沉井施工问题及技术探析

章建平 刘卫国

一、淮安市越秀河沉井工程简况

淮安市越秀河工程是淮安市中心城市建设重点项目之一，是钵池山公园活水工程的引水河道，目的是将里运河水经越秀河引入公园内，再从公园下游河道流出。越秀河与公园水体之间有一条公路（翔宇大道），必须采取顶管穿越，越秀河沉井工程是顶管工程分项工程。越秀河沉井分为工作井和接收井，均为矩形井，工作井尺寸为9.8m×10.m×14.4m，接收井尺寸为9.8m×7.8m×14.3m。

二、地质资料

该工程钻探深度范围内的土层可分为4个工程地质层：第一层为填土，主要为灰黄色、灰色轻砂壤土，夹砖块、塑料袋等垃圾，其层顶标高11.80～12.21m，层厚 2.50～4.20m；第二层为轻粉质砂壤土，灰黄色、灰色，流塑状，其层顶标高11.80～12.21m，层厚6.40m；第三层为粘土或壤土，灰黑色、灰黄色，可塑状，其层顶标高为2.90m，层厚约5.70m；第四层为重粉质砂壤土，黄色，软塑状，最大孔深15m未钻透该层。上述第一层填土，软硬不均，中等透水性，均匀性差，边坡稳定性较差；第二层中等透水性，中等偏低压缩性，均匀性尚好，边坡稳定性较差；第三层极微透水性，中等压缩性，均匀性尚好，边坡稳定性较好；第四层中低压缩性，均匀性一般。工作井底板将置于2层轻砂壤土，该层流塑状，中等偏低压缩性，无软弱下卧层，从力学强度考虑，满足天然地基条件。

三、越秀河沉井工程施工技术方案

1.沉井制作

（1）基坑开挖。为了使沉井下沉更为稳定，该工程工作井、接收井采用排水法下沉。根据地质资料提供的地下水水位高度，工作井前期基坑开挖至9.5m高程，开挖坡度1∶1。

（2）垫层厚度。垫层采用砂垫层和素混凝土垫层，素混凝土垫层厚度主要考虑第一节沉井单位长度重力、砂垫层底持力层承载力、刃脚处素混凝土垫层宽度及安装模板方便，经计算素混凝土垫层厚度采用40cm。砂垫层厚度主要考虑混凝土垫层厚度、挖除覆盖层后地基承载力、砂垫层压力扩散角等因素，经计算砂垫层厚度取60cm。

（3）刃脚砖胎模制作。砖胎模采用M7.5混合砂浆和MU7.5机制砖砌筑，每间隔0.9m预留一道3cm宽垂直缝，以方便沉井外模的固定及沉井下沉时拆模。根据经验，胎模表面设一毡两油隔离层。

（4）沉井脚手架。脚手架采用D48mm钢管搭设，结点采用扣件连接。脚手架立杆必须支立在衬垫上，立杆与立杆之间的间距小于1.5m，横杆的步距小于1.8m。脚手架宽度不小于1.2m，脚手架作业平台满堂铺设木板，作业平台外侧设置1.2m高的防护栏杆。脚手架在使用期间经常检查，遇大风暴雨后，立即检查，确保安全。

（5）钢筋工程。钢筋由施工员按设计图，计算出钢筋配料清单，同时满足设计对接头形式及错开要求。搭接长度、弯钩等符合施工规范的规定。所有钢筋应具有出厂质量证明，对进场钢筋按质量检查要求的批次、频率进行原材料送检试验。绑扎钢筋前，由施工员向班组进行交底，内容包括绑扎顺序、规格、间距、位置、保护层、搭接长度、接头错开位置等内容。在钢筋绑扎过程中，如发现钢筋与预埋件或其他设施相碰，应会同有关人员进行研究处理，不得任意弯、割、拆、移。

（6）模板工程。在刃脚内侧、预埋钢筋接驳器部位以及墙壁穿对拉螺栓处，均采用非标准木模板。刃脚垫架上模板分段安装，以便垫架拆除。刃脚上部井壁模板采用6节钢模板进行循环周转。考虑浇筑速度快，对模板产生很大的侧压力，用2根8#槽钢圈，以Φ16mm对拉螺栓固定。槽钢按井壁尺寸制作，用螺栓连接，并用适当支撑支顶在外脚手架上保持模板稳定。

（7）混凝土工程。本工程采用商品混凝土浇筑，混凝土搅拌车进场后，检查混凝土随车送货单，对混凝土的标号、坍落度、浇筑部位、发车时间、到达时间等内容进行检查，不符合要求者，予以退回。混凝土浇筑应连续进行。在操作难度较高处、预留洞、钢筋密集区等，做好醒目标志，作为振捣时的重点进行处理，确保混凝土的浇筑质量。混凝土初凝前，做好收水抹面工作，派专人看护，及时做好对混凝土的洒水养护工作。

