臨洪東站自排閘沉井下沉施工工藝及質量控制措施

(1. 連云港市臨洪水利工程管理處，江蘇 連云港 222002；2. 連云港市市區水工程管理處，江蘇 連云港 222002)

臨洪東站自排閘沉井下沉施工工藝及質量控制措施

張海虹1王繼光2劉占明1

(1. 連云港市臨洪水利工程管理處，江蘇 連云港 222002；2. 連云港市市區水工程管理處，江蘇 連云港 222002)

臨洪東站自排閘瀕臨沿海，屬于深厚海淤土地質。為解決地基承載力和地基滲透變形問題，閘室基礎采用沉井基礎，2孔一聯，共3只沉井，沉井高9.6m，現場分兩次制作，一次下沉到位。通過驗算沉井各階段的下沉系數，加強沉井下沉過程中的質量控制和動態糾偏，從而保證沉井下沉質量。

沉井下沉；施工工藝；質量控制

1 概 況

臨洪東站自排閘是沂沭泗河洪水東調南下續建工程——新沭河50年一遇治理工程的重要影響工程，位于江蘇省連云港市境內的新沭河右堤上，布置在臨洪東泵站與大浦抽水站之間，閘上公路橋中心線與新沭河堤防中心線一致，共6孔，每孔凈寬10m，設計水位：上游3.54m、下游5.96m，設計流量650m3/s， 主要建筑物1級，次要建筑物3級，承擔著薔薇河周邊地區防洪、排澇、排污和灌溉等任務。

閘室基礎為矩形沉井基礎，兩孔一聯，共3只沉井，單井順水流向長12.2m，垂直水流向長22.5m，相鄰沉井之間間距0.82m。沉井制作面高程-2.00m(1956黃海高程，下同)，為淤泥和淤泥質壤土夾粉土、粉砂，按施工圖紙定位后，分層密實填筑1.8m厚砂島。沉井設計頂高程-2.90m，底高程-12.50m，沉井外壁、隔墻厚分別為0.8m、0.5m，沉井高9.6m，分兩次制作，每節高4.8m。沉井混凝土標號C30、抗滲標號W4、抗凍標號F50、混凝土量約2257m3。沉井下沉過程中，現場組織機構健全，參建單位分工明確、密切配合，認真履行職責，嚴格實施動態觀測和糾偏措施，加強質量控制，從而保證沉井按計劃下沉到位，較好地解決了地基承載力和地基滲透變形問題，為后續工作打下了堅實基礎。

2 工程地質

工程區處于蘇北濱海平原區，地貌類型屬海積平原的海灘與鹽田。現狀場地多分布魚塘和農田，地勢較平坦，地面高程3.00m左右，東、西兩側堤頂高程7.30～9.10m。場地鉆探深度內揭露地層自上而下分為13層，分述如下：

