沉井下沉中池壁开裂变形的原因分析及修复处理

文/朱庆波 合肥市市政设计研究总院有限公司 安徽合肥 230001

1、沉井特点

将事先在地面上用钢筋砼制成的井筒形状的结构作为基坑坑壁的支撑，在井壁的保护下，用机械和人工在井内挖土，并在其自重作用下沉入土中的结构物称为沉井。

沉井结构的优点主要有：

（1）埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，有较大的承载面积，能承受较大的垂直荷载和水平荷载。

（2）沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡水结构物，下沉过程中无需进行基坑支护，便于施工，节省造价。

（3）沉井施工时对邻近建筑物影响较小。

2、工程案例

某城市水厂取水工程吸水井，池体平面净尺寸为长17.4m，宽11.5m，沿长度方向跨中设置中隔墙，池体为日字形现浇钢筋砼结构。设计地面高程为±0.000，底板顶标高为-11m，池顶标高为5.4m，井壁总高度16.4m。

参考地勘报告，井基下土质均匀无不良土质（均为粉质粘土层夹粉土层），地基承载力特征值 fak≥160kpa。

由于井室埋深较深，周围场地狭窄且有临近建筑物，不适宜采用开挖方式施工，故采用沉井设计方案，沉井刃脚底标高为-13.0m，起沉平台标高为-3.0m，首节沉井顶标高为-3.0m。

为确保工程顺利实施，为防止沉井过程中可能引发的周围地面沉陷对临近大堤及建筑物造成影响，对沉井周边采用∅600双排高压旋喷桩止水帷幕进行处理。

2017年7月，沉井施工下沉至-10.0m处，池壁长边外侧角部及内侧跨中部位、池壁宽边外侧角部及外侧跨中部位均出现多条竖向通长裂缝，最大缝宽约为3mm，池壁长度方向向内挠曲变形位移约13cm，存在重大安全问题。

3、问题分析

（1）经现场实际勘查，设计施工图纸中明确要求中隔墙与四周池壁一起浇筑，一起下沉，施工单位未按原设计图纸施工在长度方向跨中设置中隔墙，导致沉井下沉过程中池壁外侧四周角部、池壁长边内侧跨中部位、池壁短边外侧跨中部位弯矩增大数倍，进而导致相应位置池壁变形位移过大，这是引起相应位置池壁裂缝产生的主要原因。

（2）沉井下沉应平稳、均衡、缓慢，发生偏斜应通过调整开挖顺序和方式“随挖随纠，动中纠偏”，应按施工方案规定的顺序和方式开挖。

通过现场调阅沉井下沉监控测量记录资料，发现沉井下沉过程中未做到平稳、均衡、缓慢施工，发生偏斜未及时予以纠偏，下沉速度过快的问题。

4、处理方案

（1）要求施工单位立即停止沉井下沉工作，对池壁四周外侧土体局部挖除，减少四周池壁的侧向土体荷载，进而减缓裂缝的开展。

（2）由于未施工中隔墙导致池壁应力过大，为尽快减少池壁应力保证现有结构安全稳定，长度方向跨中部位裂缝两侧各设置两道φ800对撑钢管，对撑钢管一端均设置一台机械顶管用千斤顶，对变形池壁进行回顶处理。为扩散回顶应力并保护现状砼，钢管与千斤顶与池壁接触面需覆1000宽x12厚通长钢板，回顶过程中需严格控制好回顶应力，回顶应力不得大于砼的抗压强度。

经此方法，使池壁长度方向向内挠曲变形位移由13cm缩小为8cm，并使池壁裂缝宽度有所减小。

（3）待池壁变形量与裂缝开展不再增加时，按原设计施工中隔墙，中隔墙由宽度500mm调整为600mm，将长度方向池壁内侧裂缝包裹入内，新浇筑中隔墙与现状池壁间于竖向方向增设2道20x30遇水膨胀橡胶止水条。

（4）待中隔墙浇筑完毕并达到设计强度后，施工单位需严格按相关要求进行沉井下沉工作，下沉时标高、轴线位移每班至少测量一次，每次下沉稳定后应及时进行高差和中心位移量的计算。终沉时应每小时测一次，严格控制超沉，沉井封底前自沉速率应小于10mm/8h。并对结构变形和裂缝情况进行严格观测。

（5）经过以上方法，使沉井顺利下沉至设计标高，结构变形和裂缝开展均未增加。沉井下沉完毕后，针对池壁裂缝予以处理：

1）先进行池壁外侧裂缝处局部土方的清理工作，对池壁内外侧裂缝高压水冲洗后采用高压灌入水溶性聚氨酯化学灌浆料进行堵漏处理。

2）池壁外侧：对于小于1mm的池壁裂缝凿除保护层后采用聚合物水泥砂浆封闭；对大于1mm的裂缝将裂缝两侧各300mm宽池壁砼保护层凿除，然后在外侧支模，新扎 14@100双向钢筋网与原池壁钢筋进行焊接，后浇筑600mm宽150mm厚C30砼对裂缝处进行加固处理。

（6）在首节沉井顶面施工缝止水钢板顶面增设一道800mmx1000mm环形暗梁以增加吸水井的整体刚度。

（7）待所有池体浇筑完毕后，沿四周池壁内侧新浇筑150mm厚钢筋砼面墙，表面覆12@150双向钢筋网片，对池壁内侧裂缝进行全部封闭处理。

结语：

该沉井吸水井经此方案处理后，顺利下沉至设计标高，原池壁裂缝处无渗水情况发生，证明此沉井综合处理方案是可靠可行的。