沉井施工工藝探討

（福州建工（集團）總公司，福建 福州 350004）

現隨著國內經濟的迅猛發展，城市范圍不斷擴張，需要不斷提高城市綜合排水能力，污水管網的建設及污水處理廠日處理量的提升尤為重要，沉井是修筑市政污水干管和提升泵站等地下構筑物建設中頻繁使用的施工方法之一，在地下建筑工程施工時得到廣泛運用[1]。沉井施工下沉過程可分兩種；排水下沉和不排水下沉，沉井封底施工也分為兩種：干封底和水下封底兩大類。本人結合福州市洋里污水廠廠區粗格柵進水泵房沉井項目實際情況，展開細致調研，詳細闡述沉井施工中適時切換排水下沉與不排水下沉兩種施工方法，并分別介紹了沉井下沉中采取的控制措施、選用的設備及下沉中出現涌砂的處理方法。

1 工程概況

福州市洋里污水處理廠粗格柵進水泵房為方型大型地下取水構筑物，鋼筋砼方形結構，粗格柵進水泵房沉井刃腳底標高為-17.7m，底板面標高-14.40 m，頂板標高為羅零標高6.80m，沉井平面整體尺寸27×24.2m分為4×4方形16孔，沉井共分四節底下兩節0.95m厚，上面兩節0.80m厚，四節沉井總質量約9000T。

2 地質情況

施工原始場地面標高約為羅零標高6.10米，沉井施工土層從上之下可分為：

①雜填土層：松散，厚度約1.8m；

②粘土層：松散-稍密，厚度約0.70m；

③淤泥層：流塑-軟塑，層厚約25m；

沉井處在②層粘土層（薄層）和③淤泥層（厚層）中。

場地內的地下水主要為在于淤泥層中的潛水，因場地存在舊河道地下水穩定在羅零標高5米處即-1.9米標高。

3 沉井方案選擇

為了讓沉井按計劃下沉到位，先熟悉設計圖紙、巖土地質勘察報告，并結合沉井外形、下沉時自重、下沉深度、水文地質條件等進行計算[2-3]。

3.1 沉井下沉驗算

沉井每立方用鋼量比普通建筑物高，每立方單位體積重量取2.5T/m3（25KN/m3），按施工程序的安排，擬分節施工，兩次下沉，故計算結果如下：

沉井下沉系數的驗算公式為：K=（Q-B）/（T+R）

下沉安全系數K，一般應大于1.15～1.25；

沉井周長：102.40m；刃腳底面積128m2；

沉井全高17.70m，分四節制作、一次下沉，第一節刃腳高度3.3米；第二節高度6.6m；第三節6.4m；第四節1.1m。

沉井2節重量Q=1400×25=35000KN；

沉井3節重量Q=2200×25=55000KN

井壁摩阻系數為：淤泥層土為8KPa，

計算；5m以上均為11KPa；刃腳阻力取80×128=10240KN。

B=648×15.2=9850KN

沉井下沉系數驗算（考慮浮力、刃腳反力）：采取二節下沉時，

K =35000-9850/[102.6×(10.2-2.5)×11+10240 ]=1.32≈1.25；

沉井的下沉系數基本滿足下沉驗算要求。下沉時注意觀測下沉形態與下沉速度。

依據驗算結果初定沉井下沉方案：始沉，沙墊層、粘土層、淤泥層及剛到達細沙層，深為8m左右，下沉方法采用水力機械高壓射水對土體進行切割、沖刷、攪和形成泥漿吸泥排水下沉。以上幾層穿過后，到達細沙層，由于豐富的地下水，對沉井下沉垂直度有干擾，即馬上暫停排水下沉，開始向井內注水，保證井內水位高于地下穩定水位，并保持高出1m左右，這時采用不排水潛水員下水沖吸泥下沉。

粗格柵進水泵房全高17.70m，整個沉井制作時分四節澆筑完成、第一節砼澆筑完成后待強度達到70%時澆筑第二節沉井，完成兩節后下沉一次，沉井下沉采用排水下沉和不排水下沉適時切換。前兩節制作完成后總高度9.9米，當混凝土強度達設計值100%后開始首次下沉；后兩節制度完成后下沉總高度為7.8，待混凝土強度達設計值100%后進行二次下沉。

4 施工方法介紹

（1）沉井排水下沉方法是使用水力沖吸泥設備，其工作原理由高壓水槍對地下土體進行分割、攪拌和成泥漿，然后由泥漿泵送至事先設置的泥漿罐（池），從而達到讓沉井緩慢下沉就位。這種方法存在著操作靈活方便、經濟合理、勞動強度低、施工安全可靠、便于糾偏，效率高成本低、下沉質量容易控制等特點[4]。

