富水地質沉井封底施工技術研究

劉曉程

中國一冶集團有限公司，中國·湖北 武漢 430081

1 引言

在中國沿海地區(qū)及部分省份，河流密布，水域面積廣闊，地下水位高，絕大部分屬于富水地層。沉井是一種常見的建筑基礎結構，富水地層的沉井施工具有諸多不便，特別是地層沉井封底是一個非常困難的工程，不僅要對施工工藝和施工質量進行嚴格的把控，還需要充分考慮地下水流動對施工過程以及后期沉井應用帶來的不利影響。

常規(guī)的沉井結構及其施工方法直接應用于富水地質地區(qū)時，在沉井封底施工過程中，沉井基底易出現(xiàn)管涌、降水井井壁易出現(xiàn)坍塌等情況，這不僅增加了作業(yè)難度，耗費工期長，而且管涌、流沙及周邊塌陷等問題的存在，也會帶來較大的安全隱患。

2 富水地質沉井封底結構的特點

①通過在沉井基底墊層中設置加固結構，加固結構中加固薄板與沉井刃腳通過膨脹螺栓緊固連接，加固鋼筋穿過加固薄板上的鋼筋緊固件，并設置插筋，保障沉井封底的結構安全。

②通過將沉井底板預制加工，縮短沉井封底的施工周期，避免基低長時間在富水地質裸露，降低風險。

③沉井降水管設置標準節(jié)，標準節(jié)之間采用螺紋接口，底部采用錐型傘口并內(nèi)設鋼絲網(wǎng)，與沉井預埋件采用用豎向連接板焊接，提升降水結構的穩(wěn)定性。

3 富水地質沉井封底結構的工藝原理

井底結構自上而下分為井底預制板、墊層和封底結構共三層結構。其中，底部的封底結構的加固底板借助于環(huán)向鋼筋以及沿封底結構半徑方向設置的加固鋼筋提高了整體結構強度，封底結構的加固底板還設置有插筋；封底結構的加固側圍還通過緊固組件與刃腳的內(nèi)側壁實現(xiàn)固定連接，上述結構確保了井底與井壁連接的牢固性和整體穩(wěn)定性，解決了富水地質地區(qū)沉井封底施工過程中沉井基底易出現(xiàn)管涌的問題，保障沉井封底的結構安全。

井底的上層結構井底預制板采用拼裝的形式，能夠節(jié)約工期，縮短施工所需時間，井底預制板的拼裝骨架外側錨入井壁的拼接槽中，進一步加強了井底與井壁之間連接的穩(wěn)定性。此外，通過將沉井底板預制加工，解決了沉井施工周期較長、影響沉井封底速率的問題，縮短沉井封底的施工周期，避免基底長時間在富水地質裸露，降低風險。

采用降水管替代常規(guī)的降水井，降水管采用帶有密孔的硬質材料制成，并通過豎向設置的連接板安裝于所述井壁外側壁上。降水管還設置有標準節(jié)，標準節(jié)之間采用螺紋接口，底部采用錐型傘口并內(nèi)設鋼絲網(wǎng)，與沉井預埋件采用用豎向連接板焊接，解決富水地質地區(qū)沉井封底施工過程中降水井井壁易出現(xiàn)坍塌的問題，提升降水效果，保證沉井封底的順利施工。

4 富水地質沉井封底結構的實施方式

一種富水地質沉井結構，其包括井壁、井底和降水管；井壁環(huán)繞井底設置，其底部設有刃腳，刃腳上方的井壁內(nèi)側開設有拼接槽；井底自上而下依次包括井底預制板、墊層和封底結構（見圖1）。

井底預制板包括拼裝骨架和拼裝在其內(nèi)部的若干沉井底板預制片，拼裝骨架的外側通過拼接槽與井壁固定連接；封底結構包括加固底板和連接在加固底板外圍并與其形成夾角的加固側圍；加固底板包括多道同心設置的環(huán)向鋼筋以及沿其半徑方向設置的加固鋼筋，加固底板的表面垂直設有的若干插筋；加固側圍與刃腳的內(nèi)側壁通過緊固組件固定連接；降水管由帶有密孔的硬質材料制成，其通過連接板安裝于井壁外側壁上。

針對現(xiàn)有的沉井結構應用于富水地質條件下，容易出現(xiàn)的管涌和降水井井壁易坍塌的問題，設計一種新型的沉井封底結構。針對沉井的井底結構進行改進，將井底結構自上而下分為井底預制板、墊層和封底結構三層結構，其中，上層的井底預制板采用拼裝的結構，能夠節(jié)約工期，縮短施工所需時間，其外側安裝于井壁的拼接槽中，與井壁實現(xiàn)穩(wěn)固連接；中間的墊層為沉井施工提供作業(yè)環(huán)境，保證沉井基底的承載力；底部的封底結構借助于環(huán)向鋼筋以及沿封底結構半徑方向設置的加固鋼筋的配合提升整體強度，封底結構還通過加固側圍與刃腳的內(nèi)側壁實現(xiàn)固定連接，確保了井底結構與井壁連接的牢固性和整體穩(wěn)定性，有效避免管涌情況的發(fā)生。

