沉井技术在竖井施工中的应用

(辽宁省交通高等专科学校，沈阳 110122)

沉井施工技术最早起源于1839年的法国，并于上个世纪在欧洲和日本得到发展。一开始，沉井技术主要应用于桥梁工程的桩基施工。伴随着沉井技术的不断发展进步，该技术在地下建筑物等工程中也得到广泛的应用，如地铁车站、泵站施工、矿井、顶管竖井等。沉井施工是事先在地面建造井筒，然后在井筒内不断挖土，依靠井筒自重克服井壁与土壁的摩擦力而下沉，然后不断加高井筒、不断下沉直至到设计深度为止，最后进行封底和井筒内部工程。该技术非常适合应用在地下水位高且涌水量大的地方，或者地质条件不良、容易引起流砂的情况，或受施工场地限制的地方[1，2]。沉井技术越来越得到工程界的广泛重视。

1 工程概况

某市污水干管扩建工程，增设一条污水主干管，管径为DN2200～DN2400，总长3.2km， 其中DN2400顶管1 000m，DN 2200顶管2 000m，DN1400顶管200m。施工地点为某市滨河路辅道，将沿线污水引入污水处理厂统一进行处理排放。

本工程竖井施工地层为人工填土、砾砂(含有机质)、淤泥质黏土和砾质黏性土，竖井设计深度6～10m不等。由于砂层自稳能力差，流动性强，受扰动后易失稳，且施工区域地下水含量丰富，地层透水性强，如果采用自然放坡开槽施工，施工中极易发生流砂问题。如果采用开槽+边坡支护的施工方案，一方面支护效果难以保证，同时还会造成工期延长、施工成本增加。因此经过方案对比，综合考虑采用沉井施工方案对竖井进行施工。本工作涉及的竖井多达40余个，设计深度为6～12m，包括用于隧道贯通的始发井、接收井以及检查井等。

2 竖井沉井施工

竖井沉井施工的流程为：基坑开挖→砂垫层施工→砖胎模砌筑→第一节井壁制作→井筒下沉→第二节井壁制作→井筒下沉→封底→底板浇筑[3，4]。

2.1 基坑开挖、砂垫层施工

为了减少下沉时井内土方挖方量，本工程选用在基坑内制作井筒。经勘查，测得场地钻孔地下水位埋深为1.70-5.0m，因此确定基坑底高出地下水位1.0m。根据现场情况用砂垫层置换基坑的原土，对基坑内进行清淤整平，再铺设砂垫层。砂垫层的厚度经计算确定，一般为30～50cm。砂垫层采取分层洒水铺设，每层铺设不超过300mm，用平板振动器进行分层碾压夯实。

2.2 砖胎模砌筑

砂垫层施工结束后，沿井壁中线浇筑C20素混凝土垫层，厚0.1m，宽1.2m。首先采用全站仪测出竖井的中心位置，以中心点为基准，以垫层的内、外边线为控制线分别进行划线，并随时核对尺寸，以保证放线位置的准确。放线完成后，利用胶合板和木桩沿混凝土内、外边线进行立模，并在浇筑混凝土的位置设置高程和平面控制点，以便浇筑混凝土的参照和测量。立模完成后，然后再进行混凝土垫层的浇筑，并进行养护，待混凝土强度满足要求后即可在混凝土面上砌筑砖模。

2.3 井壁制作

(1)钢筋制作与安装。本工程钢筋连接方式为焊接和机械连接，钢筋保护层厚度底板下层为4cm，竖井外壁为3cm，其余均为4cm。钢筋按设计图纸要求的尺寸在钢筋加工场地进行下料加工，竖向钢筋采用电渣压力焊进行连接，水平向钢筋、钢构件间采用搭接焊连接。底板部分凹槽内的钢筋需要在井壁制作时进行预留，预留长度确保沉井钢筋底板制作时满足焊接要求。其余井壁插筋、锚固筋严格按照设计要求执行，确保其锚固、搭接长度。

