孫　威

(江蘇鹽城水利建設(shè)有限公司，江蘇 鹽城　224000)

1　工程概況

三洋港水利樞紐，位于江蘇省連云港市連云區(qū)，其主要建筑物包含擋潮設(shè)施、排水閘設(shè)施、上游及下游河道增容擴(kuò)挖工程等，本文主要針對(duì)其工程中的閘室基礎(chǔ)沉井施工技術(shù)原理及要點(diǎn)進(jìn)行闡述。

擋潮閘閘室每孔凈寬15 m，共33孔，總凈寬495 m，總寬576.92 m，閘底板頂高程-2.0 m。閘室采用鋼筋混凝土開敞式結(jié)構(gòu)，沉井基礎(chǔ)，二孔一聯(lián)整體式底板，閘墩分縫，底板厚1.10 m；排水閘布置在擋潮閘與現(xiàn)狀泓道之間，共3孔，單孔凈寬6.00 m，閘底板頂高程-2.0 m，采用鋼筋混凝土涵洞式結(jié)構(gòu)。

2　沉井基礎(chǔ)施工

三洋港樞紐擋潮閘、排水閘閘室基礎(chǔ)均為沉井基礎(chǔ)，擋潮閘共17只沉井，其中16只沉井順?biāo)鏖L為17.9 m，垂直水流向長為34 m，位于沉井群中間1只沉井順?biāo)鏖L為17.9 m，垂直水流向長為16.9 m，井壁刃腳底高程▽-10.6 m，沉井頂高程▽-3.1 m，沉井間間距為1.1 m；排水閘僅1只沉井，順?biāo)鏖L為16 m，垂直水流向?yàn)?2.6 m；井壁刃腳底高程▽-10.8 m，沉井頂高程▽-2.0 m。沉井均采用一次制作，一次下沉的施工方案。擋潮閘沉井施工分別由左右岸向中間推進(jìn)，排水閘沉井制作、下沉擬先于擋潮閘沉井施工。沉井基礎(chǔ)施工流程如下：基坑開挖→砂墊層→混凝土條形基礎(chǔ)→磚砌刃腳胎?！钤O(shè)腳手架→立內(nèi)?！壴摻睢仓妙A(yù)埋件→立外模→混凝土澆筑準(zhǔn)備及澆筑前檢查→澆筑混凝土→養(yǎng)護(hù)等強(qiáng)、拆除模板、腳手架→拆除磚胎模、混凝土墊層→拆除砂墊層→井內(nèi)挖土下沉→井內(nèi)回填砂→沉井封底、底板→沉井內(nèi)、間回填→沉井防滲處理。

2.1　沉井制作基礎(chǔ)處理

通過勘察報(bào)告的分析以及設(shè)計(jì)單位的指導(dǎo)，結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際狀況，我們確定了沉井的表面的高程為-3.5 m，分析資料我們發(fā)現(xiàn)沉井制作面的原狀土的承載力僅僅為4 t/m2～6 t/m2，無法保障沉井制作的穩(wěn)定性，所以我們?cè)谥谱髦皩?duì)原狀土進(jìn)行換填，經(jīng)過處理后原狀土承載力大大提高，能夠滿足沉井的制作標(biāo)準(zhǔn)。原狀土處理的詳細(xì)方法：基坑內(nèi)部的軟弱土壤進(jìn)行清除，同時(shí)將表面的浮土全部換填為1.8 m的砂墊層。對(duì)于隱藏的暗溝等要害部位，不僅僅要進(jìn)行原土剔除和砂墊層換填兩步，同時(shí)還需要對(duì)C20混凝土進(jìn)行封底，厚度大于10 cm的標(biāo)準(zhǔn)，M10砂漿磚砌刃腳胎模。

地基承載力驗(yàn)算：我們假設(shè)沉井結(jié)構(gòu)的全部重量由砂墊層所承擔(dān)，運(yùn)用所有井壁之中規(guī)格最大，重量最重的井壁作為計(jì)算目標(biāo)，以沉井的井邊墻為例進(jìn)行承載力達(dá)標(biāo)程度檢測，得出下列計(jì)算過程：

地基所承受壓力Rt=(G+P)/(B+2Htgφ);

地基土基本承載力R=4.5 t/m2,砂墊層厚度H=1.8 m;

井體自重(井壁每延米重)G=γV=2.45×6.4=15.7 t,混凝土比重γ=2.45 t/m3;

每延米長井壁的混凝土體積V=0.8×7.5+0.5×0.25+0.4×0.6=6.4 m3;

