曾小亮

摘要：以上海臨港重裝備產業(yè)區(qū)Y6雨水泵房為實例，介紹大型沉井施工技術及下沉的控制措施。計算下沉過程中的接高穩(wěn)定性，各地層中下沉系數及終沉下沉系數。確保下沉過程中的安全，為同類工程提供施工借鑒意義。

關鍵詞：大型沉井；施工技術；接高穩(wěn)定；下沉穩(wěn)定

1 工程概況

Y6雨水泵站位于上海臨港重裝備產業(yè)區(qū)，施工場地現狀為農田、綠化、河道、池塘等。雨水泵站規(guī)模34m?/s，污水截流設施規(guī)模2200 m?/d，進水口為2個3m×3m 箱涵。雨水泵房設上部建筑，建筑面積642 ㎡，另設管理用房，建筑面積295 ㎡。泵房埋深約13 m，進水箱涵、進水閘門井埋深約10 m。其中沉井平面尺寸35.6m×37m，壁厚為0.70m，凈深12m，埋深約12.0m，底板厚0.70m，現澆鋼筋混凝土結構；抗?jié)B等級為S8，主體混凝土C35，填充混凝土C20，墊層混凝土為C15。

2 施工重難點

①沉井規(guī)模大，地質條件差，下沉精度控制難度大。本工程泵房沉井結構平面尺寸達到37.0×35.6m，下沉深度13m，下沉重量11750t，所處地質土以粉質土、淤質粘土為主，且②層土質不均勻，在動水作用下易產生流砂、管涌現象，極易造成沉井不對稱受力而傾斜。

②預埋件預埋精度高，結構間的接口密閉要求高。設備安裝預埋件在砼結構中，錯綜復雜，埋設精度要求高，難度大，埋設如偏差將直接影響后續(xù)安裝質量。進水區(qū)、排水區(qū)為封閉結構，其不同結構區(qū)間的接口密閉至關重要，施工難度大。

3 施工方案

3.1 總體施工方案

沉井采用4段法預制，第一段高3.85m（包括刃腳），第二段4.2m，第三段4.1m，第四段2.2m；進行一次性下沉，下沉到位后再進行封底及內部結構施工，相關需先安裝設備安裝后再進行泵房封頂。沉井在經處理的地基上進行預制，外操作平臺采用雙排盤扣式腳手架。沉井周邊設置深井降水，下沉前確保降水到位。沉井采用不排水下沉法下沉，水力機械吸泥，水源供給可從西側馬泐港，抽取的泥漿排放至北側泥漿池。下沉到位后進行干封底。

3.2 施工流程

①沉井制作工藝流程：平整場地→測量放線→止沉樁施工→開挖基坑→夯實基底→鋪砂墊層→澆筑混凝土墊層→砌刃腳磚座→安設刃腳和第一節(jié)井身鋼筋→支刃腳和第一節(jié)井身模板→刃腳和第一節(jié)井身混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護、拆?！h(huán)安裝鋼筋模板和澆筑第二至第四節(jié)沉井井身和養(yǎng)護→外圍圍槽灌砂準備下沉。

②沉井下沉工藝流程：下沉準備工作→設置供水、排泥系統(tǒng)→破除磚座、混凝土墊層→水力取土下沉→觀測和糾偏→下沉接近設計標高、核對標高→封底→綁底板鋼筋→澆筑底板砼→后續(xù)施工。

3.3 沉井制作

①沉井四周加寬約2m范圍內開挖基坑，基坑尺寸為41.0 m×39.6m，深度3.0m，1：1.5坡度放坡，開挖土方堆于遠處的空地上作沉井回填用。刃角、底梁3m范圍內開挖1.5m深溝槽且立即分層回填中粗砂，分層厚度30cm，利用平板振動機夯實，中粗砂填頂標高。底板及底梁3.65m，刃腳及外圍3.0m范圍內現澆30cm厚C25砼墊層。

②在距離基坑頂邊1m，沿基坑四周布置12口深為25m的降水深井。降水井采用φ300多孔混凝土管。沿基坑底邊四周布置2%坡度30×30cm明溝排水，四周設置集水井，保證基坑排水通暢。

