摘要：本文從沉井施工方法進行論述，提出了沉井在深基坑中施工的方法，并在某地下室工程中實際進行了施工研究，達到了基坑施工質(zhì)量及安全保障的效果，解決了“坑中坑”施工困難的難題。
1基坑及沉井簡介
1.1基坑支護形式為基坑西段采用放坡和排樁和鋼筋混凝土支撐支護，“坑中坑”部分采用沉井和鋼管支撐支護，其余均采用放坡開挖，基坑支護安全等級為二級。
1.2自然地面的絕對標高平均為3.80，±0.00對應的絕對標高為5.00。
1.3鋼管和鋼板等鋼材為Q235B，焊條型號為E43型，除注明外，連接焊縫均為連續(xù)角焊縫，焊縫高度為10mm。
1.4基坑開挖底標高為-8.9m，“坑中坑”開挖底標高為-12.4m。
1.5沉井高度為3.5m，其頂面標高為-8.9m，刃腳底標高為-12.4m，沉井的埋置深度為3.5m，混凝土等級C25。
2工程地質(zhì)狀況簡介
3沉井的主要施工方法選擇
沉井是用于深基礎和地下構筑物施工的一種工藝技術，其原理是：在地面上或地坑內(nèi)，先制作開口的鋼筋混凝土筒身，待筒身混凝土達到一定強度后，在井內(nèi)挖土使土體逐漸降低，沉井筒身依靠自重克服其與土壁之間的摩阻力，不斷下沉直至設計標高，然后經(jīng)就位校正后再進行封底處理。
沉井方法有多種選擇，如：排水下沉和不排水下沉；一次制作、一次下沉和分節(jié)制作、分節(jié)下沉等。根據(jù)本工程的特點和設計的具體要求，沉井的主要施工方法將作以下選擇：
3.1沉井方法：采用排水下沉和干封底的工藝技術
根據(jù)對擬建場地的土層特征、地下水位及施工條件的綜合分析，設計要求本工程的沉井采用排水下沉和干封底的施工方法。
該方法可以在干燥的條件施工，挖土方便，容易控制均衡下沉，土層中的障礙物便于發(fā)現(xiàn)和清除，井筒下沉時一旦發(fā)生傾斜也容易糾正，而且封底的質(zhì)量也可得到保證。
3.2降水方法：井外真空深井泵與井內(nèi)明排水相結(jié)合
采用排水下沉和干封底的施工技術，關鍵是選擇合理可行的降水方法，使降水效果滿足排水下沉的技術要求。根據(jù)本工程的沉井施工特點分析，可供選擇的井外降水方法主要有兩級輕型井點降水、噴射井點降水及真空深井泵降水等。
經(jīng)對上述方法的比較與論證，采用井外真空深井泵與井內(nèi)明排水相結(jié)合的降水方法。與其他降水方法相比，采用該方法降水不但施工方便、降水效果好，而且能有效防止含砂性粘土層可能發(fā)生的流砂或管涌等不良現(xiàn)象發(fā)生，以此保證沉井施工的安全和順利進行。
3.3制作與下沉方法：一次制作、一次下沉
沉井施工的一般方法為：一次制作、一次下沉；分節(jié)制作、一次下沉；多節(jié)制作、分節(jié)下沉（制作與下沉交替進行）。根據(jù)本工程的特點與設計要求，對沉井應采用一次制作、一次下沉的方法。
3.4沉井底部地基加固方法：20cm厚C25素混凝土墊層
本工程的沉井持力層處在含砂性粘土層。該層土體濕度達到飽和，為硬塑，屬高壓縮性，承載強度較高，但易發(fā)生流砂或管涌等不良現(xiàn)象。針對這一不利的地質(zhì)情況，下沉達到標高后，對刃腳部位進行封堵，地面澆筑20厚C25素混凝土封底，防止或減少滲透和不均勻的沉降。
4沉井下沉方法與技術措施
4.1沉井下沉的作業(yè)順序安排
下沉準備工作→設置垂直運輸機械設備→挖土下沉→井內(nèi)外排水、降水→邊下沉邊觀測→糾偏措施→沉至設計標高→核對標高、觀測沉降穩(wěn)定情況→井底設盲溝、集水井→鋪設井內(nèi)封底墊層→底板防水處理→底板鋼筋施工與隱蔽工程驗收→底板混凝土澆筑
4.2沉井下沉驗算
沉井下沉時，必須克服井壁與土間的摩阻力和地層對刃腳的反力，其比值稱為下沉系數(shù)K，一般應不小于1.15~1.25。
沉井下沉系數(shù)的驗算公式為：K=（Q-B）/（T+R）
式中：K——下沉安全系數(shù)，一般應大于1.15~1.25
Q——沉井自重及附加荷載（kN）
B——被井壁排出的水量（kN），如采取排水下沉法時，B=0
T——沉井與土間的摩阻力（kN），T=πD（H-2.5）•f
D——沉井外徑（m）
H——沉井全高（m）