每延米長井壁的施工荷載P=1.0 t/m;

承載寬度B=0.10+0.8+0.24+0.10=1.24 m,砂墊層的應(yīng)力擴(kuò)散角φ=45°;

地基所承受壓力Rt=(15.7+1.0)/(1.24+1.8×2tg45°)=3.5 t/m2

表明換填1.8 m厚砂墊層即能滿足沉井制作的要求。

2.2　沉井制作

2.2.1模板及腳手架

沉井的澆筑采用組合模板，材質(zhì)為鋼鐵，內(nèi)部細(xì)節(jié)部分用木質(zhì)模板，同時(shí)模板施工結(jié)束后及時(shí)粉刷脫模劑。

模板安裝時(shí)先進(jìn)行內(nèi)模安裝，鋼筋綁扎完成后，再封外模，底部刃腳側(cè)面模板縱橫圍囹采用φ16對(duì)銷螺栓穿過刃腳胎模固定，上部結(jié)構(gòu)側(cè)面模板采用φ16對(duì)銷螺栓固定，沉井混凝土澆筑完畢后，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行拆模的施工中，要保證構(gòu)筑物的棱角不被拆模工具和機(jī)械破壞。

2.2.2鋼筋工程

鋼筋加工先放樣，再配料。鋼筋接頭按要求采用閃光對(duì)焊和電弧焊兩種方式，所有的焊工按要求進(jìn)行見證取樣并檢測合格后上崗。

綁扎鋼筋應(yīng)先搭設(shè)鋼架，按照標(biāo)記進(jìn)行綁扎。鋼筋的搭接中，搭接部分應(yīng)采用搭接焊，搭接長度由施工規(guī)范確定。豎向鋼筋的保護(hù)層必須使用混凝土墊塊，在墊塊中增加鉛絲，起到加筋的作用。

2.2.3混凝土施工

沉井混凝土總量約為31 600 m3，施工期為1個(gè)月，混凝土自拌的材料必須進(jìn)行自檢及復(fù)檢合格后方可使用。在沉井混凝土澆筑的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)采取措施保障澆筑的混凝土對(duì)稱、分層，同時(shí)上升速度進(jìn)行合理的控制，既不能過快，也不能太慢，每層厚度宜控制在30 cm左右進(jìn)行。澆筑后應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行振搗，振搗采用插入式振搗器。

2.2.4沉井下沉

1)沉前準(zhǔn)備工作。

在沉井的下沉施工中，在沉井底部各個(gè)角處刻畫高程指示線，并以此進(jìn)行高程觀測，下沉中分別對(duì)四個(gè)角進(jìn)行及時(shí)的觀測，對(duì)于下沉中所發(fā)現(xiàn)的高程差異過大，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于模板拆除后的對(duì)銷螺栓應(yīng)當(dāng)進(jìn)行封堵，防止?jié)B漏。

對(duì)于預(yù)制完成的沉井，應(yīng)當(dāng)檢查其混凝土的質(zhì)量，當(dāng)強(qiáng)度達(dá)標(biāo)時(shí)方可下沉。

2)磚模及混凝土墊層拆除。

對(duì)于施工所用的磚?；炷翂|層，應(yīng)當(dāng)破除，破除應(yīng)當(dāng)按照先中間隔墻后外壁的順序進(jìn)行，施工前應(yīng)當(dāng)繪制拆除示意圖，嚴(yán)格按照順序進(jìn)行拆除，拆除后將所產(chǎn)生的垃圾運(yùn)輸出施工場地。

3)砂墊層拆除。

對(duì)于砂墊層，宜采用人工拆除進(jìn)行，拆除時(shí)按照分層拆除的原則，每層控制在0.5 m之內(nèi)確保安全。首先對(duì)稱拆除井格中間部分；再對(duì)稱拆除中間隔墻部分；沉井四周的部分應(yīng)當(dāng)最后進(jìn)行拆除。

