大體積異形構筑物沉井施工技術

張明明

南京大地建設(集團)股份有限公司

大體積異形構筑物沉井施工技術

張明明

南京大地建設(集團)股份有限公司

某大體積異形構筑物施工采用沉井施工，沉井深度達15m，場地土質較差，且地下水豐富，給沉井施工帶來困難。

沉井異形；超深；流沙

1.工程概況

沉井是用于深基礎和地下構筑物施工的一種工藝技術，其原理是在地面上或地坑內，先制作開口的鋼筋混凝土井室，待井室混凝土達到一定強度后，在井內挖土使土體逐漸降低，沉井井室依靠自重克服其與土壁之間的摩阻力，不斷下沉直至設計標高，然后經就位校正后再進行封底處理。

2.沉井施工的難點

工程地處長江漫灘，地下水豐富，地質情況復雜，土體工程性質差，存在軟弱土層，且存在流沙，對基坑土方開挖、結構施工存在較大影響。

本構筑物結構平面形狀不規則，呈一頭大一頭小的喇叭形；結構高度為15.45m，沉井深度達15.15m。異形、超深等因素給沉井施工帶來很大困難。

由于本工程屬于污水處理設施，急需建成形成污水處理能力。工期緊，任務重，必須保證該構筑物保期、保質、安全的投入使用。

3.施工

根據本次降水目的與要求、水文地質條件及水池的深度等條件，并對本工程水池內的地下水的出水量進行了估算，本次降水井工作量的布置如下：在水池外圍共布置27口降水井，降水井深25m，每井點間距為4m。

試運行抽水時間控制在7天，即每口井成井結束后連續抽水7天，以檢驗單井出水質量和出水量。正式降水運行應在水池下沉前7至10天進行，根據開挖要求，潛水泵放置在井底向上0.5m，并采用自動抽水控制系統抽水，以保證地下水水位能及時降低到開挖面以下1m。

3.1 挖及墊層

該工程由于沉井高度15m，首先在場地開挖2～3m深基坑(視地下水位而定)，形狀似沉井外部形狀，尺寸為沉井外壁以外2m，采用機械開挖輔以人工修正配合，使基坑底部原土不會遭到破壞，機械開挖至設計坑底上200mm，剩余由人工清底完成至設計基坑底。再在基坑底部使用平板夯機對坑底進行夯實、整平，完成后將沉井邊線、中線進行標記撒灰，基礎滿鋪500厚砂墊層，在刃角所在位置使用C15素混凝土鋪設條形的寬230cm，厚20cm的刃角墊層，沿刃角一周。

3.2 刃腳支設形式

沉井下部為刃腳，其支設方法取決于沉井的重量、施工荷載和地基承載力。常用的刃腳支設形式有墊架法、磚砌墊座和土模。根據本工程的具體施工條件分析，沉井的刃腳支設形式宜采用磚砌墊座法。磚砌墊座的作用是將上部沉井重量均勻傳遞給地基，使沉井制作過程中不會產生較大的不均勻沉降，防止刃腳和井身產生破壞性裂縫，并可使井身保持垂直。

采用磚砌墊座時，先在刃腳處鋪設砂墊層，再在其上磚砌刃角模。

3.3 沉井下沉的主要方法和措施

(1)第一節沉井制作完成后，其混凝土強度必須達到設計強度等級的80%后方可進行第二節沉井制作的準備工作。

(2)井內挖土應根據沉井中心劃分工作面，挖土應分層、均勻、對稱地進行。挖土要點是：先從沉井中間開始逐漸挖向四周，每層挖土厚度為0.4～0.5m，沿刃腳周圍保留0.5～1.5m的土堤，然后再沿沉井井壁每2～3m一段向刃腳方向逐層全面、對稱、均勻地削薄土層，每次削5～10cm，當土層經不住刃腳的擠壓而破裂時，沉井便在自重的作用下擠土下沉。

