沙俊強(qiáng)

摘 要：近年來(lái)，沉井施工技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。但沉井施工存在施工技術(shù)要求高、風(fēng)險(xiǎn)大、不確定因素多等問題。設(shè)計(jì)不科學(xué)、施工方案不合理、采取應(yīng)急措施不可靠等，均可能導(dǎo)致重大質(zhì)量及安全事故。為了避免出現(xiàn)上述情況，對(duì)沉井實(shí)施過程的質(zhì)量控制必須實(shí)行“全過程控制”。該文將針對(duì)沉井工程的特點(diǎn)，從勘察、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等方面對(duì)影響沉井施工質(zhì)量的關(guān)鍵要素逐一進(jìn)行分析并制定對(duì)策，以保證沉井施工過程及使用過程的安全可靠。

關(guān)鍵詞：沉井 全過程質(zhì)量控制 下沉方案 風(fēng)險(xiǎn)

中圖分類號(hào)：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）10（a）-0189-03

工程實(shí)施的全過程包括項(xiàng)目建議書（初可研）、可研、勘察、設(shè)計(jì)、施工及使用等階段。由于項(xiàng)目建議書階段、可研階段涉及面很廣且以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為主，這里不做分析。該文主要就全過程質(zhì)量控制中的勘察、設(shè)計(jì)、施工及使用等四個(gè)階段進(jìn)行論述。按我國(guó)的基建習(xí)慣做法：勘察、設(shè)計(jì)一般由勘察設(shè)計(jì)單位實(shí)施，施工階段由施工單位實(shí)施，最后移交給建設(shè)單位（業(yè)主）使用。由于各個(gè)階段由不同的責(zé)任主體實(shí)施，作為建設(shè)單位或其委托的監(jiān)理（咨詢）公司應(yīng)該從勘察、設(shè)計(jì)階段就對(duì)影響沉井工程質(zhì)量的各種要素進(jìn)行控制，并做好各個(gè)階段的銜接工作。施工單位雖然介入較晚，但仍要對(duì)地質(zhì)勘察資料和設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行必要的核對(duì)和核算，找出不合理或錯(cuò)漏的地方，避免留下隱患。

1 勘察階段的質(zhì)量控制

1.1 勘察階段主要控制兩個(gè)問題：選址的合理性和地質(zhì)資料的可靠性

選址應(yīng)遵循以下兩個(gè)原則：（1）選擇有利于沉井施工的地址。（2）在地址已經(jīng)固定的情況下，結(jié)合該處的地質(zhì)情況，初步明確是否適宜采用沉井及采用哪種沉井施工方案。

如沉井是一個(gè)單體或相對(duì)獨(dú)立，它受到地點(diǎn)的限制較少或不受限制，如：岸邊取水泵房、城市排污泵房等，可以在較大范圍內(nèi)選址，這時(shí)應(yīng)按上述第（1）種原則處理。

如沉井是一個(gè)系統(tǒng)工程的一部分，如：火電廠的循環(huán)水泵房、翻車機(jī)室等。由于整個(gè)系統(tǒng)的廠址已經(jīng)確定，沉井地點(diǎn)只能在有限的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇，這時(shí)應(yīng)執(zhí)行第（2）個(gè)原則。

勘察階段涉及到第二個(gè)問題是為設(shè)計(jì)、施工提供可靠的地質(zhì)資料。沉井對(duì)地質(zhì)資料要求很高，要求勘察單位出具的地質(zhì)報(bào)告必須準(zhǔn)確、可靠，數(shù)據(jù)翔實(shí)，否則就可能因基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)致計(jì)算和設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。

1.2 勘察階段質(zhì)量控制內(nèi)容及要點(diǎn)

（1）對(duì)勘察人和勘察設(shè)備的質(zhì)量控制，由于勘察是通過點(diǎn)、線來(lái)推測(cè)地質(zhì)斷面和空間布置，因此要求勘察人員要有豐富的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)；同樣，要配備精確度高、性能可靠的勘察設(shè)備。