③沉井外施工腳手架采用盤扣式雙排腳手架，立桿縱距為1.8m，橫距為1.2m，步高為2.0m。

分四節(jié)段制作沉井，腳手架隨沉井接高搭設。沉井接高過程中應對井體進行沉降觀測。

3.3 沉井下沉

①根據坐標控制點、高程基準點，對沉井外圍尺寸進行復核，復核的主要內容有：沉井高度、軸線位置等尺寸偏差情況。在沉井四周用紅油漆標出控制高度，軸線位置，按平面布置要求設置沉井中心控制點，同時建立平面測量控制系統(tǒng)。根據高程測量基準點，建立高程測量控制系統(tǒng)，將高程測引至沉井附近，并在沉井四周設置4個臨時水準點，對沉井下沉的整個過程實施高程控制。

②待沉井制作結束，最后澆筑的一節(jié)混凝土強度達到100%后，拆除內外腳手架，上下通道爬梯、操作平臺制作、搭設完畢，洞口封堵等所有準備工作就緒后進行墊層鑿拆。拆除方法是先將砼墊層底部砂挖去，使墊層下空，利用空壓泵汽錘破碎，刃腳下隨即用砂或砂礫回填夯實，在刃腳內外側夯筑成小土堤以承擔部分井筒重量，接著破碎另一段，如此逐點進行，破除墊層時加強觀測，注意下沉均勻，發(fā)現傾斜及時處理

③沉井下沉施工采用水力機械施工。本工程采用4臺（套）由高壓水泵、強力泥漿泵組成的沖水取土設備，按區(qū)分塊施工，確保沉井平穩(wěn)順利下沉。對②1粉質粘土等松軟土質，先水沖中部土層（每層約深40～50㎝）沿沉井刃腳周圍保留土堤使沉井擠土下沉，土堤一般留設50㎝寬）如受地下水影響沉井傾斜時，先沖背水方向的土，后沖迎水方向的土。

④沉井下沉過程中需全過程監(jiān)測。沉井現場施工監(jiān)測系統(tǒng)包括沉井自身狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，及施工對周邊影響的監(jiān)測系統(tǒng)兩部分；沉井自身狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)包括：井身自身位置（深度、中心偏離）監(jiān)測系統(tǒng)、姿態(tài)（傾斜）監(jiān)測系統(tǒng)及井身受力狀況的監(jiān)測系統(tǒng)；對周圍環(huán)境影響的監(jiān)測系統(tǒng)包括：地層沉降的監(jiān)測系統(tǒng)，對道路的監(jiān)測，對現狀河岸的監(jiān)測。

⑤沉井終沉階段（沉至離設計標高150～200cm時），必須放慢沖水取土下沉速度，并對相應位置多余的止沉樁進行處理。最后階段沖土順序做適當調整，先沖刃腳和框架梁斜面下的土體，保持支撐面的均勻，使格倉內土體變成“凸”形反鍋底，在沉井標高到達設計標高前50cm時，停止沖水取土，讓沉井在重力作用下自沉，根據自沉狀況適當整理格倉內土體。在沉井標高到達設計標高前10cm，用枕木塞填刃腳及框架梁斜面，并用粗砂灌實。跟蹤測量沉井的自然沉降，連續(xù)8h沉降量小于10mm時方可進行封底施工。

3.4 沉井封底

封底應根據終沉階段的觀測數據分倉進行，沉井下沉均勻時先封近井壁格倉，再封中間格倉。后封格倉封底需要挖土時，必須等到已封各倉混凝土強度達到70%以上時方可進行。封底時在每個格倉內設置1～2個Φ500mm泄水孔，泄水孔的封堵在沉井結構施工完畢后實施。沉井采用干封底，要求將井底浮泥除凈，拋入30cm碎石層后鋪墊黃砂（粗砂），澆水以填充塊石間隙。砼墊層及底板灌注時不能讓混凝土從高空墜落，須設導管，管口與澆注面高差50cm內。封底砼達到所需要的強度后，即養(yǎng)護7～14d；方可進入下道工序。

4 沉井下沉控制措施

4.1 沉井下沉常見問題

沉井下沉過程中常見問題有傾斜、超沉、下沉過程中遇到障礙物、下沉阻力過大、下沉速度過快、出現流砂等。

4.2 沉井下沉控制措施

①沉井下沉過程中產生傾斜的原因。沉井刃腳下面的基土硬度不均勻；井筒受到地下局部障礙物的阻礙，被擱住，不能順利下沉，使得沉井下沉出現傾斜現象。

沉井制作完成后，可進行刃腳墊架拆除和下沉的準備工作。同時井內沖水取土應根據沉井中心劃分工作面，取土應分層、均勻、對稱的進行。沖水取土的要點是：先從沉井中間開始逐漸向四周進行，每層取土厚度在0.4～0.5m，沿刃腳保留0.5～1.5m的土堤，然后再沿沉井井壁每2～3m一段向刃腳方向逐層全面、對稱、均勻的削薄土層，當土層經不住刃腳的擠壓而破裂時，沉井便在自重的作用下擠土下沉。