A層：灰黃色黏土、重黏土、粉質黏土雜壤土、砂壤土，土質不均，層厚0.5～6.0m。

B層：灰黃色砂壤土、細砂雜粉質黏土，層厚2.4～2.5m。

①層：黃褐色軟或淤泥質黏土、粉質黏土，局部夾壤土、重黏土，層厚0.5～2.6m。

②層：灰色淤泥質重黏土、黏土、粉質黏土夾壤土、砂壤土薄層，層厚6.4～16.5m。

②′層：灰色輕、中粉質壤土、砂壤土夾淤泥質黏土薄層，層厚0.7～6.8m。

②″層：黃灰色粉、細砂夾壤土薄層，局部礫質中砂，層厚0.5～2.3m。

③層：灰黃夾灰色重(粉質)壤土、粉質黏土，含砂粒及砂礓，層厚0.8～1.5m。

③′層：灰黃、灰白色礫質中、粗砂或礫砂，局部夾壤土，層厚0.3～1.4m。

④層：褐黃、棕黃夾灰色重黏土，含鐵錳質，層厚1.0～2.1m。

⑤1層：灰黃色含少量礫或礫質重、中壤土，含砂礓，層厚1.0～1.9m。

⑤2層：灰黃色含少量礫的細砂，局部礫質中砂，夾黏土薄層，層厚0.6～2.3m。

⑥層：褐黃、棕黃夾灰色黏土、重黏土、粉質黏土，局部含少量礫、鐵錳質及砂礓，層厚2.6～4.8m。

⑦層：肉紅夾灰白、黑色全風化片麻巖，未揭穿，最大揭示厚度0.7m。

3 下沉系數驗算

為制定沉井制作及下沉施工方案，全面掌握沉井在不同階段的下沉情況，保證沉井下沉的施工質量與安全，施工前應根據工程地質資料確定下沉方式，同時驗算沉井在不同階段的下沉系數(K)，即沉井的重力與入土深度的摩阻力及相應的刃腳、隔墻、底梁下土反力之和的比值。當K≤1.0時，沉井不會下沉；當K>1.0時，沉井下沉，K值越大，沉井下沉越快。分三個階段驗算沉井下沉系數。

3.1 沉井隔墻下混凝土墊層和砂墊層部分拆除、刃腳下磚胎模拆除而砂墊層未拆除階段

在該階段，若沉井下沉，則砂墊層下的土體將發生剪切破壞，土體承載力達到極限承載力。經分析計算，沉井下沉系數K=0.61<1.0，表明該階段沉井不會下沉。只要分批對稱吸除沉井四周外壁下的砂墊層，沉井將會緩慢下沉。在吸除砂墊層過程中要加強沉降觀測，防止發生突沉和不均勻沉降。

3.2 沉井初沉時外壁刃腳進入土體內0.2～0.3m，砂墊層全部吸除階段

在該階段，對沉井穩定最為不利。經分析計算，沉井下沉系數K=1.69>1.0，表明沉井下沉速度較快，下沉過程中很容易發生位移、傾斜、偏轉等情況，增大糾偏的難度。在該階段要特別注意加強沉井下沉過程的觀測，并根據下沉情況隨時調整細部方案。隨著沉井下沉深度的增加，土體對內外井壁的摩阻力增加，下沉速度由快到慢，逐步趨于穩定下沉。

3.3 沉井下沉至設計高程、刃腳及隔墻底部進入④層土階段

在該階段，沉井井口外側的土方會隨沉井的下沉而塌陷成類似漏斗狀斜坡，井口和土面基本持平，沉井在摩阻力、刃腳及隔墻下土體支撐反力作用下基本處于平衡狀態。經分析計算，沉井下沉系數K=0.34<1.0，表明沉井終沉后處于穩定狀態。

4 下沉準備

a. 建立由建設、監理、勘測、設計及施工單位組成的沉井下沉領導小組，全面負責沉井下沉過程中的質量、安全、協調與控制工作。領導小組下設項目總工、施工作業隊、下沉班組、觀測班組等，分三班輪流作業，各司其職，責任到人。

b. 沉井左右側岸墻處土方▽-2.0坡腳線按設計要求已挖至距沉井14.0m處，上游土方已挖至漿砌塊石護底外約30.0m處，下游土方已挖至防沖槽處，距沉井約80.0m。

c. 沉井周圍12口降水井抽水已全部啟動，上游側抽至離沉井30.0m處的集水坑內，下游側抽至防沖槽處的集水坑內，再分別抽至塘口外。定期檢查維護降水井點，確保其運轉正常，沉井下沉前將地下水位降至刃腳1.0m以下。

d. 沉井頂部搭設操作平臺和安全防護欄桿，沉井內搭設作業平臺及爬梯。

e. 在每只沉井的四角分別繪制高程指示刻度線，在每只沉井的頂部四角分別埋設高程點和水平位移標志，架設全站儀進行下沉前觀測。

f. 現場配置2臺4英寸潛水泵，以備在沉井下沉過程中井內出現大量流沙、沉井突沉等緊急情況下，對井內進行灌水應急處理。

5 下沉施工工藝

根據工程地質情況，沉井在不同階段的下沉系數驗算情況，結合施工圖紙、工程特點及以往沉井下沉的施工經驗，臨洪東站自排閘沉井基礎采用“兩次制作、一次下沉到位”的施工工藝。

