一、沉井施工技術(shù)概述
沉井是在地面上或基坑中，先制作鋼筋混凝土井身，待達(dá)到一定強(qiáng)度后，在井筒內(nèi)分層挖土、運(yùn)土，隨著井內(nèi)土面逐漸降低，井身依靠自重克服與土壁之間的摩擦阻力及土體對(duì)刃腳踏面的反力，不斷下沉就位，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后進(jìn)行封底的一種深基礎(chǔ)或地下構(gòu)筑物施工工藝。
沉井在深基礎(chǔ)或地下構(gòu)筑物施工中具有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)截面尺寸和剛度大，承載力高，抗?jié)B及耐久性好，施工時(shí)不需要板樁圍護(hù)；與大開挖相比挖土量大大減少，能節(jié)省投資；無需特殊的專業(yè)施工設(shè)備，易于操作；占地面積小，可用于場(chǎng)地狹窄條件下施工，對(duì)鄰近建筑物影響較小，技術(shù)上比較穩(wěn)妥可靠；可用于各種復(fù)雜地形、地質(zhì)，特別是地下水很豐富、土的滲透系數(shù)大，難以將地下水排干的土層情況下施工。因此，近年來，隨著施工技術(shù)和施工機(jī)械的不斷革新，沉井在國(guó)內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。沉井開始多用于鐵路和橋梁工程基礎(chǔ)，之后在水工結(jié)構(gòu)，特別是市政工程中的給、排水泵站中多有應(yīng)用。
沉井作為一種基礎(chǔ)工程，在施工控制方面，最重要的是下沉過程中糾偏、防止突沉、控制終沉。經(jīng)過多年的實(shí)踐，目前國(guó)內(nèi)在沉井施工技術(shù)應(yīng)用上已積累了比較豐富的施工經(jīng)驗(yàn)。我局承建的廣東金融技術(shù)服務(wù)區(qū)B區(qū)市政工程北區(qū)2#雨水泵站（土建）工程是該項(xiàng)技術(shù)成功應(yīng)用的一個(gè)范例。
二、工程概況
該工程位于佛山市南海區(qū)海八路五丫口至健身體育公園路段以北、佛山水道以南地塊的擬建華翠北路與濱江二路交匯處的東北部，占地面積約5500平方米。
2.1沉井結(jié)構(gòu)尺寸
沉井高13.05m，下沉高度11.75m，長(zhǎng)31.2m、寬26.4m；刃腳部位高3.70m，寬0.85m；井壁中上部寬0.70m，刃腳踏面均為0.40m，起沉標(biāo)高+1.40m，刃腳終標(biāo)高-10.35m。沉井分大小20格，隔墻、底梁底面寬0.60m。沉井設(shè)計(jì)為分三節(jié)澆筑，一次下沉，下沉方法為排水下沉。
2.2工程地質(zhì)水文
1、土層分布：
層①素填土：層厚1.4～2.8米，平均厚度1.74米，層底高程0.57～1.20米。
層②淤泥、淤泥質(zhì)土：層厚2.0～4.0米，厚度變化稍大，南厚北薄，西厚東薄，平均厚度3.06米，頂板埋深1.4～2.8米，層頂高程0.57～1.2米。
層③粉砂：層厚3.5～5.7米，厚度變化稍大，大致南、北厚，中部稍薄，平均厚度4.88米，頂板埋深4.0～5.5米，層頂高程-1.43～-2.88米。
層④粉質(zhì)粘土：呈薄透鏡狀分布，層厚0.8米，頂板埋深10.5米，頂板高程-7.13米，土層呈灰黃色，飽和軟塑，土質(zhì)較純，粘塑性強(qiáng)。
層⑤粉（細(xì)）砂：層厚4.3～5.5米，平均厚度4.8米，頂板埋深9.0～11.3米，層頂高程-6.38～-8.18米，沉井座落在該層。
層⑥中砂：層厚1.6～3.7米，平均厚度為2.62米，埋深13.6～16.0米，層頂高程-11.0～-12.63米。
3、地下水位埋深為1.10～1.90m，高程為0.97～1.47m。
三、受力計(jì)算模型及下沉系數(shù)驗(yàn)算
