異形大沉井的下沉施工

嚴邵峰 茅 鳴

寧波建工建樂工程有限公司 浙江 寧波 315020

沉井技術因其整體性強、穩定性好、埋置深度大、承載面積和承載能力較大，且能簡化施工等優勢，而被廣泛運用于市政污水干管、污水泵站等地下建筑工程施工中[1-2]。不少學者對超深[3]、超大[4]沉井施工技術進行了一定的探索，并對其風險評估進行了研究。本文結合寧波某污水處理廠粗格柵沉井施工實例，對異形大沉井的施工技術、特點及重難點等進行了分析，并提出了相應的措施對策，同時通過計算進行了一定的理論驗算。

1 工程概況

寧波市某污水處理廠進廠管工程中，有一座新建粗格柵（接收井）采用沉井方式施工。沉井外形尺寸為12.7（15.70） m×28.10 m，井壁厚0.85 m（其中刃腳部分井壁厚1.00 m），總高度為17.50 m（刃腳底標高為－13.60 m，井壁頂標高為3.90 m）。共分4次制作、3次下沉，初期采用排水下沉，到后期改為不排水下沉，C20素混凝土水下封底。沉井分節制作及下沉高度如表1所示。

表1 沉井分節制作及下沉高度

2 工程自然條件

根據地勘報告，沉井下沉過程中自上而下所穿過的土層為：①雜填土、②1淤泥質黏土、②2粉質黏土、②3淤泥質黏土、③粉砂。地下水主要為孔隙潛水與承壓水兩種類型，淺層孔隙潛水主要賦存于表層①和②1層中，孔隙承壓水賦存于③層中。

3 沉井施工

3.1 施工特點及重難點

1）本工程沉井為異形截面且面積較大，為保證沉井安全、穩定、順利地下沉，經綜合分析后，粗格柵（接收井）采用4次制作、3次下沉的方式。

2）第1節刃腳在強度達到設計強度后開始下沉，第2、第3節井壁在強度達到設計強度的70%后開始下沉。

3）沉井制作及下沉過程中加強沉降觀測，根據地勘資料及現場監測情況及時調整沉井分節高度及控制下沉速度，確保沉井制作與下沉的質量和安全。

4）沿沉井長度方向兩側對稱出土，防止沉井下沉中產生位移、扭轉，以保證沉井順利下沉和減少沉井下沉對周邊土體的擾動。

5）下沉初期采用排水下沉，使用長臂挖機挖土的同時抽取地下滲水，以便觀察挖土均勻下沉；后期在接近設計高程時由于土層滲水嚴重，采用不排水下沉；最后進行水下混凝土封底。

3.2 沉井下沉

待第1節沉井混凝土強度達到設計強度后進行下沉準備工作和刃腳素混凝土墊層鑿除，第2、第3節達到70%設計強度后進行下沉；下沉挖土時，2臺長臂挖機位于沉井兩側沿長度方向同步對稱開挖，每層開挖厚度視土質情況而定，控制在0.4～0.5 m，土質較好較堅硬時適當增加每層厚度，土質較差時減小厚度；安排專人在沉井下沉全過程中進行沉降觀測及指揮挖土順序、速度。下沉至距設計底標高50 cm左右時停止挖土，使沉井依靠自重下沉到設計標高。井內挖出的土方及時外運。

3.3 水下封底

沉井下沉至最終設計標高后，繼續沉降觀測，待沉降趨于穩定后（8 h累計沉降量小于10 mm），進行水下封底。澆筑前先將井底修整成鍋底形狀，并通過潛水員進行井底土層檢查。混凝土澆筑時分格、對稱、均勻澆筑，先鍋底后四周（圖1）。整個澆筑過程中用測繩測量水下混凝土面上升情況，潛水員摸測擴散半徑。封底混凝土達到設計強度前，沉井內外水位保持相等，以防封底混凝土承受水壓。水下封底混凝土強度達到設計規定后，抽除井內水進行底板等后續工程。

圖1 導管布置

4 下沉穩定性分析

4.1 土層與井壁總摩阻力

沉井下沉過程中，土層與井壁的總摩阻力T由式（1）～式（3）計算得出：

式中：U—井壁外圍周長，取85 m；

A—單位周長摩阻力，kN/m；

fk—單位面積摩阻力，kN/m2；

fki—第i層土單位面積摩阻力；

hi—第i層土厚度；

H—沉井下沉深度，m。

4.2 下沉系數

下沉系數kst的表達式為：

4.3 接高穩定性驗算

4.4 計算結果

接高穩定系數和下沉系數的計算結果如表2、表3所示。

表2 接高穩定系數計算結果

表3 下沉系數計算結果

沉井接高過程中為防止自重過大而發生自沉，接高穩定系數需滿足kc＜1.0；在下沉過程中，為保證沉井能安全順利地下沉，下沉系數應滿足1.05≤kst≤1.25。由表2可見，各節沉井接高時其穩定系數均小于1.00，可以滿足接高時的穩定性要求。3次下沉的下沉系數基本滿足要求，第1次下沉時的下沉系數雖略小于1.05，但該次沉井處在淤泥質黏土層，土層較為軟弱，可滿足下沉要求；第2次下沉系數略大于1.25，可適時采取不排水下沉，以增加水浮力，減輕下沉質量。

5 沉井下沉問題及措施

5.1 沉井傾斜、偏移

沉井在下沉過程中不可能理想地豎直均勻下沉，下沉初期，沉井處于淤泥質黏土層，刃腳下土質軟硬不均。此時沉井入土深度較小，大部分井體仍處于地面上，井壁與土層的側向摩阻力很小，容易使沉井產生傾斜。在產生傾斜與糾正傾斜的過程中，沉井因受力不均會產生一定的偏移。故在沉井下沉過程中，應加強初沉控制，對稱均勻開挖并時刻監測，出現傾斜移位及時糾偏，邊糾正邊下沉，根據土質情況和下沉系數不斷調整挖土速度。

5.2 沉井下沉過快

本工程土質主要為淤泥質黏土，在3次下沉過程中均要穿越淤泥質黏土層，并由計算的下沉系數可得第2次的系數略大于1.25，在此次下沉時存在下沉過快的可能。需在施工時重新調整挖土、控制出土速度，必要時可將排水下沉改為不排水下沉以增加浮力。

5.3 沉井超沉、欠沉

在終沉階段，由于該部分土層為淤泥質黏土，土質軟弱，承載力低，故容易產生超沉問題。因此，在下沉至接近設計標高的最后階段，應減緩沉井下沉速度，并增加監測頻率。本工程在初期采用排水下沉，后期在接近設計高程時由于土層滲水嚴重，采用不排水下沉，對下沉速度起到一定減緩作用。

6 結語

結合工程實例介紹了異形大沉井下沉施工技術，通過計算分析了接高系數、下沉系數等穩定性要求，并針對沉井下沉施工出現的問題提出相應對策措施，對工程實踐具有重要意義，可為類似沉井工程提供一定的借鑒。