沉井注水下沉施工

陈昌厚，黄治芳

(十五冶第二工程有限公司，江西贵溪 335425)

沉井注水下沉施工

陈昌厚，黄治芳

(十五冶第二工程有限公司，江西贵溪 335425)

沉井注水下沉适用于地质条件复杂，有地下水，降水施工可能引起沉井周边建(构)筑物地基基础和道路的不均匀沉陷，从而导致建(构)筑物上部主体的倾斜的沉井、深基坑支护等工程。通过对沉井注水下沉法的研究，能够较好的解决流砂地区沉井下沉的稳定，保证沉井自身的顺利进行且对周边建、构筑物不产生影响，从而大大节省费用，节约工期。本文重点介绍了沉井注水下沉的工艺原理、工艺流程、施工方法。

沉井注水下沉;工艺原理;工艺流程;操作要点;效益

1 工程概况

江西铜业集团公司年产10万t高性能高精度铜及铜合金板带材项目一期2万t工程纵剪包装机基础，设计采用沉井施工。该厂房基础已经施工，且沉井离厂房基础较近，仅1750mm，厂房基础坐落在粉质粘土层上埋深约－4.5m。而根据地勘报告显示，该地区毗邻赣江，地下水丰富，地下中砂、砾砂层较厚，极易产生流砂，而沉井注水下沉法很好的解决了这样的难题。

2 工艺原理

主要是利用高压水泵将高压水流通过进水管分别流进沉井内的高压水枪和水力吸泥机，利用高压水枪射出的高压水流冲刷土层，使其形成一定稠度的泥浆汇流至集泥坑，然后用水力吸泥机(或空气吸泥机)将泥浆吸出，从排泥管排出井外。特别强调的是，冲粘性土时应使喷嘴接近90°角冲刷立面，将立面底部冲成缺口使之塌落。

沉井水力机械除土的主要特点是利用高压射水来代替人工进行沉井下沉的全部作业，它包括土的切割、冲刷、搅动及所形成泥浆的排除，如图1所示［5］。

图1 沉井水力机械除土示意

3 适用范围

适用于地质条件复杂，有地下水，降水施工可能引起沉井周边建(构)筑物地基基础和道路的不均匀沉陷，从而导致建(构)筑物上部主体的倾斜的沉井、深基坑支护等工程。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 工艺流程

施工准备→水下作业→安全监测→沉井下沉观测及纠偏→封底

4.2 操作要点

4.2.1 施工准备包括水下吸泥设备、供水管道安装、泥浆输送管道安装，泥浆池、水池砌筑见图2沉井施工平面布置图［3］。

图2 沉井施工平面布置图

4.2.2 水力机械在沉井内除土时的操作方法

沉井下沉使用的水力机械，由水力冲泥机和水力吸泥机，以及相应的高压供水管路和排泥管路组成。沉井的每个井孔(格)最好使用一套水力机械。作业过程如图3所示。

图3 井内水力除土示意图

(1)冲泥时，可先在水力吸泥机的吸泥龙头下方(一般均选在锅底中央)，冲挖出一个直径约为2.0～2.5m的集泥坑。然后用水力冲泥机开拓各个方向通向集泥坑的水沟2～4条，沟的纵向坡度3%～5%。此后，即可向四周开挖锅底①，为了防止沉井突然下沉，引起很大的偏差，以及减少井外土的拢动坍塌等情况，可在沉井四周刃脚旁保留宽0.5～1.0m的土堤。待锅底开挖完毕后，再逐步均匀地冲挖土堤，第一步先冲除四角处的土堤②，第二步再冲除四周土堤③，最后冲除定位点处土堤，使沉井下沉。

(2)对于多孔(格)沉井的施工，亦可参照上述顺序进行开挖，各井孔之间，在沉井偏斜不大时，应力争同时冲挖。如果沉井偏斜较大时，井孔之间的开挖情况应根据偏斜情况加以调整。

(3)对于离集泥坑较远的井孔(格)，当冲沉井四角②和井壁处③土堤时，泥浆从那里流到集泥坑有时是很困难的，为了不使集泥坑和集泥水沟之泥砂沉淀，经常用一个水力冲泥机反复冲刷和搅动。一方面用它将沉井最远处的泥砂冲至集泥坑;另一方面还可以把集泥坑冲深，搅动泥浆，并清除堵塞在吸泥龙头网罩上的杂物。