如果沉井下沉的非常快，可對射水量和射水壓力進行嚴格的控制，同時控制坑底實際大小和深度，防止太過掏空刃腳下的土方。

當刃腳一側被擱住的時候，應及時將障礙物清除，然后繼續(xù)下沉。如果障礙物是小孤石，可把邊上土體掏空再取出；如果障礙物是比較大的大孤石，可以采用風鎬將其破碎，再取出。

沉井下沉過程中應安排專人進行觀測，沉降觀測每4小時1次，刃腳標高和位移觀測每臺班至少1次。每次觀測數據均需如實記錄，以便進行數據分析和資料管理。

沉井下沉較深中應嚴格控制下沉速度，防止過程。在距離刃腳標高1.5～2m時，放慢沖水速度。考慮上部荷載，預留5cm不下沉。

②沉井下沉過程中比較常見的一種問題是流砂。流砂在粉細砂層的沉井施工中最常出現。而在本工程所在地質中第②3層情況：砂質粉土粉砂，含云母及貝殼碎屑，夾粉土及少量細砂，呈稍密～中密狀態(tài)，層底標高-8.11～-12.12m，極易出現流砂現象。土體出現流砂現象時，土就會失去承載力，嚴重會導致基坑邊坡塌方。引發(fā)流砂的的主要原因是土里面的動水壓力超過了臨界值，這時應該及時壓住水頭，禁止在流砂中繼續(xù)下沉。

本工程采用的水力沖土下沉，井內保持一定的水壓，利用不排水法下沉降低井外水力梯度，從而對流砂問題有效的控制。

5 沉井接高穩(wěn)定性驗算及下沉系數計算

5.1 沉井接高穩(wěn)定性驗算

沉井在基坑內分四階段預制完成，再進行一次下沉。因此只需驗算在預制第四節(jié)沉井時（沉井重量最大）的穩(wěn)定性即可。

第四節(jié)沉井完成，沉井總重： （kN）

砂墊層的極限承載能力： 則穩(wěn)定系數

。在沉井預制接高過程中，能夠確保沉井穩(wěn)定性。

5.2 各土層中下沉系數

各土層性質：

式中，kst為下沉系數；Gk為沉井自重（kN）；Fw為地下水的托力（kN）；γw為水的重度（kN/m?）；V為沉井在地下水位體積（m?）；U為側壁外圍周長（m）；R1為刃角下地基極限承載力（kPa）；b為刃角踏面寬度（m）；n為刃角斜面與土壤接觸面的水平投影寬度（m）；A1為隔墻支撐面積（㎡）；A2為底梁支撐面積（㎡）。

根據計算在各土層中下沉系數為：在②1層下沉系數為1.58，②2層下沉系數為0.733，②3層下沉系數為0.89，終沉系數為0.854。

5.3 各土層中下沉控制措施

根據規(guī)范，沉井下沉系數宜為1.05～1.25，在軟弱層為0.8～0.9。

因此在施工中根據各土層下沉系數，采取相應的措施，保證下沉平穩(wěn)。在②1層中下沉系數偏大，為防止突沉，傾斜等，采取向井筒內注入清水以增加井體浮托力；在②2層下沉系數偏小，因此在下沉過程中采取刃角下均勻、對稱掏土，從而達到下沉的目的；在②3層中下沉系數較為適宜，在該層中下沉較為平穩(wěn)。終沉時通過控制預留量，以及嚴格控制止沉樁標高控制下沉速度及終沉標高。

6 結束語

①大型沉井在制作時尤其要注意地基承載力及不均勻沉降，防止在預制過程中發(fā)生井體偏位。同時應充分調查地質情況及周邊環(huán)境情況。特別是在沉井周邊有重要構筑物時，在下沉過程中除對井體本身進行監(jiān)測外，還需要對周邊構筑物進行監(jiān)測。

②沉井預制應充分考慮后期大型設備的安裝。包括預留洞口問題，預埋件的準確性，部分設備配件安裝與井體預制的穿插施工。

③沉井下沉，應根據地質情況，判斷下沉過程中可能發(fā)生的問題，制定相應的措施。

參考文獻

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[2] 劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊[M].第2版.北京：中 國建筑工業(yè)出版社，2009：514-551.

（作者單位：中鐵二十四局集團路橋公司）