沉井施工問題及技術(shù)探析

章建平 劉衛(wèi)國

一、淮安市越秀河沉井工程簡況

淮安市越秀河工程是淮安市中心城市建設(shè)重點項目之一，是缽池山公園活水工程的引水河道，目的是將里運河水經(jīng)越秀河引入公園內(nèi)，再從公園下游河道流出。越秀河與公園水體之間有一條公路（翔宇大道），必須采取頂管穿越，越秀河沉井工程是頂管工程分項工程。越秀河沉井分為工作井和接收井，均為矩形井，工作井尺寸為9.8m×10.m×14.4m，接收井尺寸為9.8m×7.8m×14.3m。

二、地質(zhì)資料

該工程鉆探深度范圍內(nèi)的土層可分為4個工程地質(zhì)層：第一層為填土，主要為灰黃色、灰色輕砂壤土，夾磚塊、塑料袋等垃圾，其層頂標高11.80～12.21m，層厚 2.50～4.20m；第二層為輕粉質(zhì)砂壤土，灰黃色、灰色，流塑狀，其層頂標高11.80～12.21m，層厚6.40m；第三層為粘土或壤土，灰黑色、灰黃色，可塑狀，其層頂標高為2.90m，層厚約5.70m；第四層為重粉質(zhì)砂壤土，黃色，軟塑狀，最大孔深15m未鉆透該層。上述第一層填土，軟硬不均，中等透水性，均勻性差，邊坡穩(wěn)定性較差；第二層中等透水性，中等偏低壓縮性，均勻性尚好，邊坡穩(wěn)定性較差；第三層極微透水性，中等壓縮性，均勻性尚好，邊坡穩(wěn)定性較好；第四層中低壓縮性，均勻性一般。工作井底板將置于2層輕砂壤土，該層流塑狀，中等偏低壓縮性，無軟弱下臥層，從力學(xué)強度考慮，滿足天然地基條件。

三、越秀河沉井工程施工技術(shù)方案

1.沉井制作

（1）基坑開挖。為了使沉井下沉更為穩(wěn)定，該工程工作井、接收井采用排水法下沉。根據(jù)地質(zhì)資料提供的地下水水位高度，工作井前期基坑開挖至9.5m高程，開挖坡度1∶1。

（2）墊層厚度。墊層采用砂墊層和素混凝土墊層，素混凝土墊層厚度主要考慮第一節(jié)沉井單位長度重力、砂墊層底持力層承載力、刃腳處素混凝土墊層寬度及安裝模板方便，經(jīng)計算素混凝土墊層厚度采用40cm。砂墊層厚度主要考慮混凝土墊層厚度、挖除覆蓋層后地基承載力、砂墊層壓力擴散角等因素，經(jīng)計算砂墊層厚度取60cm。

（3）刃腳磚胎模制作。磚胎模采用M7.5混合砂漿和MU7.5機制磚砌筑，每間隔0.9m預(yù)留一道3cm寬垂直縫，以方便沉井外模的固定及沉井下沉?xí)r拆模。根據(jù)經(jīng)驗，胎模表面設(shè)一氈兩油隔離層。

（4）沉井腳手架。腳手架采用D48mm鋼管搭設(shè)，結(jié)點采用扣件連接。腳手架立桿必須支立在襯墊上，立桿與立桿之間的間距小于1.5m，橫桿的步距小于1.8m。腳手架寬度不小于1.2m，腳手架作業(yè)平臺滿堂鋪設(shè)木板，作業(yè)平臺外側(cè)設(shè)置1.2m高的防護欄桿。腳手架在使用期間經(jīng)常檢查，遇大風(fēng)暴雨后，立即檢查，確保安全。

