谈沉井施工技术在工程中的应用

张 川 杨 建 张娟娟,2

(1.华北水利水电大学，河南 郑州 450045； 2.中国农业科学院农田灌溉研究所/河南省节水农业重点实验室，河南 新乡 453002)

谈沉井施工技术在工程中的应用

张 川1杨 建1张娟娟1,2

(1.华北水利水电大学，河南 郑州 450045； 2.中国农业科学院农田灌溉研究所/河南省节水农业重点实验室，河南 新乡 453002)

结合南水北调沉井施工实例,从沉井制作、沉井下沉、沉井封底及下沉纠偏等方面阐述了沉井施工过程的控制措施，并针对施工中的常见问题,提出了相应的处理方法，为类似工程的施工提供了参考依据。

沉井，下沉纠偏，沉井封底

0 引言

随着城市建设的发展以及工程施工技术水平的提高，沉井施工已广泛应用于工业建筑的深坑、地下室、设备深基础、桥墩、码头、凿井等工程；施工场地复杂,邻近有铁路、房屋、地下构筑物等障碍物，加固、拆迁有困难或大开口施工会影响周围邻近建(构)筑物安全时,应用沉井施工方法最为合理、经济[1]。沉井施工法有以下优点：1)用沉井井壁作为深埋构筑物的墙壁挡土、挡水，节省了深基坑支护费用；2)沉井施工占地较大，开挖的基坑要小得多，土方挖填量小，且能减少对周围邻近建筑、管线、路面的不利影响[2]。

1 工程概况

郑州市供水配套工程是河南省南水北调受水区供水配套工程的一部分，其中23号配套工程起始于北环路南阳立交桥东南侧，终点至白庙水厂。此段输水管线拐点处均需布置工作井或接收井，共计14处基坑，其中特以11号沉井为例。

11号沉井下沉穿越土层分别为重粉质壤土、轻中粉质壤土、粉细砂、淤泥质粉质粘土，基坑沉井底板底高程为77.257 m，位于淤泥质粉质粘土层中，且进入淤泥质粉质粘土层约0.7 m。沉井平面为圆形，剖面为矩形，沉井顶标高为90.257 m，刃脚底标高为78.407 m。沉井高度为11.85 m，施工时采用分两次制作，第一次制作高度为6.0 m，第二次制作高度为5.85 m。井壁上部厚度为70 cm，下部厚度为80 cm，钢筋净保护层厚度为50 mm。

2 沉井施工稳定计算方法

2.1 沉井抗浮稳定计算

沉井抗浮应按沉井封底和使用两个阶段，分别根据实际可能出现的最高水位进行验算，并符合下式的要求：抗浮计算Kf=G/B≥1.05[3]，其中,Kf为抗浮安全系数;G为相应阶段沉井总重量，kN;B为浮力，kN。经计算，沉井未封底时抗浮稳定系数为2.66，沉井封底后抗浮稳定系数为1.125，都满足抗浮的要求。

2.2 下沉计算

2.2.1 下沉系数

下沉系数：

式中：Gk——沉井自重标准值；Ffw,k——下沉过程中水的浮托力标准值；Ffk——井壁总摩阻力标准值。

要求下沉系数Kst≥1.05。经计算,下沉系数为1.22，满足要求。

2.2.2 下沉稳定系数

沉井在软弱土层中下沉，当下沉系数较大时(一般大于1.5)，或在下沉过程中遇有特别软弱土层时，需进行下沉稳定验算，以防止突沉或下沉标高难以控制。

下沉稳定系数：

式中：kst,s——下沉稳定系数，取值为0.8～0.9;Ffw,k——下沉过程中水的浮托力标准值；Ffk——井壁总摩阻力标准值;Rb——沉井刃脚、隔墙和底梁下地基土的极限承载力之和。

经计算,下沉稳定系数为0.79<1.0，满足要求。

3 沉井工程

3.1 施工准备

施工前，应对施工区域进行清理，拆迁各种障碍物。接着采用74 kW推土机配合74 kW履带式拖拉机对井区场地进行平整碾压，平整范围按沉井平面尺寸周边扩大2 m～4 m，碾压后的地面承载能力应达到设计要求。

