沉井下沉中池壁開裂變形的原因分析及修復處理

【摘要】隨著城市建設的快速發展，沉井工程越來越多的應用在城市基礎設施建設項目中，例如給水排水工程的地下構筑物（如取水構筑物、城市雨污水泵站下部結構等）、大型橋墩的基坑，大型設備基礎等工程。但是沉井工程卻有著設計難度大、施工技術要求高、施工中易發生沉井變形或沉井開裂等問題。因此，對存在施工缺陷的沉井工程及時修復，確保工程安全是十分必要的。

【關鍵詞】沉井；問題；修復

1、沉井特點

將事先在地面上用鋼筋砼制成的井筒形狀的結構作為基坑坑壁的支撐，在井壁的保護下，用機械和人工在井內挖土，并在其自重作用下沉入土中的結構物稱為沉井。

沉井結構的優點主要有：

（1）埋置深度可以很大，整體性強、穩定性好，有較大的承載面積，能承受較大的垂直荷載和水平荷載。

（2）沉井既是基礎，又是施工時的擋土和擋水結構物，下沉過程中無需進行基坑支護，便于施工，節省造價。

（3）沉井施工時對鄰近建筑物影響較小。

2、工程案例

某城市水廠取水工程吸水井，池體平面凈尺寸為長17.4m，

寬11.5m，沿長度方向跨中設置中隔墻，池體為日字形現澆鋼筋砼結構。設計地面高程為±0.000，底板頂標高為-11m，池頂標高為5.4m，井壁總高度16.4m。

參考地勘報告，井基下土質均勻無不良土質（均為粉質粘土層夾粉土層），地基承載力特征值fak≥160kpa。

由于井室埋深較深，周圍場地狹窄且有臨近建筑物，不適宜采用開挖方式施工，故采用沉井設計方案，沉井刃腳底標高為-13.0m，

起沉平臺標高為-3.0m，首節沉井頂標高為-3.0m。

為確保工程順利實施，為防止沉井過程中可能引發的周圍地面沉陷對臨近大堤及建筑物造成影響，對沉井周邊采用?600雙排高壓旋噴樁止水帷幕進行處理。

2017年7月，沉井施工下沉至-10.0m處，池壁長邊外側角部及內側跨中部位、池壁寬邊外側角部及外側跨中部位均出現多條豎向通長裂縫，最大縫寬約為3mm，池壁長度方向向內撓曲變形位移約13cm，存在重大安全問題。

3、問題分析

（1）經現場實際勘查，設計施工圖紙中明確要求中隔墻與四周池壁一起澆筑，一起下沉，施工單位未按原設計圖紙施工在長度方向跨中設置中隔墻，導致沉井下沉過程中池壁外側四周角部、池壁長邊內側跨中部位、池壁短邊外側跨中部位彎矩增大數倍，進而導致相應位置池壁變形位移過大，這是引起相應位置池壁裂縫產生的主要原因。

（2）沉井下沉應平穩、均衡、緩慢，發生偏斜應通過調整開挖順序和方式“隨挖隨糾，動中糾偏”，應按施工方案規定的順序和方式開挖。

通過現場調閱沉井下沉監控測量記錄資料，發現沉井下沉過程中未做到平穩、均衡、緩慢施工，發生偏斜未及時予以糾偏，下沉速度過快的問題。

4、處理方案

（1）要求施工單位立即停止沉井下沉工作，對池壁四周外側土體局部挖除，減少四周池壁的側向土體荷載，進而減緩裂縫的開展。

（2）由于未施工中隔墻導致池壁應力過大，為盡快減少池壁應力保證現有結構安全穩定，長度方向跨中部位裂縫兩側各設置兩道φ800對撐鋼管，對撐鋼管一端均設置一臺機械頂管用千斤頂，對變形池壁進行回頂處理。為擴散回頂應力并保護現狀砼，鋼管與千斤頂與池壁接觸面需覆1000寬x12厚通長鋼板，回頂過程中需嚴格控制好回頂應力，回頂應力不得大于砼的抗壓強度。

經此方法，使池壁長度方向向內撓曲變形位移由13cm縮小為8cm，并使池壁裂縫寬度有所減小。

（3）待池壁變形量與裂縫開展不再增加時，按原設計施工中隔墻，中隔墻由寬度500mm調整為600mm，將長度方向池壁內側裂縫包裹入內，新澆筑中隔墻與現狀池壁間于豎向方向增設2道20x30遇水膨脹橡膠止水條。

（4）待中隔墻澆筑完畢并達到設計強度后，施工單位需嚴格按相關要求進行沉井下沉工作，下沉時標高、軸線位移每班至少測量一次，每次下沉穩定后應及時進行高差和中心位移量的計算。終沉時應每小時測一次，嚴格控制超沉，沉井封底前自沉速率應小于10mm/8h。并對結構變形和裂縫情況進行嚴格觀測。

（5）經過以上方法，使沉井順利下沉至設計標高，結構變形和裂縫開展均未增加。沉井下沉完畢后，針對池壁裂縫予以處理：

1）先進行池壁外側裂縫處局部土方的清理工作，對池壁內外側裂縫高壓水沖洗后采用高壓灌入水溶性聚氨酯化學灌漿料進行堵漏處理。

2）池壁外側：對于小于1mm的池壁裂縫鑿除保護層后采用聚合物水泥砂漿封閉；對大于1mm的裂縫將裂縫兩側各300mm寬池壁砼保護層鑿除，然后在外側支模，新扎 14@100雙向鋼筋網與原池壁鋼筋進行焊接，后澆筑600mm寬150mm厚C30砼對裂縫處進行加固處理。

（6）在首節沉井頂面施工縫止水鋼板頂面增設一道800mmx1000mm環形暗梁以增加吸水井的整體剛度。

（7）待所有池體澆筑完畢后，沿四周池壁內側新澆筑150mm厚鋼筋砼面墻，表面覆 12@150雙向鋼筋網片，對池壁內側裂縫進行全部封閉處理。

結語：

該沉井吸水井經此方案處理后，順利下沉至設計標高，原池壁裂縫處無滲水情況發生，證明此沉井綜合處理方案是可靠可行的。

參考文獻：

[1]GB50141-2008給水排水構筑物工程施工及驗收規范[S].中國建筑工業出版社，2008.

[2]沉井設計與施工[S].同濟大學出版社，2006.

作者簡介：

朱慶波，合肥市市政設計研究總院有限公司。