富水地質(zhì)沉井封底施工技術(shù)研究

劉曉程

中國(guó)一冶集團(tuán)有限公司，中國(guó)·湖北 武漢 430081

1 引言

在中國(guó)沿海地區(qū)及部分省份，河流密布，水域面積廣闊，地下水位高，絕大部分屬于富水地層。沉井是一種常見的建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，富水地層的沉井施工具有諸多不便，特別是地層沉井封底是一個(gè)非常困難的工程，不僅要對(duì)施工工藝和施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的把控，還需要充分考慮地下水流動(dòng)對(duì)施工過程以及后期沉井應(yīng)用帶來(lái)的不利影響。

常規(guī)的沉井結(jié)構(gòu)及其施工方法直接應(yīng)用于富水地質(zhì)地區(qū)時(shí)，在沉井封底施工過程中，沉井基底易出現(xiàn)管涌、降水井井壁易出現(xiàn)坍塌等情況，這不僅增加了作業(yè)難度，耗費(fèi)工期長(zhǎng)，而且管涌、流沙及周邊塌陷等問題的存在，也會(huì)帶來(lái)較大的安全隱患。

2 富水地質(zhì)沉井封底結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

①通過在沉井基底墊層中設(shè)置加固結(jié)構(gòu)，加固結(jié)構(gòu)中加固薄板與沉井刃腳通過膨脹螺栓緊固連接，加固鋼筋穿過加固薄板上的鋼筋緊固件，并設(shè)置插筋，保障沉井封底的結(jié)構(gòu)安全。

②通過將沉井底板預(yù)制加工，縮短沉井封底的施工周期，避免基低長(zhǎng)時(shí)間在富水地質(zhì)裸露，降低風(fēng)險(xiǎn)。

③沉井降水管設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間采用螺紋接口，底部采用錐型傘口并內(nèi)設(shè)鋼絲網(wǎng)，與沉井預(yù)埋件采用用豎向連接板焊接，提升降水結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3 富水地質(zhì)沉井封底結(jié)構(gòu)的工藝原理

井底結(jié)構(gòu)自上而下分為井底預(yù)制板、墊層和封底結(jié)構(gòu)共三層結(jié)構(gòu)。其中，底部的封底結(jié)構(gòu)的加固底板借助于環(huán)向鋼筋以及沿封底結(jié)構(gòu)半徑方向設(shè)置的加固鋼筋提高了整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，封底結(jié)構(gòu)的加固底板還設(shè)置有插筋；封底結(jié)構(gòu)的加固側(cè)圍還通過緊固組件與刃腳的內(nèi)側(cè)壁實(shí)現(xiàn)固定連接，上述結(jié)構(gòu)確保了井底與井壁連接的牢固性和整體穩(wěn)定性，解決了富水地質(zhì)地區(qū)沉井封底施工過程中沉井基底易出現(xiàn)管涌的問題，保障沉井封底的結(jié)構(gòu)安全。

井底的上層結(jié)構(gòu)井底預(yù)制板采用拼裝的形式，能夠節(jié)約工期，縮短施工所需時(shí)間，井底預(yù)制板的拼裝骨架外側(cè)錨入井壁的拼接槽中，進(jìn)一步加強(qiáng)了井底與井壁之間連接的穩(wěn)定性。此外，通過將沉井底板預(yù)制加工，解決了沉井施工周期較長(zhǎng)、影響沉井封底速率的問題，縮短沉井封底的施工周期，避免基底長(zhǎng)時(shí)間在富水地質(zhì)裸露，降低風(fēng)險(xiǎn)。

采用降水管替代常規(guī)的降水井，降水管采用帶有密孔的硬質(zhì)材料制成，并通過豎向設(shè)置的連接板安裝于所述井壁外側(cè)壁上。降水管還設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間采用螺紋接口，底部采用錐型傘口并內(nèi)設(shè)鋼絲網(wǎng)，與沉井預(yù)埋件采用用豎向連接板焊接，解決富水地質(zhì)地區(qū)沉井封底施工過程中降水井井壁易出現(xiàn)坍塌的問題，提升降水效果，保證沉井封底的順利施工。

4 富水地質(zhì)沉井封底結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式

一種富水地質(zhì)沉井結(jié)構(gòu)，其包括井壁、井底和降水管；井壁環(huán)繞井底設(shè)置，其底部設(shè)有刃腳，刃腳上方的井壁內(nèi)側(cè)開設(shè)有拼接槽；井底自上而下依次包括井底預(yù)制板、墊層和封底結(jié)構(gòu)（見圖1）。