3.2 施工方法及施工要求

3.2.1 铺垫砂砾石及垫木

铺垫砂砾石层和铺设垫木。场地经平整碾压密实后，在垫木铺设范围内铺垫最大粒径不超过40 mm的砂砾石，其厚度不小于25 cm，用机械或人工进行找平夯实。垫木采用质量良好的普通枕木及短方木，一长一短(3 m，1.5 m，部分长2 m)依次摆平，在刃脚的直线部位应垂直铺设，四角(或圆弧)部位应径向铺设。垫木间用粒径5 mm～20 mm砂卵石填塞密实，填塞时先四角后中间，防止垫木位移。

3.2.2 刃脚制作与安装

刃脚是沉井下沉全过程的关键部件，应按照钢结构施工规范的要求保证刃脚的制作和安装质量。通常先在厂内分段加工成型，然后运至现场拼装、调整、焊接成整体，要求外形尺寸正确，钢靴和钢筋之间焊接可靠，能承受沉井下沉全过程中产生的挤压振动和冲击。

3.2.3 刃脚下的承重桁架及井筒内模施工

根据首节沉井结构尺寸和承重荷载的要求，对井筒内模周边、转角和隔墙可采用木制承重桁架，该桁架支承在已做好的基础垫木上。刃脚下和井内隔墙下垫木应力应基本相等，以免不均匀沉陷使井壁连接处混凝土出现裂缝。内侧模板可采用在加工厂加工成型的标准模板在现场拼装，局部接头使用散装模板拼接。先安装斜面和隔墙承重模板，后安装侧面模板，并用内撑固定。

3.2.4 井壁外侧模板施工

沉井井筒外壁要求平整、光滑、垂直，严禁外倾(上口大于下口)。为了施工快捷和有利模板平整，外模宜采用大模板。模板支撑采用对拉方式。

3.2.5 井筒混凝土浇筑

浇筑前先搭设浇筑平台，并按规定距离布设下料溜筒，一般5 m～6 m布置一套溜筒，混凝土通过溜筒均匀铺料。为避免不均匀沉陷和模板变形，四周混凝土面的高差不得大于一层铺筑厚度(约40 cm)。一节井筒应一次连续浇完，如因故不能浇完时，水平施工缝要进行可靠处理。施工缝不允许使用砂浆掺合料。混凝土浇筑完毕后，即应遮盖养护。养护时间按《水工混凝土施工规范》[4]要求执行。

3.2.6 井内开挖及首节井筒下沉

底节井筒模板及支撑排架拆除后，井筒混凝土经养护达到设计强度70%以后，才能进行抽除垫木，开始挖渣下沉作业。

1)底部垫木抽除。

为了保证沉井的垂直度，抽除垫木是关键之一。在抽垫过程中，应分区、依次、对称、同步地进行，先隔墙，后井筒；先短边，后长边；最后保留设计支撑点。每次抽去垫木后刃脚下立即用卵砾石填塞捣实，使沉井自重逐渐由卵石承受。在整个作业过程中加强仪器观测，发现沉井倾斜时应及时采取措施调整。

2)挖土下沉。

沉井土方开挖采用0.5 m3履带式抓斗配合人工开挖，可利用土料就近堆存在临时占地范围内，开挖多余土料采用1 m3挖掘机配合8 t～10 t自卸汽车运输至弃渣场。每层挖土作业的要点是，周边先预留1 m以上宽度，从中心向四周开挖。依次挖土厚度为0.3 m～0.5 m，再间隔挖除预留部分，留下设计支撑点。在挖除支撑点时，沉井在自重作用下逐渐下沉，下沉过程中测量人员用水准仪保持观察,随时指导沉井下沉,及时纠偏,保证均匀下沉。

3.2.7 后续井筒施工

在底节沉井下沉到一定深度后就应停止下沉，准备进行上面一节沉井的施工。沉井的接高应符合以下要求：1)接高前应调平沉井，井顶露出地面应有1 m左右高度；2)第二节沉井高度可与底节相同(5 m～7 m)。为减少外井壁与周边土石的摩擦力，第二节井筒周边尺寸应缩小5 cm～10 cm；3)上节模板不应支撑在地面上，防止因地面沉陷而使模板变形；4)为防止在接高过程中突然下沉或倾斜。必要时应在刃脚处回填或支垫；5)接高后的各节井筒中心轴线应为一直线；6)第二节井筒混凝土达到强度要求后，继续开挖下沉。

