淺析沉井施工技術

摘要:隨著城市建設的發展以及工程施工技術水平的提高，沉井施工已廣泛應用于工業建筑的深坑、地下室、設備深基礎、橋墩、碼頭、鑿井等工程;在施工場地復雜，鄰近有鐵路、房屋、地下構筑物等障礙物，加固、拆遷有困難或大開口施工會影響周圍鄰近建(構)筑物安全時，應用沉井施工方法最為合理、經濟。本文就沉井的施工作簡述。

關鍵詞:沉井施工技術沉井制作糾偏

中圖分類號:TU7文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)03(a)-0027-02

1 工程概況

某工程6座頂管井均采用鋼筋混凝土沉井結構形式，J3工作井規格為方形13.6m×9.6m，下沉深度為13.9m;J4臨時頂管接收井規格為圓形φ10.6m，下沉深度為15.78m;J5臨時頂管工作井規格為圓形φ13.8m，下沉深度為14.69m;J6頂管接收井規格為方形7m×6.5m，下沉深度為12.92m;J7頂管工作井規格為圓形φ13.8m，下沉深度約為13.51m，J7’頂管工作井規格為圓形φ13.8m，下沉深度約為13.51m。采用商品混凝土等級為:井體、底板為C30、S6;沉井封底采用地下水混凝土C20。每次下沉高度為1～2m。下沉采用不排水法下沉施工，下沉挖土采用履帶吊和抓鏟取土，封底采用水下混凝土封底。沉井封底后，澆筑底板，進行頂管施工。由于沉井施工時低于地面，沉井頂應高出地面300mm，當下沉接近設計標高時，應注意，切不可超沉。沉井四周設施工道路，寬度為4m。沿沉井的邊側搭設鋼筋、模板拼裝場地及堆場等，在工作井外設置泥漿沉淀池，泥漿沉淀后，棄土應及時外運。

2 沉井施工技術原理

沉井是修建深基礎和地下構筑物的主要施工方法之一。它是在地面上或地坑中，先制作鋼筋混凝土井身，達到一定強度后，在井筒內分層挖土，隨著井內土面逐漸降低，使筒身借自重克服其土壁之間的摩擦阻力，不斷下沉就位的一種地下構筑物或地下工程施工工藝。沉井的施工程序包括平整場地、開挖基坑、沉井制作、沉井下沉、沉井封底、封頂等主要施工工序。

3 沉井制作

3.1 準備工作

平整場地，平整范圍要大于沉井外側面1～3m，場地整平后進行放線定位，定位要準確，并經驗收合格后才能正式施工。

3.2 沉井下沉計算

(1)下沉系數

為了保證沉井能順利下沉，沉井下沉系數Kst應滿足下式條件:

Kst=(G1k+Ffw·k)/Ffk≥1.05

其中，Kst為下沉系數;G1K為井體自重標準值(包括必要時加助沉重量的標準值)(kN)，鋼筋混凝土井壁自重為25kN/m3;Ffw·k為下沉過程中水的浮力標準值(kN);Ffk為井壁總摩阻力標準值(kN)，根據地質報告，取15kN/m2。

根據計算，每個井的前兩節沉井時因為自重太輕，不能靠自重下沉，所以須采取側壁減阻措施幫助其下沉，其它部分都能依靠自重完成沉井，最后幾節沉井時下沉系數大于1.5，所以要進行下沉穩定性驗算。

(2)下沉穩定系數

下沉穩定性計算如下:

Kst·s=(G1k-F′fw.k)/(F′fk+Rb)

其中，kst，為下沉穩定系數，可取0.8-0.9;F′fw.k為驗算狀態下水的浮力標準值(kN);F′fk為驗算狀態下井壁總摩阻力標準值(kN);Rb為沉井刃腳、隔墻和橫梁下地基土極限承載力之和(kN)。根據地質資料顯示Rb可取200KPa，經計算得kst，s=0.905，所以滿足下沉穩定性要求。

3.3 沉井抗浮驗算

沉井抗浮驗算公式及過程如下:

其中:Gk1為井重(KN);Gk2為封底砼重量(kN);F為浮力(kN)。

當k≥1.0(不計側壁摩阻力)，當計入側壁摩阻力時，k≥1.25能滿足要求。根據計算當計入側阻力時，4個工作井、2個接收井都滿足抗浮的要求。

3.4 沉井結構制作

根據沉井的實際情況，沉井結構在制作及下沉階段，選用一臺25t汽車吊作為起重設備。在沉井制作期間，由于沉井可能出現不同程度的沉降，為安全起見，內、外腳手架與井壁應脫離，距離約30cm。