（2）勘探方案（大綱）的質(zhì)量控制，主要檢查勘探方案是否針對(duì)該項(xiàng)目的特點(diǎn)編制，勘測(cè)點(diǎn)的布設(shè)是否合理，勘探方法是否適宜，勘探網(wǎng)是否覆蓋所有沉井施工區(qū)域及附近影響區(qū)域；勘探深度也應(yīng)滿足沉井下沉及降水計(jì)算的需要。

（3）勘察成果的控制，對(duì)勘察成果除了按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收外，還應(yīng)組織專家評(píng)審，評(píng)審專家應(yīng)來(lái)自勘察、設(shè)計(jì)、施工等方面。來(lái)自不同崗位的專家將會(huì)從各個(gè)角度對(duì)勘察成果進(jìn)行評(píng)審，如果勘察成果不能滿足要求或存在問題，應(yīng)要求勘察單位進(jìn)行補(bǔ)勘或完善，直到滿足要求。

2 設(shè)計(jì)階段的質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）設(shè)計(jì)階段要根據(jù)工程地址的水文、地質(zhì)勘測(cè)資料及勘察報(bào)告的建議進(jìn)行計(jì)算，確定是否適宜采用沉井方案。這是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，應(yīng)進(jìn)行方案比選。

方案比選一般包括技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面，基本要求是“技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理”，經(jīng)濟(jì)往往根據(jù)具體的技術(shù)方案確定，所以該文主要從技術(shù)方面描述。設(shè)計(jì)時(shí)，從技術(shù)方面應(yīng)該考慮以下幾個(gè)問題。

①工程地點(diǎn)是否存在不良（利）地質(zhì)現(xiàn)象，如：江（河、海）岸邊存在軟弱土層，土層中含有夾礓石或成片的堅(jiān)硬巖石等。

②工程周變是否存在大型或重要的建筑物、構(gòu)筑物。由于沉井存在一定的不可預(yù)見性，下沉過程中如果突發(fā)管涌、流砂等問題，就可能會(huì)影響周圍建筑物、構(gòu)筑物的安全。

③施工場(chǎng)地是否受到限制。由于大開挖施工方案存在占地面積大、出土量多等弊端。如果施工場(chǎng)地有限或土方運(yùn)輸、存放存在問題，則應(yīng)考慮可以采用沉井施工方案。

（2）在確定適宜采用沉井施工方案后，應(yīng)進(jìn)一步明確采用哪種制作方案。

沉井制作方案主要有：一次制作、一次下沉，多次制作、一次下沉，多次制作、多次下沉等。具體選用哪種方案也應(yīng)該進(jìn)行方案比較。

“一次制作、一次下沉”一般適用于小（微）型沉井，由于筒身不設(shè)施工縫，結(jié)構(gòu)的整體性好，抗?jié)B性也較好。

“多次制作、一次下沉”主要適用于大型沉井工程，這種方案對(duì)基底土層的承載力要求高、制作模板使用量大，但有能連續(xù)下沉且下沉周期相對(duì)較短等優(yōu)點(diǎn)，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小。

“多次制作、多次下沉”也就是：制作一段、下沉一段，這種方案下沉周期長(zhǎng)（混凝土強(qiáng)度提升周期長(zhǎng)），如果汛期、非汛期地下水位變化較大時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)較大。但這種方案可以有效減少模板用量，且筒身高度不大，施工過程中便于控制。這種方案也適用于地基承載力滿足不了一次制作要求的沉井。

確定制作方案時(shí)，必須初步計(jì)算沉井終沉?xí)r的下沉系數(shù)（終沉系數(shù)）。計(jì)算終沉系數(shù)主要是校核井筒下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后是否能穩(wěn)的住，這時(shí)按最有利的不排水下沉考慮，如果計(jì)算得到的下沉數(shù)大于1.1，這表明井筒刃腳反力、井壁與土間摩擦力及井筒浮力三者的和小于井筒自重，這時(shí)井筒沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后仍然會(huì)繼續(xù)下沉，沉井是不安全的。相反的情況是沉不下去，這種情況可以在施工中采取附加荷載、振動(dòng)或采用泥漿套、氣套等方法使井筒下沉，設(shè)計(jì)時(shí)一般不作校核。

