沿海吹填區域沉井水下封底施工技術

薄桂萍 萬其炎

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

1 工程概述

1.1 工程概況

黃驊港綜合港區海水淡化引水工程位于黃驊港綜合港區一港池西側，該工程為自取水口過濾間至海水淡化廠間的自流輸水管道工程，中間共設置7 個工作井。工作井井壁外尺寸為10.8m×10.8m，井內下部凈尺寸為8.4m×8.4m，頂管管材為DN3400 玻璃纖維增強塑料夾砂頂管。

沉井所屬區域為沿海吹填區域，地質條件較差，該文以01#沉井為例，詳細介紹沉井水下封底的相關技術內容。

1.2 沉井概況及周邊地質條件

1.2.1 沉井概況

該工程共7 座沉井，表1 為各沉井情況匯總表。

表1 沉井情況匯總表

1.2.2 地質條件

建設場地上部為回填的素填土及新近吹填形成的軟弱土層和第四紀濱海相沉積層，土質松軟。其下部為海陸交互相沉積層和湖沼相沉積層。勘察期間地下水平均穩定水位為+1.50 m。表2 為各土層地基承載力特征值，圖1 01#沉井工程地質剖面圖。

圖1 01#沉井工程地質剖面圖

表2 各土層地基承載力特征值

2 工程重難點

該工程中沉井均為10.8m×10.8m 的方形沉井，其中01#沉井頂標高為+3.790m，底標高為-13.435m，總高度為17.225m，高寬比較大，穩定性較差；且位于未經真空預壓處理過的吹填土地基上，均為軟弱土層，持力層較深，地基承載力不足50kPa，對沉井的穩定造成較大風險。

由于該工程位于沿海吹填區域，地下水位較高，地基土層含水量較大，并有微承壓水層；01#的刃腳已經進入砂性土層，在下沉的過程中，井底出現管涌現象，沉井后期下沉時需采取不排水下沉，水下封底砼澆筑。為確保施工質量及人員安全，沉井內注水至標高+2.50 m（水深約16 m），并在沉井四周5 m 范圍內打設管徑400 mm、深度為20 m 的降水井共計6 口，采取降水措施后管涌現象得到了一定程度的緩解。圖2 為降水管井平面布置圖。

圖2 降水管井平面布置圖（單位：mm）

另外，沉井水下封底施工難度較大，易出現漏水、鍋底泥沙混入封底混凝土中形成夾層等情況，嚴重影響封底效果。因此在完成鍋底及刃角底部清理后，拋填塊石作為濾層，避免影響后續混凝土澆筑作業。

3 機械設備選型與部署

傳統方法中沉井水下封底一般采用導管法施工，在沉井水下封底的過程中，導管的覆蓋范圍需要滿足整個沉井的平面尺寸要求，一般情況下，單組導管的作業范圍約為3m~4m。同時，須在沉井頂部布置操作平臺[1]。

在該工程中，為方便現場施工，采用將泵車的泵管直接插入沉井內部進行澆筑，通過控制泵車移動泵管覆蓋全部封底區域，配合潛水員進行封底施工。施工時泵車布置于沉井南側填筑的臨時道路上，距離沉井直線距離約15 m，選用三一重工SYM5443THB 560C-8A 型泵車，泵管總長度56 m，泵管伸入井內長度約17 m，滿足施工要求。

4 現場施工工藝

4.1 施工工藝流程

沉井水下封底施工主要包括沉井鍋底清理、沉井刃角清理、鍋底拋填塊石以及水下封底混凝土澆筑等，現場施工工藝流程如下：潛水渣漿泵清底——潛水員探摸鍋底并清理浮泥——鍋底拋填塊石——灌注水下混凝土——水下砼養護。

4.2 主要施工方法

4.2.1 清理鍋底

沉井下沉到位后向沉井內注水至標高+2.50 m（高于自然水位約1 m），同時在48 h 內不間斷地對沉井進行沉降觀測，待沉降穩定后采用潛水渣漿泵將刃角中心部位泥漿清理掉。

該工程施工采用1 臺25 t 汽車吊來控制潛水渣漿泵，在沉井內的深度及水平位置（在懸吊鋼絲繩上每500 mm 做好刻度標記，當達到鍋底深度時每100 mm 做刻度標記，通過刻度標記精準地控制清理深度，通過吊車擺動可以隨時調整渣漿泵在井內的水平位置），通過潛水渣漿泵攪動形成泥漿并將泥漿外排的方法逐步清理刃角中心部位土方，在潛水渣漿泵工作的同時持續向井內注水以保證水壓平衡。圖3 為渣漿泵清底示意圖。