f——井壁與土間的摩阻系數(shù)（KPa），由地質(zhì)資料提供
R——刃腳反力（kN），如將刃腳底部及斜面的土方挖空，
則R=0
本工程沉井的驗算的條件為：
沉井尺寸為：13.2×13.2m
沉井全高3.5m，自重為51.6×0.35×3.5×25+0.64×37=1603.93kN
井壁摩阻系數(shù)為：15KPa。
第一節(jié)沉井下沉系數(shù)驗算：
K=1603.93/[51.6×（3.5-2.5）×15]=2.07
沉井的下沉系數(shù)滿足安全驗算要求。
4.3沉井封底后的抗浮穩(wěn)定性驗算
沉井封底后，整個沉井受到被排除地下水向上浮力的作用，如沉井自重不足于平衡地下水的浮力，沉井的安全性會受到影響。為此，沉井封底后應進行抗浮穩(wěn)定性驗算。
抗浮穩(wěn)定性計算公式為：
K=(G+T)/F≥1.1
式中：G——沉井自重力（kN）
T——沉井與土間的摩阻力（kN），T=πD（H-2.5）•f
F——地下水向上的浮力（kN）
驗算條件：
沉井自重為井壁和封底混凝土重量：1603.93+635.04=2238.97kN
地下水向上浮力：因基坑支護采用止水帷幕，經(jīng)實測基坑內(nèi)水位-10.6m，水深按1.8m考慮，則F=1.8×13.2×10×13.2=3136.32kN
K=(2238.97+774)/3136.32=0.96
根據(jù)上述計算可知，沉井封底后如停止降水，沉井自重不能抵抗地下水的浮力，必須在沉井封底后，井外的深井降水與井內(nèi)的集水井排水繼續(xù)進行，直到沉井內(nèi)部結(jié)構和上部結(jié)構完成后再停止，確保施工安全。
5應急處理方案
5.1沉井過沉
5.1.1現(xiàn)象：下沉達到設計標高后繼續(xù)下沉，難以控制。
5.1.2原因分析：因該持力層承載力較好，可能原因為長期抽水或因砂的流動，使井壁與土的摩阻力下降，沉井外部土體出現(xiàn)液化。
5.1.3處理方案：發(fā)現(xiàn)下沉過快，可重新調(diào)整挖土，在刃腳下不挖或部分不挖土；可用木垛在定位墊架處給以支承，以減緩下沉速度；如沉井外部土液化出現(xiàn)虛坑時，可填碎石處理。
5.2瞬間突沉
5.2.1現(xiàn)象：沉井在瞬時間內(nèi)失去控制，下沉量很大，或很快，出現(xiàn)突沉或急劇下沉，嚴重時往往使沉井產(chǎn)生較大的傾斜或使周圍地面塌陷。
5.2.2原因分析：在淤泥層中，沉井側(cè)面摩阻力很小，當沉井內(nèi)挖土較深，或刃腳下土層掏空過多，使沉井失去支撐，常導致突然大量下沉，或急劇下沉；沉井下遇有含砂層，由于動水壓力的作用，向井筒內(nèi)大量涌砂，產(chǎn)生流砂現(xiàn)象，而造成急劇下沉。
5.2.3處理方案：在粘土層中嚴格控制挖土深度(一般為40cm)不能太多，不使挖土超過刃腳，可避免出現(xiàn)深的鍋底將刃腳掏空，有砂層時，防止把砂層吸空；控制排水高差和深度，減小動水壓力，使其不能產(chǎn)生流砂或隆起現(xiàn)象；加強操作控制，嚴格按次序均勻挖土，避免在刃腳部位過多掏空，或挖土過深。
6使用效果及結(jié)論
6.1使用效果
本沉井工程，自工程開始施工至沉井施工完畢，整個施工過程中，沉井下沉穩(wěn)定，施工過程中未出現(xiàn)沉井大幅度下沉，沉井施工完畢至上部結(jié)構施工完成，沉井未出現(xiàn)明顯沉降或上浮，外部基坑未受影響，效果較好。
6.2結(jié)論
6.2.1施工中，沉井四周深井井點降水深度需嚴格驗算，以防止開挖過程中出現(xiàn)管涌等狀況。
6.2.2沉井施工在開挖過程中，需四周同時開挖，避免單獨挖一面，引起意外傾斜，同時開挖沉井時，沉降觀測隨時進行，以控制下沉速度及下沉深度。
6.2.3沉井抗浮穩(wěn)定性需嚴格驗算，如不能通過，則降水作業(yè)不能中斷，直至內(nèi)部結(jié)構施工完成，自重加大滿足抗浮。
6.2.4沉井施工完畢至上部結(jié)構施工完成中沉降觀測不能中斷，同時做好應急措施。
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