3.2.8 沉井封底

当沉井下沉至距设计标高300 mm时，应停止抽出垫木和挖土，依靠沉井自重下沉至设计标高及接近设计标高。经过观测，在8 h内，累计沉降量不大于10 mm或沉降率在可控制范围内时，表明沉井下沉已经稳定，可进行沉井封底[5]。作为一般基础沉井，可用C15混凝土封底，高度为2 m～5 m。若渗水量不大，填心、封底可采用分期施工方法。第一期可采用预留泵坑，一边排水一边从一端向另一端封堵填心，最后撤出水泵封堵水泵坑。若渗水量较大，无法采用排水法封堵，也可采用导管法水下浇筑混凝土封堵。水下混凝土浇筑厚度可为3 m～5 m，以上部分将积水排出后仍采用普通混凝土方法浇筑填心混凝土。

3.2.9 沉井下沉的纠偏措施

1)严格控制井筒施工的外形尺寸，要求井筒外壁垂直、光滑，免除由于结构引起的阻力增加；

2)严格按照程序抽除垫木，并及时回填卵砾石，确保沉井正位下沉；

3)在井壁高的一侧施加偏压，直至井壁端正；

4)井外单侧挖土，将偏移部位压向正确位置；

5)井内均匀开挖，每层开挖在0.3 m～0.5 m范围内，先中间，后四周；

6)井外壁单侧注水或泥浆以减小井壁与土层的摩擦力；

7)及时堵住涌砂。

3.2.10 沉井的质量要求

沉井外形和位置的允许偏差见表1。

表1 允许偏差表

3.3 沉井施工注意事项

沉井施工时应注意以下事项：

1)当沉井下沉至设计标高以上1 m时，应适当减慢下沉速度，每天不大于0.3 m，锅底开挖深度应减小，刃脚下掏土应慎重，防止突沉和超沉事故的发生；

2)沉井下沉阶段预留孔封堵措施：预留孔外侧采用C15混凝土临时封堵，外粉30 mm厚1∶2防水水泥砂浆，预留孔内侧采用槽钢封门，施工时应保证沉井整体平衡；

3)封底混凝土按水下混凝土进行施工，所有凸出设计标高部分应予以凿除。当封底混凝土达到设计强度后，方可进行井内抽水。抽干后不得有渗水现象，否则应予以修补[6]；

4)施工时应作好安全防护措施，确保人员和设备安全及做好环境保护工作。

4 结语

沉井技术在城市建设中的作用日益凸显，其日趋完善的施工技术将得到更为广泛的应用。本文通过对南水北调配套工程23号顶管沉井施工技术的整体论述，解决了沉井施工所存在的安全等系列问题，可为类似工程提供参考。

[1] 梁志美.浅析沉井施工技术[J].科技创新导报,2011(7):24-25.

[2] 冀新红.浅谈沉井施工方法[J].陕西科技,2009(6):19-21.

[3] 孙连溪.实用给水排水工程施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社,1998.

[4] DL/T 5144-2001，水工混凝土施工规范[S].

[5] 葛春辉.钢筋混凝土沉井结构设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[6] 胡长明.沉井施工在实际工程中的应用与问题分析[J].施工技术,2008(9):37-39.

Theapplicationofopencaissonconstructiontechnologyinengineering

ZHANGChuan1YANGJian1ZHANGJuan-juan1,2

(1.NorthChinaUniversityofWaterResourcesElectricPower,Zhengzhou450045，China; 2.KeyLaboratoryofWater-savingAgriculturalofHenanProvince,FarmlandIrrigationResearchInstitute,ChineseAcademyofAgriculturalScience,Xinxiang453002,China)

Combining with the open caisson construction instance of south-to-north water transfer, this paper expounds the control measures from the open caisson production, open caisson sinking, bottom sealing and sinking deviation, etc. Contrapose the common problems existing in the construction, put forward the corresponding processing method. Provide reference for the similar engineering construction.

open caisson, sinking deviation, bottom sealing

1009-6825(2014)33-0077-03

2014-09-17

张 川(1990- )，男，在读硕士

TU753.64

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