（8）刃脚砖砌垫架拆除。沉井侧模板在混凝土强度达到25%以上即可拆除，刃脚砖砌垫架在混凝土达到75%强度时可拆除垫层下沉。在破除垫层前，对封底及底板接缝部位混凝土进行凿毛处理。拆除应在专人指挥下分区、依次、对称、同步地进行。施工时加强观测，注意下沉是否均匀，如发现倾斜，应及时处理。

2.沉井基坑降排水

沉井基槽降水采用明排水，沉井降排水采用大口井（管井）降排方案。根据水文地质参数及地质报告进行换算，沉井外布井计算将水位降到沉井底以下2m左右考虑，经计算在坑外布置4口减压井。减压井的施工选择专业钻井施工队伍，施工结束后即进行降水，降水时需24小时派人值班，并做好抽水记录，记录内容包括降水井涌水量Q和水头降s，并在现场绘制s～T曲线，以掌握抽水动态，指导降水运行达到最优。

3.沉井下沉

（1）沉井下沉系数及下沉稳定计算。本项目的工作井施工采用排水法下沉。沉井施工前均必须先进行下沉系数计算，以确定是否采取压重，泥浆套助沉等措施，从而确定经济合理的施工方法。沉井能够按要求下沉至设计标高，必须满足下式：

式中：K1——沉井下沉系数；

G——沉井自重（t）；

B——地下水对沉井的浮力（t），采用排水下沉，地下水浮力可忽略；

T——沉井井壁总摩阻力（t）；

R——刃脚反力，不考虑，为0。

经计算，第一次、第二次下沉系数分别为1.28、1.14，均大于1.05～1.5，表明沉井靠自重可按要求下沉至设计标高，沉井下沉过程中要注意突沉现象，发生突沉时可以采取少挖土或在隔墙和刃脚处加设横梁等阻沉措施。

（2）沉井下沉施工方法。沉井下沉前，首先将顶管预留洞口封堵，并在内侧用槽钢设置井子撑固定；其次将井壁外侧拉杆部位混凝土凿除，凿除深度为30mm，将混凝土外露拉杆头切割，用高标号砂浆抹平凿除部位混凝土，表面用沥青涂刷；第三在沉井4个外墙角井壁上用油漆标示高程刻度尺，便于沉井下沉时的测量观测，并在井壁上对称弹出4条垂线，并沿4条垂线绘制出水平测量标尺，在垂线的顶端悬挂垂球，以观察下沉时的倾度。

沉井初沉是沉井下沉中最关键的工序，此时四壁无摩擦力，沉井全靠地基承担，下沉系数很大，沉井又未入土，中心高，四壁无土约束导向，开挖稍不均匀，就可能倾斜、移位。下沉挖土采用长臂挖机从中间开始逐渐挖向四周，刃脚下土方开挖需要人工配合，开挖时由中心向四周对称开挖，每层挖土0.4～0.5m，在刃脚处留1～1.5m台阶，然后沿沉井壁每2～3m一段，向刃脚挤压而破裂，沉井便在自重作用下均匀破土下沉。当沉井下沉很少或不下沉时，可再从中间向下挖0.4～0.5m，并继续向四周均匀掏挖，使沉井平稳下沉。

在开始5m以内下沉时，要特别注意保持平面位置与垂直度正确，以免继续下沉时不易调整。在距离设计标高20cm左右应停止取土，依靠沉井自重下沉到设计标高。在沉井开始下沉和将要下沉至设计标高时，周边开挖深度应小于30cm或更少一些，避免发生倾斜或超沉。

4.沉井封底

当沉井沉到设计标高后，立即对井底进行修整，井底修整成锅底形，使井底的少量水流汇集在井中，并用泵排出，保持地下水低于井内基底面0.3m。先按图纸要求的厚度进行素混凝土封底，在封底混凝土顶面预留插筋，插筋采用Φ16，插入素混凝土800mm，外露部分长度400～500mm，间距为1500mm梅花形布置。待素混凝土封底达到50%以上设计强度后，开始绑扎钢筋，浇筑上层底板混凝土。混凝土浇筑时，对称均匀浇筑，并用振捣器捣实。

5.测量控制与观测

沉井位置的控制，在井外地面设置纵横十字控制桩和水准点。下沉时，在井壁上设十字控制线，并在四侧设水平线，于壁外侧用红漆画出标尺，以测沉降。井内中心线与垂直度的观测系在井筒内壁纵横四或八等分标出垂直轴线，各吊垂球一个，对准下部标板来控制。挖土时随时观测垂直度，当垂球离边线达50mm,即应纠正。沉井下沉过程中，每班至少观测两次，应在每次下沉后进行检查，做好记录。当发现倾斜、位移、扭转时，应及时通知值班队长，指挥操作工人纠正，使在允许偏差范围内。当沉至离设计标高2m时，对下沉与挖土情况应加强观测