淤泥質黏土地質沉井一次整體下沉控制

張帥

（中交第三航務工程局有限公司南京分公司，江蘇 南京210000）

1 工程概況

本工程雨水泵站位于太倉四期堆場16#泊位集裝箱堆場北側，施工前，地基處理工作已經完成。雨水泵站為鋼筋混凝土沉井結構，長邊為29.35m，短邊為15.2m，總高12.4m（其中刃腳1.5m 高），泵房底板厚0.9m，沉井內設置隔墻三道，外井壁厚B=0.8m，內隔墻厚度為0.5m，泵房頂板標高為+6.35m，刃腳踏面標高為-6.05m，始沉地面標高+3.2m，沉井深度9.25m。

2 水文地質條件

2.1 沖填土（KC）

灰黃色，濕～飽和，松散～稍密。細砂性，含云母，局部含貝殼碎片及腐植物根莖。該層在陸域堆場區均有分布，為陸域的表土層，厚度一般為6.0～9.7m。

2.2 灰色淤泥質粉質黏土（al-mQ42）

飽和，流塑。切面稍粗糙，土質不勻，含有機質，夾少量粉土薄層，單層厚度0.2～0.5cm，局部切面較光滑，近淤泥質黏土夾粉砂，搖振無反應，韌性中等，干強度中等。該層廣泛分布水域碼頭后沿和陸域勘察區內，頂板標高一般為-1.89～-10.49m，厚度一般為0.8～8.4m。

2.3 灰色淤泥質黏土（al-mQ42）

飽和，流塑。切面光滑，土質較勻，夾少量粉土或粉砂薄層，局部含有機質及貝殼碎屑，搖振具反應，韌性高，干強度高。該層廣泛分布于陸域勘察區內，局部相變為Ⅲ2 灰色淤泥質粉質黏土，頂板標高一般為-1.90～-5.84m，厚度一般為3.0～8.8m。

研究地質報告得出，沉井所在地質狀況較差，屬于淤泥質黏土地質，沉井施工難度高。

3 降水設計及下沉、抗浮驗算

3.1 降水設計

本雨水泵站采取沉井施工工藝，現場澆筑的方式，原地面按3.2 米計，水位在2 米左右，沉井深度9.25 米，刃腳標高-6.05米，降水深度8.05m，含水層厚度按8.05m 考慮。

本次降水的目的有兩個：為沉井排水下沉創造條件；防止沉井在封底后底板強度上來前這段期間上浮，故將地下水位降至刃腳標高以下。

為滿足降水要求，現場采用雙濾頭管井降水方式。在沉井下沉之前開始保持連續抽水，直到雨水泵房底板砼達到設計強度后回填井壁間隙土方后方可停止。

井點降水計算與設計：

井點布置及埋置深度：井點管沿著矩形沉井一邊一個。

井點布置計算：

（1）基坑假想半徑x0 的確定（基坑長寬比小于5，將其化成假想半徑x0 的圓形井）：

x0=（A/π）1/2

A 為井點管所包圍的平面面積（m2）；25.2×33.35=640.32m2;

x0=14.27；

x0 為基坑假想半徑（m）；

（2）抽水影響半徑的確定：

R=1.95S（KH）1/2=54.9m

R 為降水井影響半徑（m）；

K 為滲透系數（m/d）;

H 為含水層厚度（m）；

S 為基坑水位降深（m）；

抽水影響半徑R=54.9+14.27=68.8m。

（3）總涌水量計算（按無壓完整井群井點考慮）：

Q=1.366k（2H-S）×S/（lgR-lgx0）=197.87m3/d=0.002m3/s（4）計算井點管數量和間距：

深井單位長度出水量：

q=2πrl√k/15=0.0003m3/s

r 為井管的直徑；

l 為濾管的長度；

深井進水過濾器部分需要的總長度L=Q/q=6.67m；

群井抽水單個深井過濾器浸水部分長度h0=3.48m；此數值nh0=4×3.48>L 條件。

深井井點布置考慮工程平面尺寸：

x1=17.1，x2=17.1，x3=12.08，x4=12.08，x3=17.1，x4=17.1，x7=12.08，x8=12.08

所以lg（x1*x2*x3*x4*x5*x6*x7*x8）=9.26

Q=1.366k（2H-S）×S/（lgR-lg（x1*x2*x3*x4*x5*x6*x7*x8）/n）

=198m3/d=0.002m3/s

經驗算，深井數8 個，在沉井每邊各一個。總涌水量、深井井點數和布置距離滿足本工程降水要求。

圖1 沉井位置示意圖

3.2 沉井的下沉穩定系數

（按制高10.5m，下沉10.5m，且排水下沉進行計算，B=0）K=Q-B/[L（H-2.5）f]

