沉井技術施工要點以及常見問題的處理

摘要：常規的基坑開挖方式會對既有道路、建筑物及人們的生產生活帶來影響和不便，為降低這種影響，新技術、新工藝被大量采用。沉井技術可靠，施工占用場地不大，對周圍環境影響較小，因此被廣泛地運用于工程建設中。以毛莊污水處理廠配套污水管網頂管工作井為實例，詳細地闡述了沉井施工的工作原理，對沉井的預制、下沉、封底等關鍵施工工藝和重要問題及處理措施進行分析總結，可為以后同類沉井施工提供參考。

關鍵詞：工程;沉井;施工技術;處理措施

0" "引言

沉井是建筑工程中一種常見的地下結構、深基礎的類型，它既可以在地面預制，也可以在基坑中預制，施工中不需放坡開挖，適用于各種現場條件和地質條件。沉井技術挖土量小，在場地狹窄、鄰近有道路、建（物）筑物應用十分廣泛。

施工時，應先預制混凝土沉井，待混凝土達到設計強度，再使用長臂挖掘機或其他機械設備在沉井內分層挖土，使沉井通過自身的重力作用，克服井壁與土體之間的摩阻力及刃腳下地層的承載力[1]，不斷地切土下沉，直至達到設計位置，最后再采用混凝土進行封底。

本文以毛莊污水處理廠配套污水管網頂管工作井為實例，詳細地闡述了沉井施工的工作原理，對沉井的預制、下沉、封底等關鍵施工工藝和重要問題及處理措施進行分析總結。

1" "工程概況

毛莊污水處理廠位于X202（紫房路）西側，S344省道南側600m處，設計產能為5000t/d，主要承接毛莊片區約25000人的生活污水。前期農村污水管道已建成，住戶生活污水需經配套污水管網，進入毛莊污水處理廠進行處理。此次新建配套污水管網總長度為10.8km，其中A線為沿紫房線西側新建鋼筋混凝土管道，全長2.3km，均為頂管作業。頂管施工的工作井及接收井共計25座，均為鋼筋混凝土沉井。

2" "方案選擇

本文以配套污水管網A線中的WA16工作井為例進行說明。沉井為長7.9m、寬5.9m、高6.8m、壁厚0.7m的矩形鋼筋混凝土結構，下沉深度為6.8m，封底厚度1m。根據地勘報告中的地質情況描述、地下水位和施工場地的綜合考慮，沉井采用一次制作、一次下沉的施工方案和排水下沉[2]、干封底的施工工藝。

此種施工工藝在施工前應進行降排水，以利于掌握挖土的深度及范圍，遇到刃腳下有樹根、巖石等雜物時，能夠及時發現并處理，容易控制沉井下沉時的速度，并減少偏斜情況發生。即使產生偏斜現象，也能夠快速進行糾正。

3" "主要施工技術

施工過程中以沉井的制作、下沉、糾偏、封底為施工重點，以鋼筋、模板、混凝土工程為主要工序，進行流水施工。

3.1" "工藝流程

工藝流程如下：放線→開挖基坑→鋪設砂墊層→澆筑墊層混凝土→砌筑磚墊座→綁扎鋼筋→模板安裝→澆筑沉井混凝土→養護等強→拆模→沉井下沉→沉井就位→澆筑封底混凝土。

3.2" "地基處理

為避免沉井在混凝土澆筑過程中發生不均勻沉降[3]，制作沉井前，需將沉井范圍內表土及其他雜物清理干凈。基底壓實平整后，在刃腳處分層鋪設粗砂墊層，砂墊層寬3m、厚0.5m。每層鋪平后用平板振動儀振實，并灑水至飽和，然后再鋪設0.15m厚C20素混凝土墊層。

3.3" "刃腳支設

在墊層上對沉井的平面位置進行測量放樣后，開始制作下部刃腳的磚墊座。刃腳的磚墊座采用M10砂漿砌筑MU10磚。砌筑完成后，內側用砂漿抹面并涂抹脫模劑，使刃腳斜面光滑平整，以利于沉井下沉。

3.4" "沉井制作

預制沉井時，模板和鋼筋的施工順序如下：先進行沉井的內模安裝，然后進行沉井刃腳及井壁鋼筋綁扎，最后安裝外模并加固，澆筑混凝土。

3.4.1" "鋼筋綁扎

內模安裝完成后，開始進行鋼筋綁扎。鋼筋綁扎時采用鋼筋綁扎胎具進行定位，確保井壁鋼筋的位置和間距符合設計要求。

3.4.2" "沉井模板施工

為保證沉井混凝土的外觀質量，減少沉井下沉時井壁與土體之間的摩阻力，使下沉過程中不出現下沉過慢情況，應科學選擇并安裝模板。在安裝模板前，應根據沉井的高度和混凝土的澆筑方式，對模板剛度、強度和穩定性進行驗算，確保結構穩定、經濟合理、方便施工[4]。