（5）鋼筋工程。鋼筋由施工員按設(shè)計圖，計算出鋼筋配料清單，同時滿足設(shè)計對接頭形式及錯開要求。搭接長度、彎鉤等符合施工規(guī)范的規(guī)定。所有鋼筋應(yīng)具有出廠質(zhì)量證明，對進場鋼筋按質(zhì)量檢查要求的批次、頻率進行原材料送檢試驗。綁扎鋼筋前，由施工員向班組進行交底，內(nèi)容包括綁扎順序、規(guī)格、間距、位置、保護層、搭接長度、接頭錯開位置等內(nèi)容。在鋼筋綁扎過程中，如發(fā)現(xiàn)鋼筋與預(yù)埋件或其他設(shè)施相碰，應(yīng)會同有關(guān)人員進行研究處理，不得任意彎、割、拆、移。

（6）模板工程。在刃腳內(nèi)側(cè)、預(yù)埋鋼筋接駁器部位以及墻壁穿對拉螺栓處，均采用非標準木模板。刃腳墊架上模板分段安裝，以便墊架拆除。刃腳上部井壁模板采用6節(jié)鋼模板進行循環(huán)周轉(zhuǎn)。考慮澆筑速度快，對模板產(chǎn)生很大的側(cè)壓力，用2根8#槽鋼圈，以Φ16mm對拉螺栓固定。槽鋼按井壁尺寸制作，用螺栓連接，并用適當(dāng)支撐支頂在外腳手架上保持模板穩(wěn)定。

（7）混凝土工程。本工程采用商品混凝土澆筑，混凝土攪拌車進場后，檢查混凝土隨車送貨單，對混凝土的標號、坍落度、澆筑部位、發(fā)車時間、到達時間等內(nèi)容進行檢查，不符合要求者，予以退回。混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)進行。在操作難度較高處、預(yù)留洞、鋼筋密集區(qū)等，做好醒目標志，作為振搗時的重點進行處理，確保混凝土的澆筑質(zhì)量。混凝土初凝前，做好收水抹面工作，派專人看護，及時做好對混凝土的灑水養(yǎng)護工作。

（8）刃腳磚砌墊架拆除。沉井側(cè)模板在混凝土強度達到25%以上即可拆除，刃腳磚砌墊架在混凝土達到75%強度時可拆除墊層下沉。在破除墊層前，對封底及底板接縫部位混凝土進行鑿毛處理。拆除應(yīng)在專人指揮下分區(qū)、依次、對稱、同步地進行。施工時加強觀測，注意下沉是否均勻，如發(fā)現(xiàn)傾斜，應(yīng)及時處理。

2.沉井基坑降排水

沉井基槽降水采用明排水，沉井降排水采用大口井（管井）降排方案。根據(jù)水文地質(zhì)參數(shù)及地質(zhì)報告進行換算，沉井外布井計算將水位降到沉井底以下2m左右考慮，經(jīng)計算在坑外布置4口減壓井。減壓井的施工選擇專業(yè)鉆井施工隊伍，施工結(jié)束后即進行降水，降水時需24小時派人值班，并做好抽水記錄，記錄內(nèi)容包括降水井涌水量Q和水頭降s，并在現(xiàn)場繪制s～T曲線，以掌握抽水動態(tài)，指導(dǎo)降水運行達到最優(yōu)。

3.沉井下沉

（1）沉井下沉系數(shù)及下沉穩(wěn)定計算。本項目的工作井施工采用排水法下沉。沉井施工前均必須先進行下沉系數(shù)計算，以確定是否采取壓重，泥漿套助沉等措施，從而確定經(jīng)濟合理的施工方法。沉井能夠按要求下沉至設(shè)計標高，必須滿足下式：

式中：K1——沉井下沉系數(shù)；

G——沉井自重（t）；

B——地下水對沉井的浮力（t），采用排水下沉，地下水浮力可忽略；

T——沉井井壁總摩阻力（t）；

R——刃腳反力，不考慮，為0。

經(jīng)計算，第一次、第二次下沉系數(shù)分別為1.28、1.14，均大于1.05～1.5，表明沉井靠自重可按要求下沉至設(shè)計標高，沉井下沉過程中要注意突沉現(xiàn)象，發(fā)生突沉?xí)r可以采取少挖土或在隔墻和刃腳處加設(shè)橫梁等阻沉措施。