4)下沉土方開挖。

a.下沉設(shè)備配置。沉井一次下沉2.1 m(排水閘7.3 m)，沉井群下沉持續(xù)時(shí)間為20 d，因?yàn)槌辆鲁劣袊?yán)格的順序要求，所以在計(jì)劃每個(gè)沉井下沉的時(shí)間為7 d時(shí)間。沉井下沉的涌土量經(jīng)過計(jì)算，按照10%進(jìn)行計(jì)算。

b.除土。沉井下沉井土方內(nèi)采用水力開挖，四周利用已成型的一期圍堰及二期圍堰備土構(gòu)成高約1.0 m的圍堤。在中泓的左大堤上配備12寸柴油機(jī)離心泵約20臺(tái)，確保蓄水池的儲(chǔ)水量不少于80 000 m3。挖出來的土經(jīng)高壓泵進(jìn)行抽吸后將進(jìn)行外運(yùn)，排泥效果不佳的時(shí)候可以采用增加中間接力泵，增加泵抽的壓力；沉井內(nèi)土方按照：井格內(nèi)→隔墻下→井周邊的順序?qū)ΨQ開挖，每層開挖深度按照規(guī)范嚴(yán)格控制在50 cm之內(nèi)，控制在1 m之內(nèi)，內(nèi)存土壤中含有的石塊等固體堅(jiān)硬物體應(yīng)采取外運(yùn)，如卷揚(yáng)機(jī)卷揚(yáng)，起重設(shè)備吊裝等運(yùn)出沉井。

5)利用公式驗(yàn)算下沉系數(shù)是否符合要求。

a.初沉階段的下沉系數(shù)驗(yàn)算:

磚模及墊層拆除前的下沉系數(shù)：K=G/PA;

其中，井體自重G=γV=2.45×1 295=3 173 t。

沉井每個(gè)刃腳和墊層下擴(kuò)散面積：

A=(0.4+1.8×2)×(34×4+1.3×6)+(1.3×15)×(2×1.8+0.6)=657 m2。

如果按照現(xiàn)條件狀況下沉井發(fā)生了下沉，下部砂墊層將會(huì)受到破壞，同時(shí)對(duì)下部土體進(jìn)行擠壓和剪切，從而沉井發(fā)生失穩(wěn)的現(xiàn)象，此狀態(tài)下土體承載力達(dá)到極限承載力。

計(jì)算刃腳下方土體的最大承載力fv=Mbrb+Mdrod+McCk《建筑施工手冊(cè)(第二版)》P845。

根據(jù)地質(zhì)資料查表或計(jì)算得Mb=0.18;r=1.13 t/m3;b=3;Md=1.73;ro=1.5 t/m3;d=1.8 m;Mc=4.17;Ck=2 t/m2。計(jì)算得fv=11.5 t/m2，K=3 173÷(657×11.5)=0.4<1。

通過對(duì)計(jì)算結(jié)果的資料進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)下沉系數(shù)低于1時(shí)，沉井不會(huì)進(jìn)行下沉，穩(wěn)定性較好。這時(shí)就可以對(duì)隔墻下的條形基礎(chǔ)進(jìn)行拆除了。

四周圍刃腳砂墊層及其下面砂墊層下擴(kuò)散面積之和：

A=(0.4+1.8×2)×(1.3×6+34×2)=303.2 m2。

此時(shí)沉井下沉系數(shù)：K=3 173÷(303.2×11.5)=0.9，接近1。

當(dāng)計(jì)算結(jié)果低于1的時(shí)候，表明此狀態(tài)下沉井不會(huì)發(fā)生下沉的可能性，可以分批對(duì)稱的將四周的墊層進(jìn)行拆除即可，從此沉井進(jìn)行緩慢而穩(wěn)定的下沉。

沉井自重G=3 173 t。

沉井井壁在砂墊層中的摩擦力R1=(34+17.9)×2×1.8×4=747.5 t。

設(shè)井壁與砂墊層的摩擦力系數(shù)取為4 t/m2。

井壁在土中的摩擦力R2=(34×4+17.9×2)×0.5×2.5=215.0 t。

井壁下沉外部土壤內(nèi)部含有部分砂，則井壁與土的摩擦力系數(shù)取為2.5 t/m2。

當(dāng)刃腳下的土體發(fā)生剪切破壞時(shí)的極限承載力fv=Mbrb+Mdrod+McCk，《建筑施工手冊(cè)(第二版)》P845。

查表或者計(jì)算得Mb=0.18;r=1.13 t/m3;b=3;Md=1.73;ro=1.13 t/m3;d=0.5 m;Mc=4.17;Ck=2 t/m2。計(jì)算得fv=9.9 t/m2。