根據現場材料情況及驗算結果，模板采用表面光滑且較新的竹膠板，并涂刷脫模劑。模板豎向加固采用60mm×80mm的方木，間距250mm;橫向加固采用Φ48×3.5mm鋼管（雙拼），間距600mm;內外模固定采用止水對拉螺桿，螺桿的水平和豎向間距均為600mm。沉井頂管預留洞口封堵采用M10水泥砂漿砌筑MU10磚，待進行頂管施工時再行拆除，封口內外側用1：3水泥砂漿抹平。

3.4.3" "沉井混凝土澆筑

混凝土采用泵車進行澆筑，最好一次連續澆筑完成。澆筑時，對稱、均勻分層澆筑，每層澆筑厚度不大于300mm;澆筑面高差不超過300mm，避免因混凝土澆筑面高差過大，使沉井產生不均勻沉降出現裂縫或傾斜。混凝土澆筑時，應有專人觀察鋼筋﹑模板和預留孔洞，如有問題應停止澆筑并進行處理。刃腳部分和頂管預留洞的底部混凝土，尤其要注意加強振搗，防止出現不方便振搗、缺振、漏振、振搗不到位等現象，影響混凝土強度。

3.5" "沉井下沉

當沉井混凝土強度達到設計強度時，即可開始下沉作業[5]。沉井下沉主要是采用機械設備從沉井中均勻挖土，降低井壁與土之間的摩阻力和基底土對刃腳的承載力[6]，使沉井依靠自身重力而下沉。下沉方法主要有排水下沉法、不排水下沉法等。排水下沉法適用于滲水量不大、透水性較低的穩定土層如黏土、粉質黏土或排水時不會產生大量流砂的情況。根據地質報告顯示，WA16沉井下面的土質黏土和粉質黏土，因此采用排水下沉法施工，以便節省施工費用和縮短工期。

下沉前在沉井周邊布置降水井，把地下水降至開挖層以下，使井內保持干燥狀態，以免影響施工。檢查沉井的頂管預留孔洞是否已經封堵，在井壁外側畫好中心線及水平標線，掛好線錘測量傾斜度，做好沉降標尺。待各項準備工作已完成，具備下沉條件后，開始沉井的下沉作業。

下沉時，采取長臂挖掘機對沉井內的土進行開挖。挖土應均勻對稱，每層的挖土厚度為0.3～0.5m，沉井內的土中間稍低于四周，高差不超過1m，使井底形成鍋底狀。然后逐步向四周擴挖，直到距刃腳1m左右，繼續分層挖刃腳內側的土。當土層的承載力不足以支撐刃腳壓力、沉井自身的重力大于井壁與周邊土體的摩阻力時，沉井便開始逐步下沉。開挖的土方應及時外運，以免造成沉井偏壓過大出現下沉困難或偏移的情況。

沉井下沉作業時，對下沉速率和軸線偏差進行實時監測，出現偏差時及時進行糾偏。下沉至距設計高程1m左右時，應降低挖土速度，使沉井下沉的速度減慢。在此階段，要始終對沉井的標高差和平面軸線偏差進行實時監測，以保證沉井的標高、傾斜度和位移等處于可控范圍內，防止出現“超沉”情況。沉井下沉至距設計高程0.1m左右時，停止井內挖土和排水，沉井依靠自身重力作用，下沉至設計高程。

3.6" "沉井封底

終沉時，每1h觀測一次沉井的高差和平面軸線偏差，沉井下沉已到位且下沉速率不大于10mm/8h時，可以開始沉井封底施工。排水下沉的沉井，封底形式取決于基底的滲水量上升速度，若上升速度大于6mm/min，宜采用水下混凝土進行封底;若上升速度不大于6mm/min，可采用干封底施工。

干封底混凝土施工時，應保證沉井內無積水，降排水的水量應大于井內的滲水量。封底混凝土施工前，先把井壁處沖洗干凈并對表面進行鑿毛處理，基底部分高低不平的部位用人工找平，然后才能進行封底混凝土澆注。混凝土未達到設計強度前，應始終保持地下水位低于混凝土底面0.5m。

4" "沉井施工的常遇問題與處理措施

4.1" "沉井傾斜

沉井傾斜的原因包括：刃腳下的土質軟硬不均勻;刃腳下混凝土墊層破除時不對稱、不同步;沉井外的回填土未夯實;沉井內挖土不均勻;刃腳下部的土體一次挖出太多，沉井突然下沉導致沉井傾斜;刃腳的單側遇有巖石、樹根等，使沉井兩側不能同步下沉而出現傾斜;井壁上增加的荷載配重不均衡，沉井向配重多的一側偏斜。

預防及處理措施如下：下沉時，刃腳下的混凝土墊層破除要對稱、同步的進行;加強沉井施工過程中的數據觀測，出現傾斜現象時及時進行糾正處理;在井頂高的一側刃腳處多挖土，低的一側刃腳處少取土，減緩下沉速度;在沉井高的一側的壁外挖土，降低井壁與土的摩阻力，沉井低的一側的壁外回填土并夯實，增大井壁與土體的摩阻力，使沉井逐漸歸正。

