沉井施工過程中的常見問題及處理辦法

摘要：沉井在施工過程中，經常會遇到難沉、突沉、沉偏、抗浮等問題，給施工帶來一定的困難。在實際生產中，解決難沉的辦法有增加沉井自重、采用泥漿潤滑套或空氣幕減小沉井外壁的摩阻力。解決突沉問題的辦法有增大刃腳阻力、設橫梁支撐等。解決沉偏問題的辦法有在高處集中挖土，或在沉井高的一側加重物或用高壓射水沖送土層，沿沉井高的一側井壁外面破壞土層結構，降低該側被動土壓力，再用井內偏挖土法糾偏；或井壁外側挖土，以減小摩擦力。有條件時，還可以在沉井頂部加偏壓重或水平拉力的方法來糾正。解決抗浮問題時，如驗算抗浮安全系數不夠時，可采取加厚井壁或增加混凝土底板厚度措施；還可以采用在封底混凝土下部設置反濾層（粗砂或碎石），并在底板上設有與反濾層相通的抽水孔或集水井。

關鍵詞：沉井 難沉 突沉 沉偏 抗浮 挖土 側摩阻力

沉井是筒狀的結構物，它是以井內挖土依靠自身重量克服井壁摩擦阻力后下沉至設計標高，然后通過混凝土封底而形成的地下深基礎。沉井的優點是埋置深度可以很大、整體性強、穩定性好，能夠承受較大的垂直荷載和水平荷載；沉井既是基礎，又是施工中擋土及擋水的圍堰結構物，施工工藝也不復雜，且占地面積較小，與大開挖相比土方量較少，能節省投資。但是沉井的缺點是施工工期較長；對細砂及粉砂類地層因井內抽水開挖，井內易發生涌砂現象，并造成沉井傾斜；沉井下沉過程中遇到大孤石、樹干或井底巖層傾角過大時，都會給施工帶來一定的困難。

1 難沉問題

沉井下沉困難，主要是由于沉井自身重量克服不了井壁摩擦阻力，或刃腳下遇到大的障礙物所致。遇到難沉時，應根據具體情況采取適當的措施，一般依靠增加沉井自重和減小井壁摩阻力兩個方面來解決，以提高下沉系數k。

1.1 增加沉井自重 可提前澆注上一節沉井來增加沉井自重，或在沉井頂上壓重物（如鋼軌、鐵塊或沙袋等）迫使沉井下沉。對于不排水下沉的沉井，可以抽出井內的水以增加沉井下沉系數k，但要保證井底不產生流沙為前提。

1.2 減小沉井外壁的摩阻力 可以將沉井設計成階梯形、鐘形，或在施工中盡量使外壁光滑。亦可在井壁內埋設高壓射水管組，利用高壓水流軟化井壁附近的土，且水流沿井壁上升而潤滑井壁。若刃腳下土層阻力過大造成難沉，則可通過挖出刃腳下的土；如遇大塊石等障礙物，必要時可以用小型爆破消除。若井內水位過高，可由潛水員進行水下清理障礙物。近年來，對于下沉較難的沉井，為了減少井壁摩阻力常采用泥漿潤滑套或空氣幕下沉沉井的方法。泥漿潤滑套法是在沉井下沉過程中，將配置好的觸變泥漿通過井壁內、外的壓漿管注入沉井井壁與土層的環狀間隙內，形成泥漿潤滑套，減小井壁摩阻力，同時泥漿在土壁上形成泥皮又進一步加固了土壁。

采用空氣幕法下沉沉井，是通過預埋在井壁四周的送氣管壓入高壓氣體，然后高壓氣流自分布在井壁各層中的噴氣孔噴出，且沿井壁外圍上升，形成一空氣幕，而使井壁周圍土松動或液化，降低井壁與地基土之間的摩阻力，促使沉井順利下沉。空氣幕法沉井的優點在于下沉量容易控制；尤其當沉井發生偏斜或有偏斜趨勢時，可以通過井壁不同部位的氣龕噴射空氣，對沉井的偏斜進行調整與控制；空氣幕法可以水下施工，不受水深限制，其井壁摩阻力較泥漿套法容易恢復，即不噴射氣體時，沉井就可以以正常阻力下沉。空氣幕法適用在粉土、粘性土及細砂土地層施工。