5.1 磚胎模、混凝土墊層及砂墊層拆除

在沉井的混凝土強度達到設計強度后，首先用風鎬拆除磚胎模及混凝土墊層，拆除順序為先隔墻再周邊對稱拆除；其次用水力沖挖機組分層吸除砂墊層，分層厚度為0.5m，先對稱吸除井格中間部分，再對稱吸除中間隔墻部分，最后對稱吸除井周部分，由中間向兩端對稱吸除。控制吸除砂墊層的分層厚度和吸除順序可減少初始下沉階段發生偏沉。

5.2 下沉挖土

下沉井內土方采用水力開挖沖土、泥漿泵排土。水力開挖用水由附近臨洪東泵站下游河道取水，引至該閘下游防沖槽內的預挖坑槽內；排土由泥漿泵絞吸、外運，泥漿排至下游引河西側的排泥場內。

a. 考慮備用水力沖挖設備、泥漿輸送接力及應急補水等因素，現場配置4英寸水力沖挖機組15臺套、4英寸泥漿泵2臺套、6英寸泥漿泵1臺套和4英寸潛水泵2臺套。

b. 下沉挖土應分層、對稱進行，先挖中部后挖邊部，從中間向周圍伸展，盡量使土體成漏斗狀；每層挖深不易大于0.5m，使沉井擠土下沉；分格沉井井格之間土面的高差不應超過1.0m[1]。

c. 下沉挖土時，應控制沉井內外水位接近，防止翻沙。

d. 為防止沉井下沉過程中遇到膠巖、不明塊石等塊狀異物，在沉井內配置電動葫蘆(包括配套鋼絲繩、吊具等)1臺套和膠皮筐4只，采用人工分解拆除的方法將膠巖、不明塊石等雜物清除。

5.3 糾偏

沉井下沉的過程即是一個不斷糾偏的過程[2]。針對下沉過程中出現偏位后，采取以下糾偏措施：?偏挖土(偏沉)，主要糾偏措施；?井外射水；?增加土壓、偏心壓重或井外減載。

沉井下沉過程中，先將中沉井下沉1.0～1.5m后暫停，再同時下沉兩側沉井，其下沉深度也控制在1.0～1.5m，在邊沉井下沉一小幅度后暫停，再下沉中沉井，依次循環下沉。在下沉過程中盡量控制沉井之間的下沉差不大于1.0m，以減少相互間的影響，基本保持3只沉井均衡下沉。由于相鄰沉井之間間距僅0.82m，在中沉井下沉后要及時用黃砂回填沉井與沉井之間的空檔，不斷增加兩只沉井間空檔砂層的密實性，以減少兩側沉井往中間滑動的趨勢, 必要時可適當增加沉井之間黃砂的填筑高度和密實度。

5.4 終沉、擴大腳、回填

當沉井下沉至距設計高程還有2.0m左右時，即進入終沉狀態，應放緩下沉速率，減小鍋底的開挖深度，這階段要以糾偏為主、以下沉為輔，防止突沉及超沉事故發生[1]。此時盡可能調平井體，并調整井格內的土面高度，使其盡量保持在同一平面內，保持沉井平穩就位。在8h內累計沉降量小于10mm視為穩定，即可對刃腳進行擴大。在擴大刃腳混凝土達到一定強度后再進行井內回填，回填前盡量排干積水，先回填1.0m厚細砂，再回填土至沉井頂。沉井與沉井間的連接和接縫處理應確保防滲效果，在沉井間混凝土回填前，先將井間積水和淤泥清除干凈，然后澆筑微膨脹混凝土，最后再對其上下游進行旋噴樁加固封閉。

