力機(jī)械沖土，利用井體自沉達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

○2沉井封底

當(dāng)沉井沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，經(jīng)觀測(cè)8h累計(jì)下沉量不大于10mm，即應(yīng)進(jìn)行沉井封底工序，經(jīng)沉井抗浮計(jì)算，抗浮系數(shù)滿足規(guī)范要求（所有基礎(chǔ)梁施工完要與沉井同時(shí)下沉）。故該沉井可設(shè)置大井抽水。

本沉井采用干封底，為確保結(jié)構(gòu)使用要求，必須做到不滲不漏。封底前采用人工將刃腳壁及井底清埋干凈，保證新老混凝土緊密接觸，確保井底的抗?jié)B要求。

○3沉井下沉的觀測(cè)

在沉井的下沉過(guò)程中，應(yīng)經(jīng)常觀測(cè)沉井的傾斜度和刃腳踏面的高程。在刃腳的入土深度未及沉井高度的1/3時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)觀測(cè)沉井井筒的傾斜度；當(dāng)沉井刃腳踏面高程下沉到距設(shè)計(jì)高程約2m時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)踏高程及下沉量的觀測(cè)。

（1）觀測(cè)要點(diǎn)

1）在水力機(jī)械沖土?xí)r，隨時(shí)觀測(cè)沉井井筒垂線的垂直度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有傾斜時(shí)，應(yīng)及時(shí)糾正。

2）沉井下沉過(guò)程中，應(yīng)對(duì)沉井的位置、標(biāo)高（沉降值）和垂直度及時(shí)進(jìn)行測(cè)量，每臺(tái)班至少測(cè)量?jī)纱危ò嘀屑懊看蜗鲁梁螅?，并作好記錄?/p>

3）如有傾斜、位移或扭轉(zhuǎn)，應(yīng)采取措施及時(shí)糾偏，使偏差控制在允許范圍之內(nèi)。

（2）、沉井井筒垂線傾斜度的觀測(cè)

沉井井筒垂線傾斜度的觀測(cè)方法為：觀測(cè)在井筒內(nèi)壁預(yù)先設(shè)定的4個(gè)垂球的錐尖是否分別在相對(duì)應(yīng)位置上的標(biāo)盤中心，當(dāng)井筒發(fā)生偏斜時(shí)，垂球錐尖就偏離標(biāo)盤中心點(diǎn)，垂球吊線就偏離井筒內(nèi)壁上的垂線。根據(jù)垂球偏離標(biāo)盤中心及偏離井筒內(nèi)壁的垂線的方位和大小進(jìn)行糾偏。一般在沉井每次下沉前后各觀測(cè)一次。

（3）沉井刃腳踏面高程及下沉量的觀測(cè)

沉井刃腳踏面高程及下沉量的觀測(cè)方法為：利用在沉井外地面上軸線位置處預(yù)先設(shè)置的水平指標(biāo)尺，分別測(cè)出下沉?xí)r刃腳踏面的高程，前、后兩次分別測(cè)得的刃腳踏面的高程差，即下沉量；刃腳踏面下沉前高程減去測(cè)得下沉?xí)r踏面高程即總下沉量。同時(shí)兩個(gè)相對(duì)點(diǎn)高差讀數(shù)之正、負(fù)差，也表示沉井井筒傾斜的方向及傾斜程度。一般上述觀測(cè)在每次下沉前、后各一次。

（4）、用水準(zhǔn)儀或激光水平儀測(cè)量沉井下沉量和下沉中的刃腳踏面高程及井筒傾斜度。

為在沉井下沉過(guò)程中較精確地測(cè)量動(dòng)態(tài)的刃腳踏面高程，測(cè)算井筒傾斜度，一般用水準(zhǔn)儀或激光水平儀測(cè)量在井外壁事先設(shè)置的4個(gè)對(duì)稱點(diǎn)的高程，然后算出踏面的高程（前后兩次高程之差即是下沉量），用相對(duì)稱點(diǎn)的高程差算出井筒傾斜角。

∠a=∠O=Sin-1BB/AB（或arcSinBB′/AB）

式中∠O—井筒的傾斜角（″）；

AB—井筒外壁的直徑（m）；

BB′—兩對(duì)應(yīng)點(diǎn)的高程差（m）。

2.3.2、 沉井的糾偏

沉井在下沉過(guò)程中，時(shí)常出現(xiàn)井筒傾斜（沉井垂直度歪斜超過(guò)允許限度）沉井位置偏移（沉井軸線產(chǎn)生位移）等情況時(shí)，應(yīng)立即分析原因，進(jìn)行糾偏。

2.3.2.1、沉井傾斜

1）原因分析

①沉井四周土質(zhì)軟硬不均；②沒有均勻水力機(jī)械沖土，使沉井內(nèi)土面高差懸殊； ③刃腳一側(cè)被障礙物攔?。?④沉井外面有棄土或堆物，井上附加荷重分布不均造成對(duì)井壁的偏壓。

2）糾正傾斜的方法

①沉井四周土質(zhì)軟硬不均及水力機(jī)械沖土不當(dāng)引起的沉井傾斜的糾偏方法有3種，即：

（A）挖土糾偏，即通過(guò)調(diào)整挖土的高差，及調(diào)整沉井刃腳處保留土臺(tái)的寬度，進(jìn)行糾偏。

在下沉較慢的一側(cè)多挖土，逐步水力機(jī)械沖掉刃腳處的土臺(tái)使刃腳懸空，使該側(cè)下沉。同時(shí)在下沉較快的一側(cè)多保留刃腳處土臺(tái)的寬度；如該處土體松軟時(shí)，應(yīng)夯實(shí)或填碎石作為加固，并在該處井筒外部地面上堆土夯實(shí)，以增加其抗力和摩阻力。采用上述的方法，如一次不能全部糾正偏斜，可按上述的方法重復(fù)進(jìn)行，至符合規(guī)定誤差為止。而后按正常下沉挖土。