井底預(yù)制板包括拼裝骨架和拼裝在其內(nèi)部的若干沉井底板預(yù)制片，拼裝骨架的外側(cè)通過拼接槽與井壁固定連接；封底結(jié)構(gòu)包括加固底板和連接在加固底板外圍并與其形成夾角的加固側(cè)圍；加固底板包括多道同心設(shè)置的環(huán)向鋼筋以及沿其半徑方向設(shè)置的加固鋼筋，加固底板的表面垂直設(shè)有的若干插筋；加固側(cè)圍與刃腳的內(nèi)側(cè)壁通過緊固組件固定連接；降水管由帶有密孔的硬質(zhì)材料制成，其通過連接板安裝于井壁外側(cè)壁上。

針對(duì)現(xiàn)有的沉井結(jié)構(gòu)應(yīng)用于富水地質(zhì)條件下，容易出現(xiàn)的管涌和降水井井壁易坍塌的問題，設(shè)計(jì)一種新型的沉井封底結(jié)構(gòu)。針對(duì)沉井的井底結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，將井底結(jié)構(gòu)自上而下分為井底預(yù)制板、墊層和封底結(jié)構(gòu)三層結(jié)構(gòu)，其中，上層的井底預(yù)制板采用拼裝的結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)約工期，縮短施工所需時(shí)間，其外側(cè)安裝于井壁的拼接槽中，與井壁實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固連接；中間的墊層為沉井施工提供作業(yè)環(huán)境，保證沉井基底的承載力；底部的封底結(jié)構(gòu)借助于環(huán)向鋼筋以及沿封底結(jié)構(gòu)半徑方向設(shè)置的加固鋼筋的配合提升整體強(qiáng)度，封底結(jié)構(gòu)還通過加固側(cè)圍與刃腳的內(nèi)側(cè)壁實(shí)現(xiàn)固定連接，確保了井底結(jié)構(gòu)與井壁連接的牢固性和整體穩(wěn)定性，有效避免管涌情況的發(fā)生。

現(xiàn)有的降水井井壁一般采用泥漿護(hù)壁，在富水地質(zhì)情況下，地下水位的變化和沉井下沉擾動(dòng)易使降水井出現(xiàn)塌孔，本實(shí)施例利用了降水管代替常規(guī)的降水井，降水管采用硬質(zhì)材料制成，還分布有利于降水的密孔，再借助連接板與沉井井壁的預(yù)埋件進(jìn)行焊接，整體結(jié)構(gòu)牢固可靠，不易塌陷。沉井結(jié)構(gòu)的外側(cè)環(huán)繞設(shè)有止水帷幕。

井底預(yù)制板的拼裝骨架包括環(huán)形外圍及其內(nèi)部的十字支撐，環(huán)形外圍以及十字支撐與沉井底板預(yù)制片對(duì)應(yīng)的位置，均設(shè)有拼裝接口。

沉井底板預(yù)制片為1/4 圓的扇形片，其邊緣設(shè)有用于與拼裝骨架的拼裝接口形成固定連接的預(yù)留鋼筋。在進(jìn)行井底預(yù)制板的施工時(shí)，先利用沉井底板預(yù)制片邊緣的預(yù)留鋼筋與拼裝骨架的拼裝接口形成固定連接，再將拼裝骨架的環(huán)形外圍錨入沉井井壁的拼裝槽中。采用預(yù)制加工的方式進(jìn)行井底預(yù)制板的施工，解決了現(xiàn)有沉井施工周期較長(zhǎng)、影響沉井封底速率的問題，有效縮短沉井封底的施工周期，避免基底長(zhǎng)時(shí)間在富水地質(zhì)裸露，進(jìn)一步降低管涌風(fēng)險(xiǎn)[1]。

沉井底板預(yù)制結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

封底結(jié)構(gòu)的加固底板上，沿半徑方向設(shè)有多個(gè)供加固鋼筋穿過的鋼筋緊固件。鋼筋緊固件的一端與加固底板焊接，其另一端設(shè)有供加固鋼筋穿過的通孔。加固鋼筋穿過的鋼筋緊固件后，與對(duì)應(yīng)的環(huán)形鋼筋進(jìn)行綁扎。插筋是垂直于加固底板所在平面設(shè)置的，插筋需預(yù)留出500 mm 的長(zhǎng)度，用于錨入沉井的墊層中，以提高沉井封底結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性（見圖3、圖4）。