對(duì)于穩(wěn)不住的情況，可以采取增大刃腳、減少混凝土壁厚的方法；還可以采取預(yù)留頂部一部分筒身，等沉井封底、底板施工結(jié)束后，再施工頂部筒身。

長(zhǎng)江沿岸某電廠的循環(huán)水泵房就采用這種“預(yù)留一部分筒身”的施工方法：該泵房刃腳底到±0.000高度為17.8 m，井筒平面尺寸為34.8×40.25 m。由于廠址處各土層地基承載力普遍較差，根據(jù)各種參數(shù)及地下水位計(jì)算出下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，該井筒的下沉系數(shù)遠(yuǎn)大于1.1，所以該工程最終確定的設(shè)計(jì)方案為：先制作13.8 m，下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后進(jìn)行封底和底板施工，最后再施工-4.000～±0.000 m段筒身。從實(shí)際施工及設(shè)備運(yùn)行效果來(lái)看，這個(gè)方案是成功的。

（3）沉井方案確定后，應(yīng)校核基底土是否滿足要求，如不滿足要求，應(yīng)明確加固方案。

對(duì)于后期需要安裝大型運(yùn)行設(shè)備的沉井（設(shè)備運(yùn)行有動(dòng)荷載及振動(dòng)）或基底土質(zhì)較差的土層應(yīng)采取加固措施。加固方案有：注漿、高壓旋噴，灌注樁、預(yù)制樁等。結(jié)合多年來(lái)的實(shí)踐，建議同等條件下采用注漿、高壓旋噴、灌注樁等加固方案。對(duì)預(yù)制樁（方樁或管樁），由于其抗水平推力差且存在接縫薄弱點(diǎn)，在沉井中很容易傾斜或折斷，不建議采用。

（4）設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)采用的原始資料、數(shù)據(jù)必須詳細(xì)、可靠，對(duì)關(guān)鍵參數(shù)如地基承載力等，必要時(shí)進(jìn)行施工勘測(cè)進(jìn)一步予以確認(rèn)。

3 施工階段質(zhì)量控制

3.1 設(shè)計(jì)交底、圖紙會(huì)檢的控制

（1）設(shè)計(jì)交底、圖紙會(huì)檢的目的有兩個(gè)，一是使施工單位及其它參建單位了解工程設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖；二是找出圖紙中的設(shè)計(jì)差錯(cuò)，避免在施工中留下質(zhì)量隱患。所以，施工單位應(yīng)在會(huì)檢前做好準(zhǔn)備工作，充分熟悉圖紙。

（2）設(shè)計(jì)交底時(shí)應(yīng)要求設(shè)計(jì)人員明確：主要設(shè)計(jì)意圖、有無(wú)特殊要求、施工中的難點(diǎn)及注意事項(xiàng)等。

3.2 施工方案的控制

進(jìn)行施工方案編制前，必須準(zhǔn)確確定三個(gè)重要的參數(shù)。

滲透系數(shù)：一般由勘測(cè)單位在勘測(cè)報(bào)告中提供。但具體使用時(shí)，應(yīng)考慮該參數(shù)的測(cè)定時(shí)間，并根據(jù)季節(jié)的變化進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。如枯水季節(jié)測(cè)定的滲透系數(shù)一般偏小，如果降水時(shí)間為訊期，則應(yīng)進(jìn)行修正，必要時(shí)可以在現(xiàn)場(chǎng)打幾口試驗(yàn)井進(jìn)行實(shí)測(cè)。

地基承載力：包括筒身制作底標(biāo)高處的地基承載力、下沉過程中各土層的承載力及終沉?xí)r刃腳處土層的承載力。

下沉范圍內(nèi)各土層的土層厚度和摩擦系數(shù)：可從地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告或加密勘測(cè)報(bào)告中獲得。