4.2" "沉井偏移

沉井偏移的原因如下：沉井預制的場地不平整，地下土層軟硬不均勻;沉井下沉過程中，未按照要求對稱均勻的挖土，出現突然下沉和停止下沉時，沉井易產生偏移;出現突沉或停止下沉時，盲目地進行排水迫沉;測量定位出現差錯也會產生偏移。

預防及處理措施如下：對于初沉時產生的偏移，可以在高的一側多挖土，低的一側少挖土糾正下沉方向;在進行沉井時，應控制沉井向偏移的反方向傾斜，經過多次糾正后，即可使沉井逐漸的恢復到設計的位置;加強測量的檢查復核工作。

4.3" "下沉過快

下沉過快的原因如下：沉井下部的土層軟弱，承載力較低，導致下沉速度過快;進行降排水時產生流砂現象，井壁與土的摩阻力變小;沉井外部土產生液化。

預防及處理措施如下：減少沉井內挖土量，減慢井內挖土的速度，增大側壁摩阻力;在刃腳下少挖土，提高刃腳下土的阻力;在沉井外壁與土體間填碎石或粗砂增大摩阻力;沉井外部的土體發生液化現象時，采用填入碎石的方法進行處理;在沉井刃腳斜面處挖土并立即回填粗粒徑的砂或碎石，增大沉井下土的阻力。

4.4" "下沉極慢或不下沉

下沉極慢或不下沉的原因如下：沉井自身重力較小，與土體之間的摩阻力較大，下沉系數過小;沉井內鍋底開挖深度和范圍不足，刃腳下土體阻力大;刃腳下存在樹根、巖石等障礙;井壁未設置射水管等減阻措施;沉井在軟黏性土層中停滯時間過長，造成土體與井壁的摩阻力增大。

預防及處理措施如下：沉井預制時嚴格保證結構尺寸和混凝土表面質量，減小側摩阻力;在沉井頂部均勻增加其他荷載助沉;擴大鍋底開挖范圍及深度，挖除刃腳下的土（但刃腳下挖空不宜過大）;清除刃腳下的障礙物;在沉井外壁安裝射水管沖刷土體或在沉井與土體間灌入膨潤土泥漿，減小下沉的摩阻力。

4.5" "突沉

突沉的原因如下：沉井內挖土時速度過快，沉井短時間內被外壁與土體間的摩阻力和刃腳下土的承載力頂住，暫時保持平衡的狀態，一旦繼續挖土，井壁的摩阻力和土的承載力突然降低，導致發生突沉;流砂大量涌入井內。

預防及處理措施如下：適當增大沉井的下沉系數，沿井壁向下注水，以減少井壁與土體的摩阻力;鍋底挖土時要進行控制，按要求逐層的進行開挖，不可一次性挖得過深;采取措施避免產生流砂現象。

4.6" 超沉

超沉的原因如下：當終沉階段下沉至接近設計高程時，沒有及時放慢井內挖土速度，標高觀測不及時;下沉過程中遇到軟弱土層或流砂，未能及時處理使沉井下沉失控。

預防及處理措施如下：沉井將要下沉至設計高程時，應該時刻對沉井的平面位置、井壁垂直度和下沉標高進行測量監測;停止挖土和排水，使沉井依靠自身重力下沉至設計標高;避免涌砂和流砂發生。

5" 結語

沉井技術能夠適用于復雜的施工現場條件，降低深基坑開挖對外部的影響和安全風險。同時，相較于放坡開挖方式，大大減少了土方開挖量，能夠節約投資、縮短工期，產生了較好的社會效益和經濟效益。

本文以毛莊污水處理廠配套污水管網WA16沉井的施工為例，對沉井施工中容易出現問題及處理措施進行了詳細闡述。由于不同工程地質條件施工工藝也存在差異，因此需要技術人員在工程實踐中具體分析，選用適合的施工工藝。

參考文獻

[1] 龔維明，曹耿，王正振，等.大跨橋梁基礎新技術[C].深圳：2018全國巖土工程師論壇論文集.2018：348-356.

[2] 劉桂榮.大型核、火電廠取水結構施工技術研究[D].上海.上海交通大學，2014.

[3] 中交一公局集團有限公司，公路橋涵施工技術規范： JTG/T36502020，[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2020：147-168.

[4] 肖心太，孫益忠，杜信燦，等.混凝土墊上制作沉井的施工方法：CN101781896 A[P].2010-07-21.

[5] 鄧海林.流塑狀淤泥地層中沉井施工方法探討[D].廣州：華南理工大學，2008.

[6] 劉建人.橋梁工程主墩基坑砼沉井施工技術的應用[J].中國房地產業，2011（7）：178.