（2）沉井下沉施工方法。沉井下沉前，首先將頂管預(yù)留洞口封堵，并在內(nèi)側(cè)用槽鋼設(shè)置井子撐固定；其次將井壁外側(cè)拉桿部位混凝土鑿除，鑿除深度為30mm，將混凝土外露拉桿頭切割，用高標號砂漿抹平鑿除部位混凝土，表面用瀝青涂刷；第三在沉井4個外墻角井壁上用油漆標示高程刻度尺，便于沉井下沉?xí)r的測量觀測，并在井壁上對稱彈出4條垂線，并沿4條垂線繪制出水平測量標尺，在垂線的頂端懸掛垂球，以觀察下沉?xí)r的傾度。

沉井初沉是沉井下沉中最關(guān)鍵的工序，此時四壁無摩擦力，沉井全靠地基承擔(dān)，下沉系數(shù)很大，沉井又未入土，中心高，四壁無土約束導(dǎo)向，開挖稍不均勻，就可能傾斜、移位。下沉挖土采用長臂挖機從中間開始逐漸挖向四周，刃腳下土方開挖需要人工配合，開挖時由中心向四周對稱開挖，每層挖土0.4～0.5m，在刃腳處留1～1.5m臺階，然后沿沉井壁每2～3m一段，向刃腳擠壓而破裂，沉井便在自重作用下均勻破土下沉。當(dāng)沉井下沉很少或不下沉?xí)r，可再從中間向下挖0.4～0.5m，并繼續(xù)向四周均勻掏挖，使沉井平穩(wěn)下沉。

在開始5m以內(nèi)下沉?xí)r，要特別注意保持平面位置與垂直度正確，以免繼續(xù)下沉?xí)r不易調(diào)整。在距離設(shè)計標高20cm左右應(yīng)停止取土，依靠沉井自重下沉到設(shè)計標高。在沉井開始下沉和將要下沉至設(shè)計標高時，周邊開挖深度應(yīng)小于30cm或更少一些，避免發(fā)生傾斜或超沉。

4.沉井封底

當(dāng)沉井沉到設(shè)計標高后，立即對井底進行修整，井底修整成鍋底形，使井底的少量水流匯集在井中，并用泵排出，保持地下水低于井內(nèi)基底面0.3m。先按圖紙要求的厚度進行素混凝土封底，在封底混凝土頂面預(yù)留插筋，插筋采用Φ16，插入素混凝土800mm，外露部分長度400～500mm，間距為1500mm梅花形布置。待素混凝土封底達到50%以上設(shè)計強度后，開始綁扎鋼筋，澆筑上層底板混凝土。混凝土澆筑時，對稱均勻澆筑，并用振搗器搗實。

5.測量控制與觀測

沉井位置的控制，在井外地面設(shè)置縱橫十字控制樁和水準點。下沉?xí)r，在井壁上設(shè)十字控制線，并在四側(cè)設(shè)水平線，于壁外側(cè)用紅漆畫出標尺，以測沉降。井內(nèi)中心線與垂直度的觀測系在井筒內(nèi)壁縱橫四或八等分標出垂直軸線，各吊垂球一個，對準下部標板來控制。挖土?xí)r隨時觀測垂直度，當(dāng)垂球離邊線達50mm,即應(yīng)糾正。沉井下沉過程中，每班至少觀測兩次，應(yīng)在每次下沉后進行檢查，做好記錄。當(dāng)發(fā)現(xiàn)傾斜、位移、扭轉(zhuǎn)時，應(yīng)及時通知值班隊長，指揮操作工人糾正，使在允許偏差范圍內(nèi)。當(dāng)沉至離設(shè)計標高2m時，對下沉與挖土情況應(yīng)加強觀測