3.4.1 模板施工

模板采用組合式定型鋼模，由U型卡連接。在預留洞、井壁底板位置等特殊部位采用木模，在沉井插筋部位用2英寸木板間隔拼裝，拼裝的木模其表面應進行刨光，拼縫嚴密平整不漏漿，所有模板表面平整后符合規范要求。圍檁立筋采用Φ50鋼管或8#槽鋼，拉桿螺栓采用Φ16mm圓鋼，中間設置50mm×50mm、δ=3mm的止水片，周邊焊，拉桿螺絲設置水平間距75cm，垂直間距60cm。為防止澆砼時爆模板應加強支撐及模板接縫處檢查，所有拼縫及模板接縫處要逐個檢查嵌實，防止漏漿，模板架立好后應進行驗收。

3.4.2 鋼筋綁扎

制作成型鋼筋，按其規格，綁扎先后，分別掛牌堆放，對直徑Ф16mm以上鋼筋均采用閃光對焊或電弧焊接。鋼筋的骨架都要以定位墊塊或座子穩定在設計圖紙規定的位置上，所有交叉的鋼筋處應用軟鐵絲綁扎牢固，綁扎好的鋼筋骨架要有足夠的剛度和穩定性。鋼筋在入模前在底部位加好砼墊塊，在側部綁好砼墊塊。受力鋼筋的箍筋疊合處要錯開設置。采用C30混凝土的受力鋼筋的搭接長度:Ⅰ級鋼筋為35d，Ⅱ為30d。鋼筋混凝土保護層厚度:30mm。

3.4.3 混凝土澆筑

工程井體砼采用C30商品砼，由攪拌車送至施工點，泵送到位的方法。每井由一臺汽車泵輸送。砼澆筑時澆筑的自由高度不得大于2m，如超過2m需加串筒澆筑。砼澆筑時需對稱平衡進行。在澆筑過程中，加強沉井平面高差、下沉量的觀測，確保沉井施工安全。在沉井上、下節井壁間設置施工縫，施工縫表面砼鑿除松散部分，并用水沖清，充分濕潤，但不得有積水，在井壁寬度內設置凸槽作為施工縫，寬度約為井壁厚度的1/3寬。沉井接高前，施工縫進行鑿毛沖洗干凈，使骨料外露。1:2水泥砂漿或水泥漿，厚10mm。新混凝土要在砂漿初凝前澆注。施工縫不允許使用砂漿摻合料。

3.5 沉井下沉

3.5.1 下沉施工

下沉時沉井強度須達到設計強度70％。下沉前先鑿除刃腳素砼墊層和磚胎模，墊層拆除先內后外對稱進行，并用吊車抓斗將井內碎磚清理干凈。在沉井四周井壁上畫出測量標尺寸、并設立水平指示尺。

在沉井混凝土達到設計強度后，首先用吊機抓斗進行挖土下沉1m，井壁周圍均勻地取去墊層混凝土塊。由于地下水位高，防止沉井上浮，同時也考慮到挖土過程中出現塌方流砂，采用不排水下沉施工，首先往井內注入清水，水面線不超過井外地面。利用吊車吊住抓斗挖掘井底中央部分的土，使沉井形成鍋底。在砂或礫石類土中，一般當鍋底比刃腳低1～1.5m時，沉井即可靠自重下沉，而將刃腳下的土擠向中央鍋底，再從井孔中繼續抓土，沉井即可繼續下沉。在粘質土或緊密土中，刃腳下的土不易向中央塌落，則配以射水管松土，或者利用水工在水下用高壓水槍和鐵鏟將土挖松，用空氣吸泥機吸泥并抽出，通過沉砂池沉淀過濾排入下水道。在下沉過程測量人員用水準儀保持觀察，隨時指導沉井下沉，及時糾偏，保證均勻下沉。

3.5.2 下沉糾偏

施工中，在沉井壁上設4個觀測點，每天定時測量，一般不少于四次。測量結果的整理是以4個點下沉量的平均值作為沉井每次的下沉量，以下沉量最大的一點為基準與其他各點的下沉量相減作為各點的高差，來指導糾偏下沉施工。在沉井下沉過程做到，井面標高每班至少測量二次，軸線位移每天測一次，當沉井每次下沉穩定后進行高差和中心位移測量。沉井初沉階段每小時至少測量一次，必要時連續觀測，及時糾偏，終沉階段每小時至少測量一次，當沉井下沉接近設計標高時增加觀測密度。沉井開始時的下沉系數較大時，必須慎重控制好初沉，盡量在深度不深的情況下糾偏，符合要求后方可繼續下沉。下沉初始階段是沉井易發生偏差的時候，同時也較易糾正，這時要以糾偏為主，次數可增多，以使沉井形成一個良好的下沉軌道。