1、排水下沉的受力計(jì)算模型
沉井排水下沉?xí)r，可以看作是沉井自重克服井壁摩阻力和刃腳反力（及部分隔墻、底梁反力）下沉的過程。
井壁摩阻力沿井壁深度方向的分布，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣用法，可按如下假定計(jì)算：在深度0～5m深度范圍內(nèi)，單位面積摩阻力按直線規(guī)律自零值起逐漸增加，在深度5m以下，單位面積摩阻力為一常數(shù)。
四、下沉?xí)r降水方案設(shè)計(jì)與施工
?。?）管井單井允許最大進(jìn)水量的計(jì)算
管井的單井最大允許的出水量由管井的過濾器直徑、過濾器長(zhǎng)度和該場(chǎng)地的地下水的滲透系數(shù)共同影響。
計(jì)算公式：
式中-過濾器半徑，，-過濾器長(zhǎng)度，-滲透系數(shù)
考慮到該地區(qū)的地下水較豐富，故管井深度應(yīng)盡量多的深入到降水目的層中，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，確定管井的深度為20米，最大降深時(shí)有效過濾器長(zhǎng)度為5m，沉井后期降水井過濾器所在層為粉砂，滲透系數(shù)為1.1m/d。
計(jì)算得：
?。?）管井?dāng)?shù)量的確定
一般情況下，管井?dāng)?shù)量，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)水文條件，通常位于水道邊的降水工程，由于受水道平行補(bǔ)給的水流影響，易于導(dǎo)致管井損壞，故經(jīng)常需要在沉井周邊增設(shè)一定數(shù)量的備用井，本該工程增設(shè)管井1口，合計(jì)9口。
（5）管井布置
根據(jù)沉井的尺寸，9口管井在沉井周圍大致為均勻分布，其中靠近水道側(cè)為4口，其他側(cè)為3口，管井距沉井井壁8米，管井間均勻分布，有頂管的一側(cè)適當(dāng)避開頂管，具體分布見附圖
?。?）管井施工
工藝流程：井位放樣→鉆機(jī)就位→鉆孔→清空→吊放濾網(wǎng)井管→井管四周回填砂濾層→洗井→安裝潛水泵。
本工程采用工農(nóng)150型大型回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)成孔，井管材料使用Ф300波紋井管，外包濾布，井管與孔壁間填充直徑為1mm左右的中粗沙作為過濾層。填完濾料后，立即進(jìn)行洗井。洗井時(shí)用潛水泵注水，將注水口伸至井底，讓循環(huán)水帶走井內(nèi)四周及外濾層中的細(xì)顆粒，直至出水清澈。抽水時(shí)用多級(jí)泵，邊抽水邊讓潛水泵逐漸下降，重復(fù)數(shù)次使管井周邊密實(shí)。
五、沉井制作施工工藝
1、施工工藝流程
6、刃腳磚胎模
7、鋼筋砼
各節(jié)鋼筋砼施工采用常規(guī)施工方法，內(nèi)外搭設(shè)鋼管腳手架進(jìn)行施工。
六、沉井排水下沉施工工藝
1、施工工藝流程
施工準(zhǔn)備→啟動(dòng)降水井→沖吸泥下沉→到位干封底
2、施工準(zhǔn)備
沉井下沉施工準(zhǔn)備工作包括：開挖泥砂沉淀池、降水井施工、清理井內(nèi)外雜物、安裝沖吸排設(shè)備、布置控制臺(tái)、設(shè)置觀測(cè)設(shè)施等。
3、下沉施工