利用上述方法能够提高水力吸泥机的排泥量，尤其是在沉井的下沉初期，泥浆中常混杂着建筑垃圾，如石块、碎木块等，采用上述措施亦属必要。

根据工程中实测情况，当水压为15～20kg/cm2时，水力冲泥机的有效冲刷半径约为6～8m，在此范围内的泥浆一般均可流至集泥坑内。

水力吸泥机的吸泥龙头的网罩应低于泥浆面约5～10cm，这样可吸入较多的泥浆。

当吸泥龙头的网罩或吸泥管内被杂物堵塞时，亦可用反冲法来清除吸泥管或吸泥龙头的堵塞物。其方法是关闭水力吸泥机的进水阀门，这时排泥管内的水体便倒流入井内，把吸泥龙头及吸泥管中的杂物冲出来，有时上述的方法尚需重复数次，始能将堵塞物清除干净［4］。

4.2.3 沉井纠偏

沉井在下沉过程中，会经常发生倾斜、偏位和扭转等偏移正位的情况。为及时掌握偏移正位情况并采取纠偏措施，须设立水准基点及基线。基点(如图4)在沉井的外壁划出中线，四角刻画出标尺或设立标尺。自拆除垫木或混凝土垫层开始，直至封底稳定之前，应按前述要求随时进行观察。

图4 基线基点布置示意图

1、偏移正位的原因

①拆除脚手架、模板时，未能对称、均衡拆除;

②未对称抽除承垫木，或未及时回填夯实刃脚下的土;

③未对称拆除混凝土垫层;

④沿刃脚下土质软硬不均匀;

⑤刃脚下一角或一侧有障碍物搁阻，又未及时发现和处理;

⑥未对称、均匀挖土;

⑦沉井刃脚下一角或一侧土壤被掏空，并外土体直接被水枪冲击成泥浆入井内;

⑧出现突沉现象;

⑨在排水施工的情况下，井内出现大量流沙。

2、纠偏的方法

纠偏的原则是及时纠偏，因为越深偏位越大，就越难以纠偏。

(1)纠倾斜

①偏挖。在刃脚高的一侧除土，低的一侧保留土堤或回填砂石，迫使刃脚高的一侧多沉;

②偏压。在井顶高的一侧压载，造成沉井偏重;

③偏挖、偏压加水冲。如沉井下沉较深时发生倾斜，仅用偏挖、偏压还难以扶正时，可在沉井顶高的一侧的壁外，插入高压水管，用高压水枪冲土，破坏该侧土的压力(摩擦力)并起润滑的作用;

④土压差。在井顶高的一侧壁外挖土减载，低的一侧壁外加载，造成土压力(摩擦力)差。

(2)纠偏位

偏位有两种情况，一种是纯偏位，一种是即偏位又倾斜，如图5所示，这两种情况中以后一种情况居多，不论哪一种情况，纠正的方法是在A侧刃脚处取土，促使沉井向A侧倾斜，直至沉井底中心线接近设计中心线，然后在B侧刃脚处，取土纠倾斜。如偏位较大，应多次反复进行，直至消除为止。

图5 偏位倾斜并存示意

(3)纠扭转

沉井在下沉过程中，出现扭转的原因是由于对称并同时朝同一方向(实箭头方向)挖土;或由于沉井突然下沉，或由于井外壁压力不均衡所致(如图6、7所示)。

纠正的方法:

①按图中所示的虚线箭头方向对称同时挖土。

②对角偏挖，偏填。即在A'、C'处偏挖，在B'、D'处偏填，造成土压差。

③在A'、x'，x'、C'和y'、B'，y'、D'处的井壁外插入高压水管，用高压水冲土，破坏该土的压力，造成土压力差。

沉井的偏移正位，以及以上所采取的纠偏方法，往往或大或小使沉井有受力均匀变为不均匀，而产生裂缝，因此，在纠偏过程中，应加强观察［1，2，6，7］。

4.2.4 沉井封底

不排水封底即在水下进行封底。封底前，井内水位不应低于井外的地下水位。潜水员应潜入井内水下，使用高压水枪按设计要求将井底面整理成锅形，并将井底浮泥清除干净，新老混凝土接触面应用水冲刷干净。

