頂管工程中沉井下沉處理分析

黃 精 銳

(珠海市供水機(jī)械工程有限公司,廣東 珠海 519000)

1 概述

沉井的應(yīng)用十分廣泛。主要應(yīng)用于市政頂管工程，橋梁的橋墩和橋臺基礎(chǔ)、用來取水和處理污水的建筑、大型設(shè)施的基礎(chǔ)、位于地面以下的庫房、利用盾構(gòu)方法拼裝制作沉井、船塢塢首、開煤采礦沉井、大型人員密集場所的地下設(shè)施，地面以下的建筑設(shè)施以及大型項目的基礎(chǔ)等。

沉井施工具有鮮明的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在施工時對周圍環(huán)境影響較小，對附近的一些建筑物影響較小，而且沉井一般可以節(jié)省用地，施工時可依據(jù)土質(zhì)情況，靈活選用沉井方式，相比較大開挖基坑，其挖土量比較少，而且防護(hù)措施比較好落實，所以沉井施工應(yīng)用范圍廣泛。

沉井的樣式很多，按制作順序分可分為正作法和逆作法，按其從上往下看的平面分可分為矩形、正方形、橢圓形、圓形及其他比較規(guī)則的圖形，如果從側(cè)面看，也可以分為多階形，柱體等多種形狀。

2 沉井制作

沉井的組成有以下幾部分，在頂管工程中由下往上大體上可以分為地板部分、刃腳部分、井壁部分、蓋板部分，有的則沒有蓋板，直接用回填土回填。

沉井的制作順序一般是從位于地下一定深度的構(gòu)筑物先在地面上開始，然后按照圖紙設(shè)計制作成一個柱狀物(井壁可以對周圍土壓力和水壓力有一定抵抗作用)，等制作到一定高度之后，利用機(jī)械開始下沉，下沉之后，接著做下一節(jié)，周而復(fù)始，一直到最后一次下沉到設(shè)計標(biāo)高后，最后封底，就可以開始下一道工序，做完所有工作之后，可以做蓋板封頂。需要注意的是要先在地面上澆筑沉井的井身，然后在井內(nèi)不斷挖土，挖土須在對稱位置上均衡進(jìn)行，沉井下沉的原理是利用機(jī)械將井內(nèi)的土體挖空，此時井體的自重力向下會對抗井壁側(cè)面的土對其向上的摩擦力而使井體下降。待沉到位后，利用了鋼筋、止水鋼板等構(gòu)件的沉井就會最終形成一個堅實的，不漏水的地下施工場所或基礎(chǔ)。

3 沉井下沉(頂管工程)

3.1 沉井下沉前的準(zhǔn)備

1)混凝土的強(qiáng)度至少要達(dá)到95%。

2)下沉前，底板接縫部分已經(jīng)鑿毛。

3)沉井上頂管出洞處孔洞采用鋼封門進(jìn)行封閉；而另一個孔洞采用磚砌的方式封閉。

4)沉井下沉前對下沉所需要的所有機(jī)械進(jìn)行檢測和試運(yùn)行。

5)沉井過程中，需要設(shè)立水平的指示尺，并在井體上標(biāo)注測量的尺寸。下沉前要設(shè)定標(biāo)高、軸線和傾斜的測量樁點，計劃設(shè)定8個測量樁點，圍繞沉井均勻分布，測量樁點距離沉井大概為11 m，實際布置根據(jù)現(xiàn)場條件進(jìn)行。

6)在對以上工作都準(zhǔn)備完成后，對沉井的刃腳部分的素混凝土墊層進(jìn)行鑿縫清除，墊層的鑿除應(yīng)該對稱進(jìn)行，順序是先從內(nèi)部開始往外擴(kuò)張，井內(nèi)的混凝土塊要清理干凈。

3.2 沉井下沉的主要措施

1)出土順序由中心向四周：頂管工作井應(yīng)該按照平面分為上中下共九塊，沉井施工時應(yīng)該先從最中間的部分開始，然后兩邊部分對稱取土，取土?xí)r一定要控制取土的方量，相鄰的方塊土高差不能過多，也就是一次取土量不可過多，防止沉井因受力不平衡而突然下沉，頂管接收井和工作井一樣，也是采取此流程進(jìn)行沉井。因此從接收井中心均勻向四周取土。

2)沉井過程中，對刃腳外的土層嚴(yán)格控制，避免刃腳外側(cè)的土滲進(jìn)井內(nèi)，保證沉井的內(nèi)外受力均衡，井體內(nèi)部土層沒有集中應(yīng)力現(xiàn)象。

3)為了確保沉井能夠順利進(jìn)行而不出現(xiàn)偏差，沉井過程中需要使用光學(xué)儀器和電測兩種方法對沉井的下沉值，沉井周圍的高差，井體的整體偏位進(jìn)行詳細(xì)測量，可以及時的了解沉井的下沉速度，如沉井出現(xiàn)允許的偏差值的1/4時應(yīng)立即停止下沉，進(jìn)行偏位更正，確保沉井的軌跡良好。

4)沉井施工時，需要對沉井一定范圍內(nèi)的建筑物進(jìn)行檢測，目的是可以掌握沉井下沉過程中對周圍環(huán)境的影響，如監(jiān)測顯示沉井時的影響超過規(guī)定范圍，則應(yīng)立即停止，對周圍的環(huán)境重新分析后，方可按照分析后的結(jié)論進(jìn)行下一步施工。