支撐于土體刃腳面積A1=0.8×(34×2+17.9×2+32.4×2)=135.0 m2。

刃腳下受到土體作用力P1=fvA1=9.9×135.0=1 335 t。

刃腳要比隔墻低位置高程低50 cm，墻下部的土方承載力取4 t/m2。

隔墻受到土體作用力P2=fvA2=4×44.1=117.6 t。

沉井確定以此指標(biāo)進(jìn)行下沉，下沉?xí)r的下沉系數(shù)為：

K=G/(R1+R2+P1+R)=3 173/(747.5+215+1 335+117.6)=1.3。

以此指標(biāo)進(jìn)行施工，沉井下沉，下沉狀態(tài)比較穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生突沉現(xiàn)象。沉井不斷下沉，到達(dá)隔墻下部土方的剪切破壞極限值的時(shí)候，隔墻因此而承受的土方作用力為P2=fvA2=9.9×44.1=1 335 t。

沉井確定以此指標(biāo)進(jìn)行下沉，下沉?xí)r的下沉系數(shù)為：

K=G/(R1+R2+P1+R)=3 173/(747.5+215+1 335+1 335)=1.16。

現(xiàn)在下沉的程度達(dá)到臨界狀態(tài)，沉井繼續(xù)下沉?xí)S著土方摩擦力的增大從而形成一種新的下沉的平衡狀態(tài)。

b.沉井全部入土?xí)r的下沉系數(shù)驗(yàn)算。

沉井底部相對(duì)下沉增至5 m后，井壁的摩擦力達(dá)到峰值。

K=G/Rf1由于沉井下沉的時(shí)候，所施工的砂墊層易被擠壓摩擦至井體與土壤交接之處，所以我們將摩阻力作用力設(shè)為f=3 t/m2。

Rf1=(17.9+34)×2×3×(2.1-5)+(17.9+34)×2×3×5÷2=1 791 t。

K=3 173/1 791=1.77>1.5。

表明沉井能夠順利下沉到位。

c.當(dāng)進(jìn)行終沉?xí)r沉井的各系數(shù)計(jì)算。

當(dāng)沉井下沉目標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高的時(shí)候，此時(shí)的刃腳進(jìn)入了④層土，土壤的正常承載力是19.0 t/m2，沉井的摩阻力以及各部位對(duì)于土壤和外界壓力的支撐力能否達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)非常關(guān)鍵。驗(yàn)算此狀態(tài)下沉井的下沉系數(shù)。

考慮井外壁摩阻力作用力取f=2 t/m2，計(jì)算偏安全，井外壁摩阻力：

Rf2=(17.9+34)×2×3×(2.1-5)+(17.9+34)×2×3×5÷2=1 194 t。

刃腳受至④層土的支撐力：P3=f3A1=19×135.0=2 565 t。

則沉井克服摩阻力時(shí)下沉系數(shù)：K=(G-Rf2)÷P3=(3 173-1 194)÷2 565=0.77<1。

計(jì)算結(jié)果表明：沉井終沉后將處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2.5沉井糾偏

在沉井下沉的時(shí)候，周圍土壤的擠壓會(huì)造成周圍沉井的擾動(dòng)而產(chǎn)生位移的現(xiàn)象，從四周向中間進(jìn)行位移，如果不采取措施，容易使沉井的平面位置發(fā)生改變。在控制的時(shí)候，不能僅僅依靠偏拉來糾正，如果進(jìn)行偏拉容易使土壤壓力差變大，所以在下沉的時(shí)候我們必須將沉井向外方向進(jìn)行糾正。我們主要采取了以下措施：

1)沉井在進(jìn)行下沉的初期，當(dāng)要拆除刃腳以及砂墊層的時(shí)候必須有序的、對(duì)稱的進(jìn)行拆除，嚴(yán)格控制拆除速度，不能過快。

2)每個(gè)沉井在下沉的時(shí)候應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，避免相鄰沉井之間的高差大于1 m，這樣能減少沉井相互之間的影響。

3)沉井共同下沉的時(shí)候，下沉順序?yàn)閺膬蛇呴_始，中間接力下沉，沉井群應(yīng)當(dāng)是三角狀下沉，中間高兩邊低，這樣能夠消減沉井群向中間位移的趨勢。

4)沉井下沉是一個(gè)不斷的觀測不斷的進(jìn)行糾偏措施的過程。如果在下沉的時(shí)候出現(xiàn)偏位，我們應(yīng)當(dāng)采取如下措施：

a.偏沉，此項(xiàng)為下沉的主要糾偏措施。

b.井外射水。

c.增加土體壓力、控制下壓重量，采取偏心的下壓方法。

在除土的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)采取對(duì)稱進(jìn)行除土，每層除土的厚度低于50 cm。