封底混凝土采用水下不分散混凝土，水泥用量宜为350～400Kg/m3，砂率为45%～50%，宜采用中、粗砂，水灰比不宜大于0.60，骨料粒径以5～40mm为宜。封底混凝土应在沉井全部底面积上连续均匀浇注，不得留有施工缝，底板与井壁接缝处的防水措施按《地下工程防水技术规范》GB50108－2001表3.3.1－1选用。浇注时导管插入混凝土深度不宜小于1.50m，导管直径以25～30cm为宜。待水下封底混凝土达到所需设计强度后，方可从井内抽水，并检查封底质量。

5 施工材料和设备

沉井下沉所使用的水力机械设备主要由水泵、进水管路、水力冲泥机、水力吸泥机以及排泥管路等组成。一般情况下，每套6英寸水力机械包括:6DA型水泵、水力冲泥机(水枪)1～2台、水力吸泥机(直径150mm)及相应的管路。高压射水是由高压水泵供给的，水力冲泥机及水力吸泥机可由同一高压水泵供水，也可以由两台高压水泵分别供水。采用本工法施工需主要机械设备及设施见表1。

表1 主要机械设备及设施

6 效益分析

(1)采用本方法施工保质保量完成了施工任务，较排水下沉法节约降水及周边基础加固费用约为20万元。

(2)本施工方法取得成功，使公司沉井技术得到了新的发展、新的突破，显示了企业的实力，提高了知名度，受到了建设单位、设计单位、监理单位等多方面的广泛赞誉，取得了良好的社会效益和经济效益。

7 应用实例

本方法应用于2010年施工的江西铜业集团公司年产10万t高性能高精度铜及铜合金板带材项目一期2万t工程纵剪包装机基础，沉井平面尺寸为4000mm×1000mm，深度21.25m，分两次下沉，共计下沉36天，较好地解决了地下水丰富及砂层厚，沉井过程中易产生流砂的难题，受到业主及监理的好评。

［1］范晋波，柯德辉.设备基础沉井施工中的技术措施和问题处理［J］.建筑技术，2006(9):692－694.

［2］张雪梅，刘静秋，曹玥.沉井下沉稳定的相关措施［J］.给水排水，2010(8):109－111.

［3］王卫忠.沉井下沉技术在泰州长江公路大桥北锚碇中的应用［J］.交通科技，2009(2):21－24.

［4］武中刚.沉井施工技术在某工程中的应用［J］.山西建筑，2005(3):86－87.

［5］陈闽，王学海.沉井下沉施工工艺探讨［J］.中国给水排水，2002(7):86－87.

［6］梁建立，王欢刚.沉井下沉常见问题及处理方法［J］.中小企业管理与科技(下旬刊)，2009(3):214.

［7］粟淼，龚海龙.沉井下沉过程中倾斜与偏移的处理［J］.科技资讯，2010(21):45.

The Construction of Water Injection Sinking Caisson

CHEN Chang－hou，HUANG Zhi－fang

(The 2nd Engineering Co.，Ltd.，China No.15 Metallurgical Construction Group Co.，Ltd.，Guixi 335425，Jiangxi，China)

The water injection open caisson sinking is applied to the project of the open caisson and Deep Foundation Pit Bracing，with complex geological conditions such as there is underground water，precipitation construction may cause uneven subsidence of the building(structure)and the road around caisson，resulting in upper body of the building(structure)inclining.By study，the water injection open caisson sinking method can be used to maintain stability of open caisson sinking in flow sand region，to ensure the open caisson itself sinking smoothly and also no influence on surrounding building and structures.Thereby，costs are greatly reduced and construction period is shortened.This paper mainly introduces process principle，technological process，and construction method of the water sinking caisson.

water sinking caisson;technology;technological process;operation;benefit

TU47

B

1009－3842(2011)06－0081－04

2011－10－05

陈昌厚(1982－)，男，江苏射阳人，工程师，主要从事工程项目管理工作。E－mail:changhouchen008@126.com