其中：K-沉井下沉系數；

Q-井壁自重；

H-井壁高度；

L-井壁外周長；

f-土壤的摩擦系數

=（6.86*11.8+1.1*9.8+1.09*9.8）/（6.86+1.1+1.09）=11.3KN

K= （10.5 ×0.8 ×85.5 ×+10.5*0.5*13.6*3）*25／[85.5 ×（10.5-2.5）×11.3]＝3.02＞1.25。

所以沉井能在自重下順利下沉。

3.3 沉井的抗浮驗算

設計高水位為+2.0m，而沉井底標高為-6.05m，則地下水對沉井的浮力為

F＝ρghs1＝35912.66KN

其中ρ－水的密度，取103Kg/m3；

h－水面至井底高度2m+6.05m＝8.05m；

s1－井底面積，15.2×29.35＝446.12m2；

F－水對沉井的浮力

按最不利算，不考慮土與井壁摩擦力

沉井自重：G=（85.5*0.8*11.7+13.6*0.5*11.7*3+15.2*29.35*0.2）×25=28205KN；封底砼G=（1.5+2）/2*15.2*29.35*24=18737kN；

所以G=28205KN+18737KN=46942KN

K＝G/F=46942/35912.66=1.3>1.1

因此，沉井在地下水浮力的作用下能夠保持穩定。

4 施工重點控制

4.1 沉井一次整體下沉控制

根據現場實際情況，采用排水取土下沉，在沉井四周分別設置管井進行降水，每個深井內部安裝潛水泵，確保地下水位降至沉井底高程0.5 米至1m 以下，保持沉井內部無積水。在下沉過程中，始終將井中的水位保持在下沉表面下方至少0.5 米處。

下沉時需要對角對稱取土，從四角同時取土，刃腳邊緣應使土堤保持在1m 以上，如果預留1m 的土體沉井還不能順利下沉，則采用齒輪式對稱取土，取土時不能將刃腳掏空或沖刷到沉井的外壁外側，以免引起井外的土塌入井內或突然下沉。控制沖沉時的速度以及偏斜。

圖2 沉井下沉沖洗順序示意圖

下沉速度控制：沉井的下沉控制，主要控制沉井下沉量的及沉井中軸線的位移。初始階段應至少每2 小時測量一次。如有必要，應進行連續觀察以糾正偏差。下沉速度控制在50cm/d。終沉階段觀測頻次為1 小時。當沉降量接近設計標高時，應加強觀察，只有在8 小時內沉降量不超過10mm 時，才能封底。沉井在下沉前2m 以內的速度應較慢，并應嚴格控制沉井刃腳的高度差，以形成穩定的下沉軌跡。最終下沉的時間（即最后2m以內）應較慢，并且下沉應在設計標高之上約20cm 處，停止挖掘，加強觀察并糾正任何偏差，以使沉井穩定并達到設計位置。沉井下沉結束后的允許偏差：刃腳高程和設計高程的誤差不得超過100mm；刃腳平面位置的偏差不得超過下沉總深度的1%；當下沉總深度小于10m 時，偏差可為100mm。

4.2 沉井下沉位移控制

為控制沉井下沉位移，日沉降量應控制在50cm 以內，以防損壞井壁，根據現場實際情況，采用排水取土下沉，在沉井四周分別設置管井進行降水，每個深井內部安裝潛水泵，確保地下水位降至沉井底高程0.5 米至1 米以下，保持沉井內部無積水。在下沉過程中，始終將井中的水位保持在下沉表面下方至少0.5米處。

4.3 沉井下沉速度及偏斜控制

沉井的下沉控制，主要控制沉井下沉量及沉井中軸線的位移。初始階段應至少每2 小時測量一次。如有必要，應進行連續觀察以糾正偏差。下沉速度控制在50cm/d。終沉階段觀測頻次為1 小時。當沉降量接近設計標高時，應加強觀察，只有在8 小時內沉降量不超過10mm 時，才能封底。沉井在下沉前2m 以內的速度應較慢，并應嚴格控制沉井刃腳的高度差，以形成穩定的下沉軌跡。最終下沉的時間（即最后2m 以內）應較慢，并且下沉應在設計標高之上約20cm 處，停止挖掘，加強觀察并糾正任何偏差，以使沉井穩定并達到設計位置。

沉井傾斜：即沉井垂直出現歪斜超過允許限度，此時應加強觀測資料的校核和分析；分區、依次、對稱，同步拆除磚模；或在刃腳高的一側加強取土，低的一側少取土，或不取土，待正位后再均勻分層取土，還可以在高側配重加載。

沉井偏移：即沉井軸線產生位移現象，此時應首先加強測量資料的校核，然后控制沉井不再向偏移方向傾斜，在刃腳高的一側加強取土，低的一側少取土或不取土。糾正方法都是A 側刃腳處去土，促使沉井向A 側傾斜，直至沉井底部中心接近設計中心線，然后在B 側刃腳處去土糾傾斜。如偏位較大，要多次如此反復進行，直至消除為止。

5 結論

為保證蘇州港太倉港區四期堆場工程雨水泵站沉井施工的質量和安全，根據施工條件、設計要求和相關行業規范，通過對沉井下沉、抗浮的相關數據驗算，對施工中的多個方面進行了重點控制，這些措施都有力的保證了沉井施工的下沉、偏斜、位移等都符合要求，為以后相似工程的沉井施工提供借鑒。