方案設(shè)計(jì)主要內(nèi)容如以下幾點(diǎn)。

（1）下沉?xí)r機(jī)的選擇，下沉應(yīng)盡可能安排在地下水位較低或枯水季節(jié)進(jìn)行。如果地下水位過高，一是增加了降水井的數(shù)量及費(fèi)用；二是在沉井過程中也易出現(xiàn)管涌、流砂等現(xiàn)象，導(dǎo)致井筒傾斜、突沉。如果限于工程工期要求，必須在汛期下沉，則必須采取可靠預(yù)防措施，具體措施，將在后面詳細(xì)說(shuō)明。

（2）確定井筒制作方案，井筒制作的原則一般在設(shè)計(jì)圖紙中已明確，在確定施工方案時(shí)關(guān)鍵是要進(jìn)行砂墊層（如果需要）、混凝土墊層及刃腳胎模的設(shè)計(jì)計(jì)算。砂墊層厚度及混凝土墊層厚度分別采用下面公式計(jì)算：

hs=G0/fk-L （1）

hc=（G0/R-L）/2 （2）

其中：hs為砂墊層厚度；G0為沉井單位長(zhǎng)度重量（kN/m）；fk為地基承載力（kPa）；L為刃腳擴(kuò)大后踏面寬度（m）；hc為混凝土墊層厚度（m）；R為砂墊層承載力（kPa）。

計(jì)算刃腳底混凝土墊層時(shí)，建議在墊層內(nèi)部垂直于墻壁方向設(shè)置分布鋼筋。因混凝土為脆性材料，如局部受壓破壞，承載力不均，會(huì)引起筒身傾斜。

（3）降水方案，如果沉井采用排水下沉的方案，就需要設(shè)計(jì)降水方案。由于沉井的高度都較大，一般降水方案采用管井降水。進(jìn)行涌水量計(jì)算時(shí)應(yīng)采用前文所述的修正滲透系數(shù)。

管井布置時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一是由于沉井會(huì)下沉區(qū)域內(nèi)形成破壞棱體，如果管井布置離沉井外壁過近，雖然能減少管井深度，但管井容易被破壞；但如果太遠(yuǎn)又會(huì)增加降水成本；二是降水管井布置時(shí)，在來(lái)水方向（如：江、河、海）應(yīng)多設(shè)管井，這對(duì)江、河中滲過來(lái)的水可以起到攔截作用，提高降水效果。

（4）下沉方案選擇，下沉方案的確定是沉井施工的關(guān)鍵內(nèi)容。下沉方案有三種，即：排水下沉、不排水下降、部分排水下沉。排水下沉的優(yōu)點(diǎn)有：挖泥深度便于控制、下沉糾偏容易、遇到大塊雜物容易清理、封底混凝土質(zhì)量有保證等，這種方案在工程中被廣泛采用。在排水困難、有嚴(yán)重流砂等特殊地質(zhì)情況的區(qū)域，則采用不排水下沉或部分排水下沉。

如前文所述，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員已初步計(jì)算了終沉系數(shù)，在最有利的情況下，沉井到位后是能穩(wěn)住的。但在確定具體方案時(shí)，還必須對(duì)初沉系數(shù)及終沉系數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算。

初沉?xí)r，由于井壁還沒有產(chǎn)生摩阻力，下沉公式為：

K=G/fk*L （3）

式中：G為沉井重量（kN）；fk為地基承載力（kPa）；L為踏面面積（m2）。

終沉?xí)r的下沉系數(shù)按以下公式計(jì)算：

K=（G-F）/（fk×L+Rfs） （4）

其中：F為井筒在水中的浮力；Rffs為摩阻力，其余符號(hào)意義同式（3）。

由于摩阻力是由各土層的摩擦系數(shù)、土層厚度加權(quán)平均值計(jì)算所得，因此，這些參數(shù)的準(zhǔn)確性是至關(guān)重要的，否則可能導(dǎo)致沉井穩(wěn)不住或沉不下去的情況，后果是很嚴(yán)重的。這一點(diǎn)在前面勘察階段的質(zhì)量控制中已經(jīng)作了闡述。

