沉井基础施工对周围环境的影响

王 辉

(四川交通职业技术学院, 四川成都 610000)

沉井是一种深埋在地下的井筒状结构物基础，是深基础的一种形式，沉井法利用人工或机械方法挖走土石，通过自重及各种辅助下沉措施克服井壁摩阻力从而使井筒下沉至地下设计标高位置，达到预定位置稳定后，浇筑封底混凝土使沉井底部封闭并填塞井孔，形成一种地下建筑物或者基础。沉井基础的独特性在于埋置深度很大、受力稳定性好、整体结构性强，能够承受巨大的上部垂直及水平荷载；同时占地面积较小，其内部空间可充分利用，尤其适合大城市中土地使用有限时使用；排土少，施工方便；下沉施工时，沉井既是基础，同时也作为挡水围堰结构物，不用设置支承和板桩围护，简化工艺，对周边结构物影响小，适宜沿海发达地区使用。

但是，沉井施工的施工周期较长，技术要求较高，且在施工过程中遇到细砂及粉砂类地基，若在井孔内排水时，极易发生翻砂等危机，造成沉井整体倾斜或下沉困难等。

近些年，沉井施工运用越来越普遍，在桥梁基础、工作井、储气罐以及地下机械停车库等方面得到大量运用。展示了其强大的地下空间开发能力。

1 工程概况

本工程为小型地下机械停车库。地处福建省厦门市海沧区，共有两处基地，分别位于海沧区政务服务中心南侧(总用地面积2 333.05 m2)和海沧文化艺术中心西侧钟林南路南侧(总用地面积3 262.77 m2)。建筑红线内为已有的绿地和地面停车位。在充分解读与诠释周边环境的基础上，将车库出入口设置于距离主干道相对合适的位置，既能发挥停车功能，进出车库的车辆也不易对主干道造成交通压力。

2 工艺流程

部品预制：场外集中预制井段，主要预制2种模块，底部刃脚、标准节。

(1)井筒分为6层，每层10块(图1)，第1层3.5 m高(刃脚)+5节2.32 m高(标准节)。

图1 井筒分块示意

(2)单井10块刃脚，40块标准节，刃脚单块重约30 t，标准节单块重约14 t。

(3)预制混凝土C40P8，配合比设计以8～10 h拆模时间主控，蒸汽养护17 h达到75 %强度起吊，自然养护24 h达到75 %强度起吊。

(4)模具加工20 d，刃脚2套侧模+4套底模，标准节4套侧模+8套底模。

2.1 止水帷幕、降水系统

根据地质条件，选择降水干挖法作业，明挖的优势在于挖土过程中可见性强，突发事件的预警信号明显。

首先在沉井外壁外侧1.5 m位置施工一圈131根三轴搅拌桩作为止水帷幕，桩径850 mm，咬合250 mm，桩长20 m，水泥用量20 %，水灰比1.5(图2)。三轴搅拌桩采用跳打套打施工方式，止水效果更显著。行政中心车库设置6口降水井，文化艺术中心设置4口降水井，提前降水，预防开挖至砂层等位置出现流砂、突涌等现象。

图2 止水帷幕示意

2.2 部品预制技术要求

(1)模板精度控制在3.5 m范围内-1 mm以内，要求表面平整，负误差，严格按工装图拼装模板。

(2)模板使用前必须打磨干净，外模板使用花王脱模剂配比1∶3水，内模采用脱骨剂成品，勿混乱部位使用或混合使用。

(3)严格按图加工绑扎钢筋，布置预埋件，底板预埋钢筋连接采用墩粗直螺纹连接。

(4)注意旋紧预埋件封堵，防止漏浆(下沉过程可防止泥土堵口，减少清理套筒量)。

(5)拆模后需要用高压水枪冲预制品内部形成粗糙面。

(6)严格要求达到75 %强度才能起吊，刃脚采用70 t吊车、标准节采用50 t吊车。

2.3 沉井现场拼装

接缝采用外侧焊接，预制节外侧周边缘预埋钢板，现场施焊，并在预制节中间采用放置钢筋笼连接。

2.4 沉井挖土下沉

土方开挖必须严格按照对称跳开开挖的原则，将沉井划分12个区间，每个区间5.23 m，分6次对称开挖。

开挖顺序：挖1-挖1→挖2-挖2→挖3-挖3→挖4-挖4→挖5-挖5→挖6-挖6(图3)。严禁连续在刃脚周圈大面积开挖。每次挖井深度控制在30～50 cm。下沉过程中整个挖土深度17.05 m。

图3 开挖顺序示意

按沉井外壁与土体间的单位摩阻力，通过分层加载下沉计算，得出结论：

(1)在刃角斜面刃口部位土方挖开时：沉井以下沉为主。

(2)在刃角斜面刃口入土层时：沉井以不下沉为主。

主要控制原则：

(1)跳仓对称挖土，每层开挖深度控制0.5 m以内。

(2)开挖过程中侧壁内三角支架，搭设围护，防止坠落。

3 沉井施工监控

3.1 现场地面沉降监测

考虑到现场挖土施工对沉井周围的地势的影响，在围护桩外围设置沉降观测点。布置在便于观测且不影响施工的地方，沉降观测点为了不被现场施工过程中车辆所破坏，在地面上打入水泥钉作为标志，同时也方便在测量过程中寻找测点。

使用水准仪对现场沉降测点每天进行观测并记录数据、并计算现场的地面的沉降量。

在沉井下沉期间，在施工现场内设置12个地面沉降观测点。对这12个地面沉降观测点的的位移变化进行观测并统计分析。

3.2 外围环境沉降监测

考虑到施工过程中沉井取土深度较深，可能会对工地外围街道和建筑物有影响，比如出现道路塌陷和建筑物的地基损坏，为了预防出现这种严重的影响，所以就在工地外围街道建筑物附近布置了一圈沉降测点，每天进行沉降量观测，将每次测量的数据进行对比，以此预防出现较大的沉降，以致于对周围建筑物造成严重的影响。

在沉井下沉期间，在场地外街道上布置5个沉降观测点。对这5个地面沉降观测点的的位移变化进行观测并统计分析。

3.3 地下水位监测

施工场地位于蔡尖尾山南面的冲洪积准平原上，明显处于相对较低洼的下游渗流(或汇水)通道上，在极端降雨情况下，地下水位会有较大幅度的上升，在地勘过程中测得拟建场地内地下水初见水位埋深2.15～2.35 m，高程2.89～2.99 m；稳定水位埋深1.8～2.1 m，高程3.14～3.34 m。

从场地分布的岩土层分布情况及场地所处位置分析，该场地地下水量较丰富，埋深较浅。考虑到厦门地区气候特征、场地地形地貌及周边排水条件以及降雨对地下水位的影响，所以对地下水位2 d进行一次测量，现场布置4个水位观测点。

4 结论

地面沉降和地下水位测量：观测井水位变化平稳。并没有因降水井抽水发生较大下降，且井内挖土施工期间也没出现地下水，说明止水帷幕效果明显，井内施工安全。抽水和挖土对于现场内和场外的地面沉降点产生影响较小。在沉井完全下沉到位，设置的沉降观测点中，沉降点1、4、7、10四个点浮动比较大，产生了约2 mm的沉降，主要原因可能是这四个点最靠近沉井，处于布点的最内圈，中圈的点2、5、8、11约沉降1 mm，最外圈的因距离太远没有明显沉降变化，沉降 值均在预警值以内，不会对沉井的施工以及周围的场地产生影响。场内吊车和渣土车的来回开动未对地面造成沉降影响，不会对施工场地及周边建筑的安全产生影响。