5)沉井初沉?xí)r，由于沉井四周土層距離井壁有一段距離，對井壁不存在摩擦力，所以如果對井內(nèi)土掏挖不均勻，則會導(dǎo)致沉井產(chǎn)生傾斜，嚴(yán)重影響下一步施工，所以在初始沉井階段，需要對刃腳部分的土層進(jìn)行全面的，同時的，分層的開挖，掏挖形成的土方可以先堆放在井中，讓沉井在重力作用下先均勻沉一部分，同時還可以降低沉井的高度，以降低重心。在沉井初期，由于沉井自身的重力和土對沉井的支撐力相差較大，應(yīng)該采取擠土下沉沉井。

沉井下沉?xí)r取土是均勻?qū)ΨQ的取的，如果情況允許，則應(yīng)該是所有井格取土面高度一致，但在需要留土塞的時候，則先留最外一圈的土塞，如還不夠，則繼續(xù)留下一圈的土塞。相鄰井格取土面高程的控制可以通過從沉井頂部往下測量取土面到井頂部的距離來確定每個井格的取土面的高差，從而對其進(jìn)行控制。

4 沉井下沉過程中出現(xiàn)偏差的原因(頂管工程)

1)沉井刃腳下土層軟硬不均勻；

2)初沉?xí)r，刃腳部分的開挖沒有全面同時進(jìn)行，使沉井突沉；

3)刃腳下部土層沒有分層開挖，一次開挖過多，致使沉井不均勻，產(chǎn)生傾斜；

4)沉井下方的土層土質(zhì)不均勻，刃腳一側(cè)有孤石、破樁頭等障礙物未及時清理，發(fā)生傾斜；

5)由于井體外部原因(井外棄土，施工材料等)導(dǎo)致井壁受壓力不均勻而產(chǎn)生傾斜。

5 如何糾偏(頂管工程)

如果井體發(fā)生傾斜偏轉(zhuǎn)的數(shù)值超過設(shè)計規(guī)范要求，則應(yīng)該采取措施進(jìn)行糾偏。糾偏的方法有很多種，可以使用一種方法，也可以幾種方法聯(lián)合使用。糾偏的方法及措施應(yīng)當(dāng)依據(jù)沉井發(fā)生偏差的原因來定。最終確保沉井在可控的范圍內(nèi)下沉。

1)高側(cè)除土糾偏。

沉井初沉?xí)r，由于入土土層較淺，土對井壁的摩擦力較小，所以一旦受力不均，沉井會立即發(fā)生傾斜。同時也因為沉井入土土層較淺，所以容易進(jìn)行糾偏。糾偏時，可以在對人較高的一側(cè)集中挖土，同時還可以人工配合在刃腳一側(cè)人工破土，但一定要做好防范措施，因為隨時有可能突沉。在后續(xù)沉井中采用這種措施之后，沉井較高的一側(cè)土體向上的力就會大于沉井較低的一側(cè)，沉井的偏差會慢慢得以糾正。這種方法原理簡單，操作簡便，且效果比較好。

沉井的位置如果發(fā)生位移，應(yīng)對其進(jìn)行糾偏位移。具體操作是，沉井過程中，可以先人為控制沉井向發(fā)生位移方向傾斜，然后保持不動，沿傾斜方向下沉。待沉井的地面與圖紙設(shè)計上的中軸線位置接近時，再對沉井進(jìn)行糾偏。

2)射水糾偏。

隨著沉井的制作，沉井的深度越來越大，這時側(cè)土對井壁的壓力也會越來越大，導(dǎo)致沉井困難，尤其是發(fā)生偏移時，糾偏更困難。造成這種現(xiàn)象的主要原因是井四周土層對井壁的摩擦力過大，這是需要改善摩擦力，主要方法是改善或者破壞井壁四周的土層。可用高壓水槍對井外的土體進(jìn)行改善或者破壞。具體操作是，將水槍插入井壁較高一側(cè)，加壓，將水灌入土層，破壞土的整體穩(wěn)定性，減小對井壁的摩擦力，再利用高側(cè)除土糾偏。如果有條件，還可以對較高一側(cè)井壁進(jìn)行加壓，使井壁兩側(cè)壓力不同，達(dá)到糾偏目的。

3)壓重糾偏。

如果在現(xiàn)場的話，還可以使用壓重糾偏。也就是在井壁高的一側(cè)增加壓力，井壁低的一側(cè)減小壓力，以達(dá)到糾偏目的。例如在沉井高的一側(cè)壓重，使用鋼錠或生鐵塊，或者在較高一側(cè)井壁上橫跨工字鋼，工字鋼上可以按照壓力計算結(jié)果投放混凝土塊。采用這種糾偏方法，可能效果會比較差，應(yīng)該視現(xiàn)場情況而定。

4)沉井位置扭轉(zhuǎn)時的糾正。

如果沉井發(fā)生扭轉(zhuǎn)，可以在沉井扭轉(zhuǎn)位置的相連二角出土，另外二角填土，利用刃腳下方不等的土壓力所形成的扭矩，使沉井在下沉的過程中逐步的扭轉(zhuǎn)位置，達(dá)到扭轉(zhuǎn)糾偏目的。

6 結(jié)語

沉井由于其占地范圍小，投入經(jīng)濟(jì)合理，而在很多工程中都有使用。而沉井的施工中最重要的就是沉井的下沉。沉井的下沉是一個動態(tài)的過程。在沉井施工前，項目人員應(yīng)該制定詳細(xì)的沉井計劃，并嚴(yán)格地把控沉井的下沉情況，出現(xiàn)問題及時糾正。切記不可帶問題下沉，以免釀成不可挽回的后果。本文所寫的一些沉井出現(xiàn)偏差的原因和糾偏的方法，尚且存在很多不足之處，有待今后的慢慢改進(jìn)和完善。