2 突沉問題

在軟弱地層中，施工沉井的下沉系數k大于1.25時，常發生突然下沉現象。突沉的主要原因是井壁側摩阻力較小，或當刃腳下土被挖除時，沉井支撐削弱，且突沉容易產生較大的傾斜或超沉。因此，必須采取措施以阻滯沉井的下沉速度。

①設計成倒錐形沉井外壁，根據地層條件確定外壁斜率，計算下沉系數k時，要考慮井壁的正面阻力。②井壁頂部設鋼筋混凝土懸挑梁或鋼翼架進行阻沉，以確保沉井不超過設計標高。③沉井刃腳處設橫梁（底梁），當沉井下沉過快時，該梁支撐在基坑底土體上，設置底梁時，應考慮沉井的對稱、除土方便和確保施工人員的安全等因素。④沉井頂部預埋螺栓，與臨時性鋼梁連接，此方法適用于小段面沉井，如邊長6～7m以內的矩形沉井。⑤增加刃腳的正面阻力，加大刃腳踏面寬度或分等級設置刃腳斜面。

此外，對于排水下沉的沉井，可以采用井內注水或在刃腳下墊片石等做法，來控制沉井的下沉速度。

3 沉偏問題

沉井下沉過程中經常發生偏斜。偏斜的客觀原因有刃腳下的土層不均勻、地層傾斜、地下水的流向影響等。主管因素是施工質量不符合要求，如刃腳歪頭、不圓，井壁尺寸誤差大及中心線不垂直，井內挖土不均勻，發生過突沉，井底涌砂冒泥或壁后塌陷嚴重，套井的導向不好等。因此，在沉井下沉過程中應加強測量工作，以便及時發現和糾正偏斜。糾斜的常用方法有：①當沉井入土較淺，糾正傾斜時，可在沉井高的一側集中挖土，以減少刃腳下的正面阻力；在低的一側回填砂石，增加在沉井低的一側的阻力，使偏差在下沉過程中逐步糾正。糾正位移時，可有意使沉井向偏位方向傾斜，然后沿傾斜方向下沉，直至沉井底面中軸線的位置相重合或接近時，再將傾斜糾正，使沉井的傾斜和移位都在允許范圍以內。②當沉井入土深度較大，僅用上法糾偏有困難時，可在沉井高的一側加重物或用高壓射水沖送土層，沿沉井高的一側井壁外面破壞土層結構，降低該側被動土壓力，再用井內偏挖土法糾偏；或井壁外側挖土，以減小摩擦力。有條件時，還可以在沉井頂部加偏壓重或水平拉力的方法來糾正。③在下沉過多的一邊停止挖土，以鋼纜向下沉少的一邊扳拉進行扶正。④在刃腳遇到障礙物時，必須予以清除后再下沉。⑤杜絕降水迫沉，不發生突沉，防止井底涌砂冒泥。⑥對于采用套井施工的礦山沉井，應使向導裝置可靠。

4 抗浮問題

沉井封底后，整個沉井受到被排除的地下水向上浮力作用，應按各個時期可能出現的最高地下水位驗算沉井的抗浮穩定，一般有兩種算法：

4.1 沉井外未回填土，不計抗浮的井壁與側面土反摩阻力的作用，按下式驗算：

式中kf —— 沉井抗浮安全系數，沉井結構及其所影響范圍內的建筑物安全等級為二、三級時kf=1.05，一級時kf=1.10；G——沉井及封底的重量，使用階段應計算沉井內及其上面最小的荷載，kN；B——地下水對沉井的浮力，kN。

4.2 沉井外已回填土，考慮井壁與側面土反摩擦阻力（T）的作用，按下式驗算：

沉井設計與施工中，如驗算抗浮安全系數不夠時，可采取加厚井壁或增加混凝土底板厚度措施；還可以采用在封底混凝土下部設置反濾層（粗砂或碎石），并在底板上設有與反濾層相通的抽水孔或集水井。沉井使用中，可隨時抽出底板下面的地下水，使其不能產生對沉井底板的頂力，以達到減少浮力的作用。這種在沉井底板設置反濾層與集水井的結構對于干封底的沉井是很適用的。因為干封底的混凝土在未達到設計強度之前，不能承受過大的地下水壓力。

