关于沉井和明开挖施工泵站的优缺点研究

张靖

摘要：沉井施工法和明开挖施工法都是基础施工中采用的主要施工方法，要根据不同的地理环境和实际情况来选择施工方法，本文对沉井施工法和明开挖施工法的特点和优缺点进行了阐述分析研究。

关键词：沉井施工 明开挖施工 泵站 方法 优点 研究

1 概述

在深基础施工中常用的一种施工方法就是沉井施工法，该方法不仅具有施工简单、速度快、安全可靠的特点，还具有对周围建筑物影响小、占地面积小、挖土量少等优点，比基坑围护施工、基坑放坡大开挖施工等方法更具优势。在水构筑物、排水泵房、各类隧道（管道）的盾构或顶管工作井等施工中比较常见这种方法，先在地面上做出一个井状结构，然后在井内不断挖土，使井体不断的下沉，直到达到预定设高之后，再进行封底工作，构筑井内底板、梁、楼板、内隔墙、顶板等构件，最终形成一个地下建筑物或者建筑物基础。

沉井埋深较大，整体性好，稳定性好，可以承受较大的垂直和水平荷载。不仅如此，沉井施工法的工艺非常简单，相关技术也安全可靠，并且对设备的要求不高，可以有效的避免过大沉降，能够被广泛的应用在深基础或地下结构中。但沉井基础施工工期较长，在井内抽水时粉砂、细砂类土容易出现流砂现象，造成沉井倾斜，同时如果沉井下沉过程中遇到障碍物或者井底岩层表面倾斜过大，会加大施工的难度。

明开挖施工，不仅在爆破时需要使用各类凿岩、钻孔机械钻孔，采用该方法还需要使用挖掘机械、铲运机械、有轨运输机械、无轨运输机械等。由于每个施工现场的条件都是不同的，应该根据不同的施工条件选择合适的配合方式，进行挖、装、运、卸等各项作业。同时在选择施工机械和施工方法时也需要考虑许多客观因素，比如工程规模、施工条件等。在特定条件下，可采用水力开挖的方法开挖土方；也有采用爆破开挖的方法，即用抛掷爆破或扬弃爆破技术，不仅将土石破碎，并全部或部分地将其抛弃到设计边界以外。

2 某污水泵站沉井施工技术及其优缺点

某污水处理厂的一个加压污水泵站。假设经多方案比较优化，泵站结构设计为沉井结构，沉井结构尺寸为28.6m×23m，下沉深度为16.1m。沉井施工方案为：沉井根据设计井壁形式，采取分2次制作、1次下沉，施工顺序为：挖基坑——铺设砂垫层，安装垫架——制作底节、第二节沉井、隔墙——拆除垫架、模板、挖土下沉到设计深度——沉井封底、浇筑钢筋砼底板——制作第三节沉井。

分析过往经验得出沉井高度超过12m，浇筑困难，下沉易引起倾斜，本沉井高达16.1m，容易出现上述问题，宜采取分节制作。沉井下沉系数计算如下：K=Q/L（H-2.5）f其中：Q代表井壁自重；L代表井壁外周长；H代表井壁高度；f代表土壤的摩擦系数；K代表沉井下沉系数。第一次下沉系数：K=（539+346.42+151.8+26.38+89.7+40.5）×24/100.4×（16.1-6-2.5）×25=1.5>1.15本沉井根据沉井井壁设计分节，采取分三节制作，高度分别为7.1m，5.5m，3.5m，浇筑程序是第一、二节沉井砼和底梁、隔墙砼浇好后，待其达到设计强度100%后，即进行下沉12.1m然后进行封底、浇注设备平台、浇筑第三层沉井砼。

为了减少下沉深度，最大限度的降低施工作业面，施工时最好在基坑中开挖沉井。开挖深度为6m，由于很多客观因素的要求，基坑需比沉井宽2m，并且要求地下水位比基坑底面低0.5m，通过在四周挖排水沟，集水井可以实现上述要求，施工时采用的设备是1台小松220-31.0m3反铲挖掘机。对于挖出的土方考虑到人工修坡和平整坑底的要求，需把其运至弃土场堆放。