(3)井內挖出的土方應及時外運，不得堆放在沉井旁，以免造成沉井偏斜或位移。如確實需要在場內堆土，堆土地點應設在沉井下沉深度2倍以外的地方。

(4)沉井下沉過程中，應安排專人進行測量觀察。沉降觀測每8小時至少2次，刃腳標高和位移觀測每臺班至少1次。當沉井每次下沉穩定后應進行高差和中心位移測量。每次觀測數據均須如實記錄，并按一定表式填寫，以便進行數據分析和資料管理。

(5)沉井時，如發現有異常情況，應及時分析研究，采取有效的對策措施：如摩阻力過大，應采取減阻措施，使沉井連續下沉，避免停歇時間過長；如遇到突沉或下沉過快情況，應采取停挖或井壁周邊多留土等止沉措施。

(6)在沉井下沉過程中，如井壁外側土體發生塌陷，應及時采取回填措施，以減少下沉時四周土體開裂、塌陷對周圍環境造成的不利影響。

(7)為了減少沉井下沉時摩阻力和方便以后的清淤工作，在沉井外壁宜采用隨下沉隨回填砂的方法。

(8)沉井開始下沉至5m以內的深度時，要特別注意保持沉井的水平與垂直度，否則在繼續下沉時容易發生傾斜、偏移等問題，而且糾偏也較為困難。

(9)沉井下沉近設計標高時，井內土體的每層開挖深度應小于30cm，以避免沉井發生傾斜。沉井下沉至離設計底標高10cm左右時應停止挖土，讓沉井依靠自重下沉到位。

3.4 井內挖土和土方吊運方法

沉井內的分層挖土和土方吊運采用人工和機械相配合的方法。根據本工程的沉井施工特點，在沉井上口邊配備一臺5噸的W-1001履帶式起重機(也即抓斗挖機)，負責機械開挖井內中間部分的土方和將井內土方吊運至地面裝車外運。井內刃角正下方的土方以人工開挖、扦鏟為主，以此嚴格控制每層土的開挖厚度，防止超挖。井內土體如較為干燥，可增配一臺小型(0.25m3)液壓反鏟挖掘機，在井內進行機械開挖，達到減少勞動力和提高工效的目的。

4.井封底的主要方法

4.1 干封底的技術措施

當沉井下沉至距設計底標高10cm時，應停止井內挖土和排水，使其靠自重下沉至或接近設計底標高，再經過2～3天的下沉穩定，或經觀測在8小時內累計下沉量不大于10mm時，即可進行沉井封底，期間保持降水。沉井干封底的施工要點和主要技術措施如下述：

(1)先對井底進行修整使其平整，再從刃腳向中心挖出放射形的排水溝，內填卵石成為排水暗溝，并在中間部位設2～3個集水井(深1～2m)，井間用盲溝相互連通，井內插入?600～800mm、四周帶孔眼的PE管或混凝土管，四周填以卵石，使井底的水流匯集在井中，然后用潛水泵排出，以此保證沉井內的地下水位始終低于基底面0.5m左右。

(2)根據設計要求，封底材料在刃腳下必須填實，混凝土墊層應振搗密實，以保證沉井的最后穩定。

4.2 底板澆筑的技術措施

1 當封底混凝土養護2～3天后，可進行底板鋼筋綁扎。鋼筋應按設計要求伸入刃腳的凹槽內。新老混凝土的接觸面應沖刷干凈。

2 底板混凝土澆筑時，應分層、不間斷地進行，由四周向中間推進，并采用振動器振搗密實。

3 底板混凝土澆筑后應進行自然養護。在養護期內，應繼續利用集水井和深井降水井進行排水、降水。待底板混凝土強度達到70%并經抗浮驗算后，再對集水井進行封堵處理。集水井的封堵方法是：將井內水抽干，在套管內迅速用干硬性的高強度混凝土進行堵塞并搗實，然后上法蘭盤用螺栓擰緊，或用電焊封閉，部再用混凝土墊實搗平。