封底結(jié)構(gòu)上設(shè)置緊固組件，緊固組件包括螺母、膨脹螺栓和墊片，將加固側(cè)圍與刃腳的內(nèi)側(cè)壁牢固連接，加強(qiáng)封底結(jié)構(gòu)與井壁之間的整體連接穩(wěn)定性。

沉井降水管由多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接而成，相鄰的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有螺紋接口。這種拼裝式的結(jié)構(gòu)有利于沉井的下沉施工，施工過程中不易出現(xiàn)彎折的情況。

降水管標(biāo)準(zhǔn)節(jié)示意圖見圖5。

降水管的底部設(shè)有錐形傘口，錐形傘口內(nèi)設(shè)有鋼絲網(wǎng)。其中，底部的錐形傘口能夠減小降水管施工過程中穿土的阻力，鋼絲網(wǎng)的設(shè)置能夠?qū)Τ樗眠M(jìn)行保護(hù)。

沉井將水管設(shè)置多個(gè)連接板，等間距設(shè)置于降水管與井壁之間，其兩端通過焊接的方式與降水管和井壁固定連接。降水管與連接板的設(shè)計(jì)取代了常規(guī)的降水井結(jié)構(gòu)，解決富水地質(zhì)地區(qū)沉井封底施工過程中降水井井壁易出現(xiàn)坍塌的問題，提升降水效果，保證沉井封底的順利施工[2]。

加固薄板與刃腳示意圖見圖6。

5 富水地質(zhì)沉井封底結(jié)構(gòu)的施工操作要點(diǎn)

5.1 降水措施

在沉井井壁上設(shè)置預(yù)埋件，降水管與預(yù)埋件之前通過豎向連接板焊接連接，降水管設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間采用螺紋接口，根據(jù)沉井下沉速度逐節(jié)安裝，底部采用錐型傘口并內(nèi)設(shè)鋼絲網(wǎng)，沉井井壁外側(cè)設(shè)置止水帷幕。

5.2 封底加固件安裝

沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后安裝，加固結(jié)構(gòu)中加固薄板與沉井刃腳通過膨脹螺栓緊固連接，加固鋼筋穿過加固薄板上的鋼筋緊固件，并設(shè)置插筋。

5.3 沉井封底前準(zhǔn)備

沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后觀察其穩(wěn)定性，在8 h 內(nèi)沉井自沉累計(jì)量不大于10 mm，并每小時(shí)觀察自沉量，在沉井下沉已經(jīng)穩(wěn)定時(shí)，方可進(jìn)行封底[3]。

5.4 基底墊層澆筑

在封底加固件安裝完成后，由于沉井下沉到位時(shí)，井底呈鍋底型，鍋底深度比沉井底部深2～3 m[4]，超挖部分及墊層采用素混凝土回填。

5.5 沉井底板施工

沉井底板預(yù)制片吊裝到位后，確保預(yù)制片預(yù)留鋼筋均勻錨入沉井井壁凹槽，預(yù)制片之間拼接接口寬度均勻，然后澆筑沉井預(yù)制片接頭處混凝土。

5.6 沉井驗(yàn)收回填

沉井檢查驗(yàn)收合格之后，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度方可進(jìn)行沉井四周的回填施工?；靥顟?yīng)均勻、對(duì)稱進(jìn)行，防止不均勻受力而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞或位移，填料應(yīng)分層壓實(shí)，壓實(shí)系數(shù)應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，富水地質(zhì)沉井封底結(jié)構(gòu)可有效防止沉井封底施工過程中沉井基底出現(xiàn)管涌、降水井井壁出現(xiàn)坍塌等問題，在富水地質(zhì)條件下沉井封底施工中可廣泛推廣應(yīng)用，但需要注意的是富水地質(zhì)沉井封底施工過程中要特別關(guān)注施工的關(guān)鍵點(diǎn)，要嚴(yán)格把控各施工關(guān)鍵點(diǎn)的施工質(zhì)量，保障施工的連貫性。富水地質(zhì)條件下，沉井封底施工存在一定的安全隱患，通過該沉井封底技術(shù)的應(yīng)用，可提升沉井封底結(jié)構(gòu)的整體性，并縮短基底在富水地質(zhì)裸露的時(shí)間，降低安全風(fēng)險(xiǎn)[5]。