下沉施工包括初沉、中沉及終沉三個(gè)階段。初沉階段，先鑿除磚模及砼墊層，然后沖吸排砂墊層。沖吸排時(shí)，堅(jiān)持全面對(duì)稱均勻原則，先排沉井中部，形成小鍋底，逐步形成大鍋底，沉井刃腳四周保留砂土堤1.2～1.5m，讓沉井?dāng)D土下沉。在下沉過程中，定時(shí)觀測(cè)，調(diào)整吸泥位置、深度，讓沉井順利下沉，進(jìn)入良好下沉軌道。沉井沉入軌道2m處，進(jìn)入中沉階段，中沉階段可適當(dāng)加快沉速。當(dāng)沉井距設(shè)計(jì)標(biāo)高1.5m左右時(shí)，進(jìn)入終沉階段。此時(shí)應(yīng)減慢下沉速度，加強(qiáng)沉井的觀測(cè)，糾偏為主，嚴(yán)格控制取土深度和速度，減少鍋底深度，必要時(shí)可停機(jī)觀察。既要考慮既能克服外摩阻力、刃腳踏面反力順利下沉，但又要注意沉井到位時(shí)沉井穩(wěn)定，不再往下沉，發(fā)生超沉事故。本工程預(yù)留200mm下沉拋高值，在距離設(shè)計(jì)標(biāo)高200mm時(shí)，停止排泥下沉，讓沉井自由下沉。觀測(cè)下沉情況，在8小時(shí)內(nèi)沉井不大于10mm時(shí)，進(jìn)行封底施工。在整個(gè)下沉施工過程中，自始至終，降水井保持運(yùn)行使地下水位始終位于“鍋底”以下不小于50cm。
4、下沉糾偏
下沉糾偏是沉井施工的關(guān)鍵。沉井開始下沉?xí)r的下沉系數(shù)較大，平面位置和四角高差易發(fā)生偏差，在深度不深的情況下較易糾正。初沉以糾偏為主，下沉?xí)r對(duì)刃腳標(biāo)高和軸線位移進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，及時(shí)糾偏，使沉井形成一個(gè)良好地下沉軌道。糾偏時(shí)避免大起大落，避免沉井偏離軸線，同時(shí)注意糾偏幅度不過大，頻率不過高。沉井偏差大于300mm時(shí)集中力量糾偏，促使沉井均勻下沉。沉井在終沉階段同樣以糾偏為主，在沉井下沉至距設(shè)計(jì)標(biāo)高1m左右時(shí)基本糾正好，糾正后再謹(jǐn)慎下沉，控制不出現(xiàn)超出容許范圍的位置及方向偏差。
糾傾斜主要采取偏挖和土壓差兩種方法進(jìn)行。偏挖就是在刃腳高的一側(cè)除土，低的一側(cè)保留土體或回填砂石，迫使刃腳高的一側(cè)多沉；土壓差主要是在井頂高的一側(cè)的壁外挖土減載，低的一側(cè)壁外夯填土加載，造成土壓差，從而達(dá)到糾偏的效果。
糾偏位采取在偏位側(cè)除土，促使沉井向該側(cè)傾斜，直至沉井底部中心接近設(shè)計(jì)中心線，然后在另一側(cè)除土來糾偏。如偏位較大，要多次反復(fù)進(jìn)行，直至偏位消除為止。
5、施工監(jiān)測(cè)
沉井下沉施工過程中，必須對(duì)沉井下沉姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，記錄監(jiān)測(cè)資料，為糾偏提供依據(jù)。監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)置包括在沉井軸線設(shè)置位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用全站儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)；在井壁四角設(shè)置深度標(biāo)尺，用水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
6、干封底
沉井下沉到位后，在8小時(shí)內(nèi)沉降不大于10mm時(shí)可以進(jìn)行封底施工。
七、結(jié)束語(yǔ)
鑒于我國(guó)沉井施工技術(shù)現(xiàn)狀，但是沉井又對(duì)于社會(huì)各方面施工有著極其廣泛的應(yīng)用，因此在今后的施工應(yīng)用中應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)應(yīng)用辦法，尋求出合理的施工辦法，將以后的沉井技術(shù)發(fā)揚(yáng)廣大。
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