高壓射水選用IS單級吸清水高壓泵，其性能參數：

型號流量（m3/h）揚程（m）吸程（m）電機功率（KW）轉速（r/min）IS80-50-200 40 53 6 15 2900

吸排泥漿選用NL型泥漿泵機組，其工作性能參數表：

型號流量（m3/h）揚程（m）配電功率（KW）轉速（r/min）NL100-16 140 16 15 1450 NL150-15 250 15 22 1450

始沉采用的NL150-15型水力吸泥機組四組，該機組泥漿泵流量250m3/h，高壓水泵流量40m3/h，配置8臺；排水水力沖吸泥下沉，按照日有效工作時間與工作效率均按80%計算，泥漿濃度計5﹪，每天出土：4臺×80m3（干沉）/臺×24×80﹪×80﹪×5﹪=246m3，沉井斷面：24.0×21.10×1.05=532m3，每天可下沉246÷532=0.46m，下沉8.0m約18天。

因計算后該沉井下沉安全系數在允許范圍內，整個沉井下沉過程中，取土一直都在中間四倉，每層挖土0.4～0.5米，對稱、均衡平均、分層的切割土層，當土層承受不住刃腳的壓力，沉井便利用自重均勻下沉。下沉過程中，充分利用了土體的“時空效應”盡可能加快下沉速度，并確保周邊倉內有一定的土塞，僅從中央四倉掏挖周邊刃腳底部土體，使沉井平穩下沉。

在沉井下沉前在周邊地面與沉井結構外壁及井壁頂端設置全站儀反射片、水準基點，以便整個下沉過程中時時觀測沉井下沉形態，保證沉井角點坐標不位移。在沉井結構施工完成后再四周粘貼電子水準儀條碼，沉井兩側設置固定觀測點，采用水準儀與全站儀定時定點觀測數據并記錄，經數據分析制定后續沉井出土量，遇到數據異常時啟動沉井糾偏措施。

（2）沉井采用不排水下沉方法是利用導管式潛水泥漿泵，起重設備合調節泥漿泵在沉井中水下深度，利用泥漿泵特制的導管吸頭以自身的重力將底下土層破碎與水攪拌達到一定濃度的泥漿，后由潛水泥漿泵抽出沉井輸送至設置的泥漿池。導管式潛水泥漿泵通過吊車來控制，以水平和垂直方向相結合移動泥漿泵到指定位置，使沉井均勻，對稱下沉[5-6]。

地下水由于沉井下沉深度不斷增加而增大且地質狀況處于流塑性淤泥中等狀況已無法達到高壓水沖排泥下沉的方法，切換為滿水下沉，即向沉井內加水，同時現場備有泥漿潛水泵設備5組（一組為備用）。不排水下沉對用水量需求較大，需要及時往井內注水保持井內高度與地下水位平衡，防止沉井突沉。

滿水下沉井內泥漿濃度取2﹪，每組設備按140m3/h，工作效率均按80%計算，每日出土量約為1722m3，沉井截面：24.0×21.10×1.02=517m3，每天可下沉172÷517=0.33m，下沉到位8.45m約26天。

5 沉井終沉

6 總結

1、排水下沉施工周期短成本較低，不排水下沉施工周期較長成本較大，為縮短工期減低成本盡量采用排水下沉，降低不排水下沉的工作量。沉井排水與不排水下沉應根據實際情況適時切換。

2、這次沉井由排水下沉轉換至不排水下沉是由于下沉時出現涌砂造成沉井偏移且難控制下沉量，通過及時向井內加水而較好地控制了涌砂和沉井速度。下沉時涌沙是否在可控范圍內直接與沉井下沉質量相關。

3、不排水下沉避免了沉井開挖面于地下水位的水頭差，即防止了涌砂、土等也能有效控制沉井周圍環境地面沉降，保護周邊構筑物。

4、沉井下沉階段需要時時監測并記錄數據，數據分析結論來指導后續施工，需嚴控4個角的刃腳水平，以杜絕產生較大的偏移。

5、施工過程在滿足規范要求留置試塊數量同時多預留一組同條件試塊養護，以確定水下砼強度達到設計要求75%后，且沉井滿足抗浮要求時方可抽水。

7 結束語

沉井的應用范圍十分廣泛，如鐵路及公路橋梁等基礎工程、市政工程給排水泵房等多方面都會應用的到，為了對沉井施工質量及安全提供保障，使得其自身具備的優點等得以充分發揮，就需要對沉井施工工藝進行良好掌握，在具體選擇施工工藝及下沉方式的過程中，應針對工程實際情況及地質情況等進行充分考慮后，進而針對工期要求進行下沉方式適時切換，達到沉井施工的高效、安全、影響范圍小、效果好等提供充足保障，使得沉井作用充分發揮的同時，為工程項目驗收奠定良好基礎。