2.3　終沉、封底、回填

當(dāng)沉井底部下沉至距設(shè)計(jì)標(biāo)高相差2 m的時(shí)候，增加對(duì)下沉的觀測頻率，按照要求控制好下沉的速度，調(diào)整各個(gè)井內(nèi)的土面高度保證井土面高度相差不能過大，盡量使其的高程在一個(gè)平面上，使其能夠平穩(wěn)就位。

沉井回填應(yīng)當(dāng)先把積水排除，回填的厚度根據(jù)刃腳入土情況以及地基開挖情況確定。最后采用鋼筋混凝土進(jìn)行封底。封底結(jié)束作業(yè)后，相鄰的沉井之間的空隙，采用膨脹混凝土填實(shí)，同時(shí)在沉井上下游位置各進(jìn)行旋噴加固樁施工。

2.4　沉井施工質(zhì)量控制及保證措施

2.4.1沉井的制作

沉井基坑鋪砂墊層前，將清淤及機(jī)械行走后擾動(dòng)土層，并對(duì)局部柔弱層進(jìn)行換填，以確保土面承載力不小于0.1 MPa?；靥钌爸袩o粘性土等其他雜物。

2.4.2沉井的下沉

下沉?xí)r，必須按照順序，對(duì)稱同步的拆除刃腳區(qū)域填筑的砂礫石。在下沉挖土?xí)r，必須分層開挖，同時(shí)均勻?qū)ΨQ的進(jìn)行除土保證沉井平穩(wěn)下沉。

當(dāng)沉井底部下沉至距離設(shè)計(jì)標(biāo)高約2 m的時(shí)候，必須增加沉井的觀測頻率，應(yīng)當(dāng)定期檢查沉井的平面位置偏移量，一般是以沉井每下沉1 m為一期進(jìn)行觀測，確保其平面偏移量小于25 cm。在井內(nèi)土方清除的過程中，及時(shí)做好相鄰井的土體高度觀測，保證其土體高度相差不大于1 m，保證下沉的穩(wěn)定性。

2.4.3沉井的封底

沉井底部下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高的時(shí)候，此時(shí)應(yīng)當(dāng)繼續(xù)進(jìn)行觀測，觀測沉井的沉降狀況，待連續(xù)8 h內(nèi)沉降不超過10 mm的時(shí)候進(jìn)行沉井封底工作。封底前要做到：沉井的底部土面標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)要求；井內(nèi)積水應(yīng)盡量排干；混凝土解除的區(qū)域進(jìn)行鑿毛，同時(shí)沖刷干凈；澆筑的時(shí)候應(yīng)當(dāng)分層澆筑，對(duì)稱進(jìn)行。

3　結(jié)語

隨著沉井在當(dāng)今工程建設(shè)領(lǐng)域中廣泛的應(yīng)用，其沉井施工技術(shù)將被大力推廣和提倡，文章對(duì)三洋港現(xiàn)場施工的實(shí)例闡述以及其中詳細(xì)工序和節(jié)點(diǎn)的分析，總結(jié)了沉井施工的技術(shù)要點(diǎn)，通過對(duì)技術(shù)要點(diǎn)的闡述，加深對(duì)廣大工程技術(shù)人員對(duì)沉井施工技術(shù)的了解，最后針對(duì)沉井施工研究并歸納出在沉井施工過程中要重視的主要技術(shù)因素如下：

1)沉井下沉的時(shí)候進(jìn)行的施工觀測是沉井施工成敗的重要一步，只有通過觀測，才能發(fā)現(xiàn)沉井施工時(shí)的各種不利因素，同時(shí)進(jìn)行調(diào)整，從而完成沉井的施工工作。

2)在沉井施工之前，為了確保工程的質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)提前制定質(zhì)量控制計(jì)劃，計(jì)劃中要擁有充分的質(zhì)量事故的預(yù)防措施，當(dāng)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題的時(shí)候及時(shí)進(jìn)行糾偏，把各種質(zhì)量隱患消滅在萌芽狀態(tài)。

3)沉井設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)做足各項(xiàng)系數(shù)的驗(yàn)算，其中上文介紹到的刃腳的計(jì)算以及下沉?xí)r的各項(xiàng)指標(biāo)驗(yàn)算是非常重要的，這些指標(biāo)是完成沉井下沉工作的重中之重。

4)沉井下沉的時(shí)候需要降低地下水，在降低地下水的時(shí)候應(yīng)當(dāng)根據(jù)勘測報(bào)告，確定沉井下方的土壤情況，如果不根據(jù)土壤情況選擇相應(yīng)的排水方案，可能會(huì)造成沉井底部土壤失穩(wěn)產(chǎn)生安全事故。