(2)模板施工。沉井刃脚底模：刃脚处内侧斜面模板采用砖胎模，砖模用标准砖，M5.0水泥砂浆砌筑。砖模砌成连续结构，其斜面需要用砂浆找平。

井壁模板：采用建筑钢模板，模板安装前均匀涂刷隔离剂，隔离剂不可沾污钢筋及混凝土接茬处。固定模板的做法：采用直径为14mm对拉螺栓，以及利用3字型扣件对内外模板外侧横、立杆进行加固，使其上下左右连成整体。另外横向采用φ25mm的钢筋，竖向采用φ48mm的钢管作围护加固，每隔0.4m布置一道，确保模板在浇筑混凝土时不产生变形、位移。

(3)混凝与浇筑。浇筑混凝土前，先在浇筑仓内铺2cm厚M30水泥砂浆，然后再进行浇筑。本工程选用商品混凝土，通过混凝土泵将混凝土送到各个浇筑点，并使浇筑时每层的摊铺厚度为30～50cm。当浇筑高度超过2m时，采用串筒进行浇筑，以防止混凝土离析。浇筑混凝土时，应注意观察混凝土面的上升状态，应使混凝土面高度同步均匀上升。入仓混凝土采用插入式振动器振捣，振捣应均匀，不得漏振和过振，对钢筋密集的位置如刃脚处，可采取模板上预留孔洞等方法确保振捣密实。

为了确保沉井下沉工程中的结构安全，预留洞口位置需要全部浇筑混凝土，洞内设置双层φ12mm的碳纤维筋代替钢筋，补强结构缺陷，同时洞口外围设置注浆管，以便后期顶管机入洞时进行壁厚补浆使用，浇筑完成后将对拉螺杆从预留洞中取出，孔洞中间采用砂浆填充，两端采用木塞堵死以防下沉过程中井内漏水。

2.4 井筒下沉

井壁部分混凝土达到设计强度的70%时方可进行井筒下沉施工。井筒下沉前，应事先做好准备工作，首先对井筒内的杂物进行清理，并对拆除模板后的螺栓孔洞进行防渗处理；其次应对混凝土垫层进行拆除，根据沉井重心位置及沉井结构对素混凝土垫层、砖模进行分组编号，编制拆除流程图。先拆除井壁外侧素垫层，再拆除井内砖胎模，最后拆除井内素混凝土垫层。

为了保证沉井施工能顺利下沉，需验算沉井是否满足下沉要求：下沉系数K=(G-F)/Rf。式中：G为沉井自重(kN)；F为下沉过程中水的浮托力(kN)；Rf为井壁总摩阻力(kN)。所算得的下沉系数K，取值范围为1.05～1.25即为满足要求。

2.5 沉井封底

沉井封底应在沉井下沉到设计标高后进行，经8h的沉降观测，当8h累计沉降量不大于1cm时方可进行封底工作。本工程选用不排水沉井封底施工，其施工工艺流程为：清除刃脚残渣→井壁接触部位清洗→水下素混凝土浇筑→养护、抽水→钢筋混凝土底板施工。

沉井封底前，用水枪、钢丝刷对井体与素混凝土接触部位进行清扫，以清除附着在井壁上的淤泥等杂物，保证素混凝土与井体良好接触。根据竖井的不同形状，均匀布置4根导管，当4根导管同时浇筑时，竖井内布置浇筑平台2组，采用4根型钢组焊的钢梁制作而成，其上固定集料斗及工作平台，其下悬挂导管及操作平台。浇筑混凝土时，应使首批灌注下去的混凝土能满足导管初次埋置深度的需要，因此初灌量应根据浇注时的水位高度进行计算确定。导管开始浇筑后，浇筑工作应连续进行。浇筑过程中，导管提升要保持顺直，不得左右晃动，并且要确保导管始终埋没混凝土深度为1.0m左右。提升导管速度缓慢且均匀，每次提升高度一般为0.2m。为了避免导管返水，导管提升只能在浇筑混凝土时进行，当浇筑到接近设计标高时，应逐步减少导管埋没深度，同时加大混凝土一次下料量，以减小混凝土表面坡度。