5 為防止在沉井施工中出現以上問題，采用沉井時應符合下列規定

①開挖困難的淤泥、流沙地基，周圍有重要建筑物或其他原因的限制，不允許按一定邊坡開挖的土基或松軟、破碎巖石地基，以及因樁數較多，不能合理布置的地基，可以采用沉井進行地基處理。②應編制沉井施工措施設計。③制作沉井的地表應平整，設有良好的排水系統，并保持地下水位低于基坑底面不應小于0.5m。④采用承墊木方法制作沉井，應根據沉井的重力、地基土的承載力等因素，分析計算砂墊層的厚度、承墊木的數量、尺寸等。⑤在較好的均質土層上制作沉井，可采用無承墊木方法，鋪墊適當厚度的素混凝土或砂墊層。⑥沉井分節制作時，每節高度應合理，應保證沉井的穩定性和順利下沉。⑦制作混凝土沉井應符合下列要求：a澆筑應均勻對稱，沉井外壁應平滑。b刃腳模板應在混凝土達到設計強度的70%后，方可拆除。c分節制作時，應在第一節混凝土達到設計強度70%后，再澆筑其上一節混凝土。⑧下沉時，第一節沉井混凝土應達到設計強度，其余各節應達到設計強度的70%。有抗滲要求的沉井，下沉前，對封底、底板與井壁接縫處應鑿毛處理，井壁上的穿墻孔洞及對穿螺栓等應進行防滲處理。⑨抽承墊木應分組、依次、對稱、同步進行，每抽出一組即用砂填實。定位承墊木應最后同時抽出。抽出過程中應注意監測，如發現傾斜應及時糾正。⑩挖土下沉應符合下列要求：a挖土應分層、均勻、對稱進行，每層挖深不宜大于0.5m；分格沉井的井格間土面高差也不宜大于0.5m。b沉井四周不得堆放棄土和建筑材料，避免偏壓。c排水挖土時，應降低地下水位至開挖面0.5m以下；不排水挖土時，應控制沉井內外水位差，防止翻沙，并備有向井內補水的設備。d沉井下沉至距設計高程2m左右時，應放緩下沉速率，防止超沉。e下沉時，應加強觀測。如發現傾斜、位移，應及時糾正。 對必須用爆破方法開挖的沉井，應按控制爆破的有關規范進行。 并列群井施工，宜采用同時下沉的方法。如條件限制，可分組、間隔、對稱、均衡下沉。 沉井下沉至設計高程，待井體穩定后封底。 干封底應符合下列要求：a基底應清除浮泥、排干積水，再澆筑封底混凝土。b多格沉井應分格對稱澆筑。c在封底和底板混凝土未達到設計強度時，應控制地下水位。 采用導管法進行水下混凝土封底時，應符合下列要求：a井底基面、周邊接縫及止水等應進行清理。b管底離基面0.1m為宜，連續澆筑。c應按混凝土能相互覆蓋的原則確定導管的數量和間距。d混凝土達到設計強度后，才能從井內抽水。 無底沉井內的填料應按設計要求分層密實。 群井間的連接和接縫處理，應在各個沉井全部封底或回填之后進行。

6 安全保證措施

為了更好的進行沉井施工，應該做到：①施工前做好安全交底。②起重設備要進行試吊。③沉井周圍回填土要劃分施工道路和一般道路并用標志劃出施工道路，施工道路要進行加固。④井上平臺要有欄桿，“老虎口”要設安全措施。⑤井上平臺要放置救生圈等設備。⑥電線、電箱要高出井內水位一定的距離，不能受潮和淹水。

參考文獻：

[1]《工程地質手冊》編委會.工程地質手冊，中國建筑工業出版社，2007.

[2]凌志平主編.基礎工程，人民交通出版社，1997年.

[3]華祥征主編.基礎工程設計與施工，吉林大學出版社，1996年.