井筒所受的浮力F是選定下沉方案的重要參數(shù)。計(jì)算時(shí)分別進(jìn)行驗(yàn)算：排水下沉，浮力F為0；不排水下沉，F(xiàn)為地下水位（自然）以下筒身排開水的重量，此時(shí)所受浮力最大；部分排水下沉則介于上述兩者之間。計(jì)算結(jié)果應(yīng)能滿足終沉穩(wěn)定的要求。

（5）異常及緊急情況的應(yīng)對(duì)措施，由于沉井施工中的存在很多不確定性，施工前必須對(duì)可能會(huì)產(chǎn)生的各種風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識(shí)，并對(duì)主要風(fēng)險(xiǎn)制訂應(yīng)對(duì)措施（如表1）。

3.3 下沉過程控制要點(diǎn)

（1）在井壁對(duì)稱的四個(gè)方向彈上垂直軸線及高程標(biāo)尺。下沉過程即時(shí)觀測(cè)垂直度及高程偏差，發(fā)現(xiàn)偏差應(yīng)及進(jìn)行糾偏，糾偏應(yīng)緩糾、慢糾。在接近終沉的一定距離或下沉異常時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大觀測(cè)密度。

（2）應(yīng)對(duì)稱拆除刃腳下的墊層、砂堤或墊木，矩形井壁應(yīng)先拆除中間部分，再拆除四角。

（3）隨時(shí)監(jiān)測(cè)地下水位，如果采用部分排水下沉或排水下沉，應(yīng)嚴(yán)格控制地下水位。

（4）排水下沉?xí)r，井格內(nèi)挖土應(yīng)對(duì)稱進(jìn)行，先挖隔墻下及底梁的土，再掏挖刃腳下的土；各井格內(nèi)土面高差控制在1 m以內(nèi)。

3.4 封底及底板施工質(zhì)量的控制

（1）沉井下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)盡快進(jìn)行封底。封底前必須保證井底土體開挖形成設(shè)計(jì)要求的鍋底尺寸；驗(yàn)收時(shí)，不排水下沉或部分排水下沉的沉井用測(cè)繩或由潛水員進(jìn)行鍋底尺寸的測(cè)量。

（2）封底施工也要對(duì)稱進(jìn)行，一般順序是先四周井格、后中間井格，這樣可以避免沉井發(fā)生不均勻下沉。

（3）如果是水下封底，一般要在鍋底上鋪設(shè)一層土工布，這樣在進(jìn)行水下混凝土澆筑時(shí)，可以減少混凝土和基底泥漿、塊石的混合，減少混凝土的強(qiáng)度損失。

（4）水下封底時(shí)，還應(yīng)控制沉井內(nèi)水位略高于外側(cè)地下水位，避免外側(cè)地下水倒灌帶走封底混凝土中的水泥漿。

（5）在封底混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，才能進(jìn)行底板施工。底板施工過程仍要對(duì)井筒進(jìn)行抗浮計(jì)算，并據(jù)計(jì)算結(jié)果采取抗浮措施，抗浮措施主要有：分格內(nèi)對(duì)稱注水、附加荷載、繼續(xù)降水等。

4 使用過程中的質(zhì)量控制

沉井中一般都要安裝翻車機(jī)、水泵等大型動(dòng)力設(shè)備，設(shè)備自重及運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)都會(huì)影響沉井結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；另外，地下水位的隨季節(jié)的變化也會(huì)對(duì)沉井結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。因此，在沉井使用過程仍然要進(jìn)行沉降及位移觀測(cè)，但觀測(cè)周期一般為3～6個(gè)月為宜。如果發(fā)現(xiàn)沉井繼續(xù)下沉、上浮或傾斜等變化，應(yīng)分析原因，采取可靠的加固措施，確保設(shè)備運(yùn)行安全。

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