沉井抗浮计算也是一个关键环节，如果井壁及封底砼重量与井壁与土的摩擦力之和小于地下水对沉井的浮力时，需要采取必要措施进行抗浮，然而参考相关资料中对地下水的描述，稳定水位是55-56m，但是沉井底高是58m，可以发现地下水对沉井的浮力是很小的。所以，在地下水浮力的作用下沉井是能够保持稳定的。

但是，沉井存在一个下沉纠偏问题，如果在沉井下沉过程中出现异常情况，应加强观测并采取有效措施纠正。沉井的主要优点是：整体性好，稳定性强，可以承受较大的垂直和水平荷载；工艺简单，技术可靠，对设备要求不高，简化了施工；沉井施工时对邻近建筑物影响较小。缺点为：施工期较长；施工技术要求高；施工中易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等。

此外，靠近河溪的地方还容易出现管涌，由于管涌出现，大量排水，造成塔吊倾斜，无法使用，在最后几天，沉井出土采用汽车吊，增加了很大的额外的费用。沉井过程对周边道路、建筑物的影响管涌的出现对周边环境影响很大，距离沉井10m的硬化小路下沉近1m，附近20m内，地面均有不同程度的下沉。但只要施工场地附近没有建筑物，不会造成更大的影响。

3 某污水泵站明开挖施工技术及其优缺点

为了保证正常的工程施工及工程进度，施工现场必须采用有效的降排水措施。由于基坑大部分位于原衙边涌河道内，该处地下水丰富，根据本工程的水文地质条件、岩土地质条件及周边环境，决定采取水明排的方式进行降排水。

在基坑开挖过程中，在坑底周边灌注桩边沿基坑纵向设置明沟及集水坑。应该保证挖土工作面一直高于集水坑间的明沟底0.5m，排水沟的坡底排水坡率为0.2%～0.5%，集水坑底低于挖土工作面1m，水流入集水坑后用污水泵抽到坑顶的排水明沟，及时引走。在基坑抛石挤淤基坑稳定并达到一定的荷载之后，用灰砂砖砌筑集水坑，并在集水坑底铺设天然级配砂石200mm作为滤水层，用BW-200水泵从集水坑里抽水，降低地下水位确保了基坑不浸水及底板的顺利施工。

各项准备工作都已做好，才可以进行土方开挖，在这个过程中需严格按照“先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。

①在开挖前对基坑周边的建（构）筑物、各类管线等进行详细的勘察，对需移除或保护的建（构）筑物先行妥善处理，同时在开挖时加大测量监控的力度，进行位移及沉降的观测，及时反映周边建（构）筑物的动态变化情况。endprint

②基坑竖向分层开挖，泵站基坑部分分三大层，第一层开挖深度到标高±0.000m，第二层开挖深度至标高-3.300m，第三层开挖至基坑底，开挖时须分段开挖，分段换填。

③土方开挖作业时，基坑周边灌注桩、中间的支撑桩及基础桩周边的土方预留0.5m保护层，由人工削坡，确保支撑桩与基础桩不被破坏，确保支撑体系的稳固。

④每层土方横向开挖均遵循先挖基坑中间部分后挖两侧的原则，最后挖掘两侧排桩的被动土压区，用来保证灌注桩前和桩背土压力变化平稳。

在基坑开挖及基坑施工过程中，必须严格遵守动态信息化施工原则，同时为了保证施工安全和施工质量，应对基坑开挖全过程和支护结构完成过程进行监测。监测频率为：支护结构施工中1次/天，主体结构施工1次/周。

除此之外，明挖法施工具有以下优点：①土建造价相对较低、施工快捷；②适合多种不同的地质条件，可以有效的减少线路的埋深；③施工工艺简单、技术成熟、施工安全、工期短、施工质量易保证；④防水方法简单、质量可靠。明挖法的缺点：①施工时对周边环境和交通影响大。②引起大量拆迁。③工程综合造价较深埋条件下矿山法高。

4 结束语

综上所述，沉井施工法和明开挖施工法都是基础施工中采用的主要施工方法。根据地理情况和适用条件，选择合理的施工方法。比如：如果上部荷载较大，但是表层地基土的容许承载力不高，扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，然而在一定深度下有好的持力层，在这种情况下，最好采用沉井基础的施工方法，此时采用该方法在经济上最为合理；在有的特殊地质环境下，采用扩大基础施工围堰制作施工起来很有难度，那么这时选择沉井是比较适用的施工方法。

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