現(xiàn)有的降水井井壁一般采用泥漿護壁，在富水地質情況下，地下水位的變化和沉井下沉擾動易使降水井出現(xiàn)塌孔，本實施例利用了降水管代替常規(guī)的降水井，降水管采用硬質材料制成，還分布有利于降水的密孔，再借助連接板與沉井井壁的預埋件進行焊接，整體結構牢固可靠，不易塌陷。沉井結構的外側環(huán)繞設有止水帷幕。

井底預制板的拼裝骨架包括環(huán)形外圍及其內(nèi)部的十字支撐，環(huán)形外圍以及十字支撐與沉井底板預制片對應的位置，均設有拼裝接口。

沉井底板預制片為1/4 圓的扇形片，其邊緣設有用于與拼裝骨架的拼裝接口形成固定連接的預留鋼筋。在進行井底預制板的施工時，先利用沉井底板預制片邊緣的預留鋼筋與拼裝骨架的拼裝接口形成固定連接，再將拼裝骨架的環(huán)形外圍錨入沉井井壁的拼裝槽中。采用預制加工的方式進行井底預制板的施工，解決了現(xiàn)有沉井施工周期較長、影響沉井封底速率的問題，有效縮短沉井封底的施工周期，避免基底長時間在富水地質裸露，進一步降低管涌風險[1]。

沉井底板預制結構示意圖見圖2。

封底結構的加固底板上，沿半徑方向設有多個供加固鋼筋穿過的鋼筋緊固件。鋼筋緊固件的一端與加固底板焊接，其另一端設有供加固鋼筋穿過的通孔。加固鋼筋穿過的鋼筋緊固件后，與對應的環(huán)形鋼筋進行綁扎。插筋是垂直于加固底板所在平面設置的，插筋需預留出500 mm 的長度，用于錨入沉井的墊層中，以提高沉井封底結構的整體穩(wěn)定性（見圖3、圖4）。

封底結構上設置緊固組件，緊固組件包括螺母、膨脹螺栓和墊片，將加固側圍與刃腳的內(nèi)側壁牢固連接，加強封底結構與井壁之間的整體連接穩(wěn)定性。

沉井降水管由多個標準節(jié)連接而成，相鄰的標準節(jié)對應的位置設有螺紋接口。這種拼裝式的結構有利于沉井的下沉施工，施工過程中不易出現(xiàn)彎折的情況。

降水管標準節(jié)示意圖見圖5。

降水管的底部設有錐形傘口，錐形傘口內(nèi)設有鋼絲網(wǎng)。其中，底部的錐形傘口能夠減小降水管施工過程中穿土的阻力，鋼絲網(wǎng)的設置能夠對抽水泵進行保護。

沉井將水管設置多個連接板，等間距設置于降水管與井壁之間，其兩端通過焊接的方式與降水管和井壁固定連接。降水管與連接板的設計取代了常規(guī)的降水井結構，解決富水地質地區(qū)沉井封底施工過程中降水井井壁易出現(xiàn)坍塌的問題，提升降水效果，保證沉井封底的順利施工[2]。

加固薄板與刃腳示意圖見圖6。

5 富水地質沉井封底結構的施工操作要點

5.1 降水措施

在沉井井壁上設置預埋件，降水管與預埋件之前通過豎向連接板焊接連接，降水管設置標準節(jié)，標準節(jié)之間采用螺紋接口，根據(jù)沉井下沉速度逐節(jié)安裝，底部采用錐型傘口并內(nèi)設鋼絲網(wǎng)，沉井井壁外側設置止水帷幕。

5.2 封底加固件安裝

沉井下沉至設計標高后安裝，加固結構中加固薄板與沉井刃腳通過膨脹螺栓緊固連接，加固鋼筋穿過加固薄板上的鋼筋緊固件，并設置插筋。

5.3 沉井封底前準備

沉井下沉至設計標高后觀察其穩(wěn)定性，在8 h 內(nèi)沉井自沉累計量不大于10 mm，并每小時觀察自沉量，在沉井下沉已經(jīng)穩(wěn)定時，方可進行封底[3]。

5.4 基底墊層澆筑

在封底加固件安裝完成后，由于沉井下沉到位時，井底呈鍋底型，鍋底深度比沉井底部深2～3 m[4]，超挖部分及墊層采用素混凝土回填。

5.5 沉井底板施工

沉井底板預制片吊裝到位后，確保預制片預留鋼筋均勻錨入沉井井壁凹槽，預制片之間拼接接口寬度均勻，然后澆筑沉井預制片接頭處混凝土。

5.6 沉井驗收回填

沉井檢查驗收合格之后，結構強度達到設計強度方可進行沉井四周的回填施工。回填應均勻、對稱進行，防止不均勻受力而使結構產(chǎn)生破壞或位移，填料應分層壓實，壓實系數(shù)應達到設計要求。

6 結語

綜上所述，富水地質沉井封底結構可有效防止沉井封底施工過程中沉井基底出現(xiàn)管涌、降水井井壁出現(xiàn)坍塌等問題，在富水地質條件下沉井封底施工中可廣泛推廣應用，但需要注意的是富水地質沉井封底施工過程中要特別關注施工的關鍵點，要嚴格把控各施工關鍵點的施工質量，保障施工的連貫性。富水地質條件下，沉井封底施工存在一定的安全隱患，通過該沉井封底技術的應用，可提升沉井封底結構的整體性，并縮短基底在富水地質裸露的時間，降低安全風險[5]。