下沉過程中，要做到均勻對稱抓土，嚴格控制泥面高差，當出現平面位置和四角高差出現偏差時要及時糾正，糾偏時不可大起大落，避免沉井偏離軸線，同時要注意糾偏幅度不宜過大，頻率不宜過高。沉井在終沉階段要以糾偏為主，要在沉井下沉至距設計標高1m以上時基本糾正好，糾正后要謹慎下沉，在沉井刃腳接近設計標高30cm以內時，必須不再有超出容許范圍的位置及方向偏差，否則難以糾正。

沉井在下沉過程中發生傾斜偏轉時，要根據沉井產生傾斜偏轉的原因，可用以下一種或幾種方法來進行糾偏。確保沉井的偏差在容許的范圍內。

①偏除土糾偏:沉井在入土較淺時，容易產生傾斜，但也比較容易糾正。糾正傾斜時，一般靠近刃腳高的一側抓土。隨著沉井的下沉，在沉井高的一側減少刃腳下正面阻力，在沉井低的一側增加刃腳下的正面阻力，使沉井的偏差在下沉過程逐漸糾正，這種方法簡單，效果較好。糾偏位移時，可以預先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與設計中軸線的位置相重合或接近時，再將傾斜糾正或糾至稍微向相反方向傾斜一些，最后調正至使傾斜和位移都在容許范圍以內為止。

②井外射水、井內偏除土糾偏:當沉井入土深度逐漸增大，沉井四周土層對井壁的約束力亦相應增加，這樣給沉井糾偏工作帶來很大的困難。因此，當沉井下沉深度較大時，若糾正沉井的偏斜，關鍵在于破壞土層的被動土壓力。高壓射水管沿沉井高的一側井壁外面插入土中，破壞土層結構，使土層的被動土壓力大為降低。這時再采用上述的偏除土方法，可使沉井的傾斜逐步得到糾正。在有條件時，還可以在沉井頂部加偏壓重的方法來糾正沉井的傾斜。

③壓重糾偏:在沉井高的一側壓重，最好使用鋼錠或生鐵塊，這時沉井高的一側刃腳下土的應力大于低的一側刃腳下土的應力，使沉井高的一側下沉量大些，亦可起到糾正沉井傾斜的作用。這種糾偏方法可根據現場條件進行選用。

④沉井位置扭轉時的糾正:沉井位置如發生扭轉，可在沉井偏位的二角偏吸土，另外二角偏填土，借助于刃腳下不相等的土壓力所形成的扭矩，使下沉過程中逐步糾正其位置。

3.6 沉井封底、底板施工

3.6.1 沉井封底

沉井下沉至設計標高經過觀測在8h內累計下沉量不大于10mm或沉降率在允許范圍內時，沉井下沉已經穩定時，可進行沉井封底。沉井封底采用1500～2100mm厚C20水下混凝土。要求將井底浮泥清除干凈，新老混凝土接觸面用水沖刷干凈，并鋪碎石墊層。封底混凝土用導管法灌注。待水下封底混凝土達到所需要的強度后，即一般養護為7～10d，方可從沉井中抽水，按干封底法施工上部鋼筋混凝土底板。

3.6.2 底板施工

封底砼達到一定強度后，可從沉井中抽水，進行底板施工。在澆筑鋼筋砼底板前，應將新舊混凝土接觸面鑿毛，并洗刷干凈，鋼筋砼底板鋼筋與井壁予留鋼筋宜采用電焊接頭，沉井底板應對稱一次澆筑完成。底板厚度為600～1000mm，混凝土強度等級均為C30。混凝土澆筑前24小時內對墊層進行灑水濕潤，采用“一個坡度、分層澆筑、循序推進、一次到頂”的斜面分層法澆筑。混凝土澆筑要連續，一氣呵成，不留任何施工冷縫。

為了控制板面標高及平整度，在內襯壁的預留鋼筋上要做好板面標高標記，并焊上十字筋。振搗密實后用刮尺修平，初凝后為了防止板面出現收縮裂縫，再用灰匙壓抹表面。

4 結語

本文通過對沉井施工工藝的整體論述，介紹了沉井的制作和沉井下沉的靜態模型，從而為該施工方法的應用推廣提供了可靠的技術支持。