6 下沉質量控制

6.1 質量控制標準

a. 沉井下沉穩定：每8h累計沉降<10mm。

b. 沉井下沉后頂面中心位置偏移<100mm；刃腳平均高程≤100mm；刃腳底面高程≤150mm；平面扭轉角≤1°。

6.2 質量控制措施

a. 通過改變沉井下沉過程中鍋底的大小、深淺和平面位置，來實現對刃腳高差的控制。

b. 下沉速度應根據沉井下沉的具體情況和以往施工經驗確定。原則上沉井下沉速度宜均勻，初沉時要求緩慢、平穩下沉，在遇到粉砂土等易引起涌沙的土層中下沉時，則要求加快下沉速度。

c. 通過控制沉井刃腳高差的大小來實現平面位移的控制。一般來講，沉井哪個角下沉得快，則沉井就會向哪個方向移位；刃腳高差越大，則沉井的平面位移量越大。

6.3 施工觀測

沉井下沉過程中的觀測，分為儀器觀測和無儀器觀測兩部分。

a. 儀器觀測：利用沉井四角繪制的高程指示刻度線和沉井頂部四角埋設的高程點和水平位移標志，采用全站儀和水準儀相結合的觀測方法。初、中期下沉時采用全站儀觀測沉井的水平位移及下沉量，終沉時采用水準儀觀測沉井的下沉量。初沉階段要求每1h觀測一次，通過分析、計算偏差情況，確定水力沖挖部位及控制下沉速度；正常下沉階段要求每3h觀測一次；終沉階段要求每2h觀測一次；糾偏階段要求每下沉一層觀測一次，用于指導糾偏和制定下一步糾編措施。

b. 無儀器觀測：在每只沉井的內外側分別懸掛垂球，頂口為固定高度，外側指揮人員和內側施工人員可直接觀測到沉井下沉過程中四個角點不均勻下沉帶來的沉井傾斜情況。

7 結 語

通過對臨洪東站自排閘沉井不同階段的下沉系數驗算、施工工藝及質量控制等關鍵環節分析，并對下沉過程中可能出現的異常情況采取相應措施，從而確保沉井安全平穩下沉到位。由于組織得當、措施合理、控制嚴格，不但保證了工程施工質量，而且控制了節點工期，從而降低工程建設成本。

[1] SL 27—2014水閘施工規范[S]. 北京： 中國水利水電出版社， 2014.

[2] 緒星飛， 楊國平. 淺析三洋港樞紐工程擋潮閘沉井下沉質量控制[J]. 江蘇水利， 2014(增刊): 25-27.

SinkingconstructiontechnologyandqualitycontrolmeasuresofsinkingofopencaissoninLinhongEastStationself-dischargegate

ZHANG Haihong1, WANG Jiguang2, LIU Zhanming1

(1.LianyungangLinhongWaterConservancyEngineeringManagementOffice,Lianyungang222002,China;2.LianyungangUrbanWaterEngineeringManagementOffice,Lianyungang222002,China)

Linhong East Station self-discharge gate is close to coastal area. It has deep sea silt soil geology.The open caisson foundation is used for the lock chamber foundation, 2 holes form one row, a total of three open caissons are set, and the open caisson is 9.6 m high. They are manufactured in the scene twice in order to solve the problem of foundation bearing capacity and foundation seepage deformation. The caissons are sunk to the position once. The sinking quality of the caisson and dynamic correction during sinking process of the caisson can be guaranteed through calculating the subsidence coefficient of the caisson at each stage, thereby ensuring the sinking quality of the caisson.

caisson sinking; construction technology; quality control

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.011.011

TV523

B

1005-4774(2017)011-0047-04