2.6 钢筋混凝土底板施工

当封底混凝土强度达到设计要求时，进行钢筋混凝土底板的浇筑。清除封底表面浮淤等杂物后在进行底板钢筋的绑扎，与井壁预留钢筋的连接全部采用单面搭接焊进行，焊接长度不小于10d，以保证底板钢筋的有效连接。底板钢筋绑扎时，由于钢筋面积较大，因此，在钢筋绑扎时，除底层钢筋网片绑扎时先安装垫块外，上层钢筋网中间应间隔1.2～1.5m距离设置支撑钢筋，防止钢筋网片下垂，影响底板混凝土的整体质量。钢筋绑扎完成后，在竖井的四周设置好底板浇注面高程线，以随时控制和检查混凝土底板的浇注平整度。

3 施工中的注意事项

3.1 防止突沉

挖土时，应均匀控制出土，不能将刃脚部位的土层全部挖空，而是保留50cm宽的土堤不挖，使沉井自身挤土缓慢下沉。对于不能的土层应严格控制挖土深度，防止沉井发生突然下沉。对于砂质及地下水较丰富的土层，应控制降水的深度，控制井筒内外水位的高差，减小动水压力，防止井内产生流砂或隆起现象。本工程根据实际地质情况采取不排水下沉的方法施工，则可以避免流砂问题的发生。

3.2 加强沉降监测控制

井筒发生偏斜是沉井下沉过程中的主要问题，加强沉降监测主要是及时发现井筒沉降偏斜问题进而采取及时纠偏措施。监测控制系统沿井筒外壁4个对称点(两个相互垂直外径的端点)设立高程标记，用水准仪事先测出全部初始数据并加以记录。井筒下沉时，应随沉随测，保证测量的持续性。对每次测量的数据进行分析，判断井筒发生倾斜的方向并分析原因，如在下沉慢的一侧多挖土，在下沉快的一侧不挖土或做人工垫层。测量时间每班至少4次，在下沉速度较快和纠偏时应加大测量密度。

3.3 加强施工缝的处理

当混凝土浇筑到每节沉井设定的标高时，将止水钢板沿井壁中心线按照要求安装固定好，在混凝土强度未达到70%设计强度前避免碰撞或松动。在井筒接高前，应对接缝表面处的浮浆和松动碎石进行凿除，并用清水进行冲洗干净，然后摊铺3～5cm厚同等级水泥砂浆后，再进行混凝土浇筑，以确保施工缝处的结构安全。

本工程施工线路长，涉及的工作竖井数量多，针对不同的竖井所处位置的施工现场环境及水文地质条件，应该合理选用不同的沉井施工方案，比如基坑地基处理方案、井筒下沉方案以及监测方案等。以上基于典型的竖井沉井工作流程，对其施工中的技术要点及控制措施进行了详细的分析，可以为类似的工程提供参考价值。在以后的项目施工当中，应该对沉井技术的应用进一步完善，除了要保证施工进度、合理控制施工成本以外，还要对沉井下沉的方法、偏移监测技术、纠正方法及材料选型等方面进一步完善。

参考文献：

[1] 于德国,张 彬,郑敏丽.沉井施工技术在盘锦的应用[J]. 西安文理学院学报(自然科学版),2017,20(2):117-119.

[2] 赵维春,徐晓波.盲板封底法在污水提升泵房沉井施工中的应用[J].中国给水排水,2015,31(12):120-122.

[3] 韩宝祥,徐红兵. 取水泵房沉井施工技术及质量控制措施[J].江苏水利,2015,10(8):13-16.

[4] 陆 俊.沉井施工质量控制方法及应用[J].四川水泥,2016,15(11)：203.