圖3 渣漿泵清底

4.2.2 清理刃角

刃角中心區域土方清理完成后，對刃角內側的局部土方采用水力吸泥機水下清除。在該工程中采用一臺泥漿泵（型號：QW32-12-15-1）連接2 個浮筒，使泥漿泵漂浮于沉井內水面上，水下部分用鋼絲軟管與泥漿泵連接，施工時水下由潛水員操作對刃角內側土方進行清理，每個潛水員在水下工作時間不大于2 h。圖4 為泥漿泵清底示意圖。

圖4 泥漿泵清底

4.2.3 鍋底拋填塊石

鍋底及刃角浮泥清理完成后，將20 cm~30 cm 塊石拋擲于鍋底及刃角周圍，并配合潛水員水下人工進行整平，以形成拋填塊石濾層。圖5 為拋填塊石示意圖。

圖5 拋填塊石

4.2.4 水下封底混凝土澆筑

該工程采用泵車進行水下混凝土澆筑施工，要求混凝土澆筑速度保證在60 m3/h 以上，現場使用商品混凝土[2]。

沉井封底混凝土的的澆筑自鍋底最深處開始，然后向沉井四周井壁逐漸擴散，根據澆筑方向分為2 個步驟。首先，澆筑第一步混凝土，集中澆筑混凝土至鍋底最深處，并確保該部分混凝土能夠有效掩埋泵管管口，避免水和泥漿涌入泵管內部。根據混凝土的坍落度及流動坡度，并結合泵車泵管口距離鍋底塊石濾層頂面的高度，第一步，澆筑混凝土量約19m3。第二步，在潛水員的指揮下，根據水下混凝土的分散情況，按照不同方向均勻下料，確保泵管口掩埋在混凝土下，均勻緩慢地移動泵車臂進行澆筑，直至封底混凝土高度滿足封底要求，沉井的每個方向澆筑約1~2 車混凝土（約12m3~24m3）。圖6 為封底混凝土澆筑示意圖。

圖6 封底混凝土澆筑

4.2.5 現場施工情況

在實際施工中，在距離沉井15 m 處布置1 臺56 m3泵車，現場停留不少于3 輛罐車且在路上有3 輛罐車可以保證連續供應。根據前期潛水員對鍋底的探摸，01#沉井鍋底深度約為1.5 m，預計封底混凝土方量約為90 m3~110 m3。

施工前潛水員引導泵車的泵管伸入井內，泵管管口距離拋填塊石濾層頂面約300 mm，此時開啟泵車不斷地向井內泵送混凝土，泵入的混凝土在泵管管口下部形成一個不斷擴散的圓錐體，直至將泵管管口埋入混凝土中，阻止了外側的水和泥漿涌入泵管內部，繼續泵送混凝土，使井底混凝土不斷地向四周擴散。

當混凝土高度逐漸滿足設計要求時，開始在水平方向上緩慢移動泵車臂，在該工程中，自西側開始沿井壁以順時針方向不斷移動泵車臂，直至拋填塊石濾層頂部完全被封底混凝土覆蓋。澆筑期間需要全程對水下混凝土頂面上升情況、混凝土覆蓋范圍以及泵管管口埋深等情況進行監測，潛水員全程在水下進行引導，結合水上鉛錘測量對所需混凝土方量進行估算。在該工程中，封底混凝土澆筑用時1 h 30 min，累計澆筑混凝土96 m3。

4.3 混凝土的要求及養護

4.3.1 混凝土的要求

沉井水下封底可采用普通混凝土或水下不分散混凝土。在該工程中，采用普通商品混凝土。水下封底混凝土為C30 W8 細石混凝土，坍落度控制在（220±30）mm，對配合比進行嚴格設計并試配，在攪拌過程中嚴格按照設計配合比進行配置攪拌。由于商砼攪拌地點距離施工現場約10 km，混凝土在運輸過程中，要保證運輸時間不宜過長且罐車在運行過程中應勻速慢慢地旋轉。施工現場派專人進行調度，以保證混凝土澆灌的連續性。

4.3.2 混凝土的養護

在封底混凝土達到設計強度值前，須保持井內外水位相等以免封底混凝土承受過大的水壓，影響封底效果。沉井封底混凝土在水下進行養護，養護期約為28 天，在養護期間每天進行井筒沉降觀測。試塊共制作6 組（每個井），同條件養護試塊用吊籃置于井筒水下，在澆筑后7 天、14 天、28 天均試壓1 組以檢測水下封底混凝土強度。施工后經過養護、抽干井內積水后對封底混凝土進行檢查，施工效果良好、滿足設計與規范要求。

5 結語

與沉井排水法下沉后干封底相比，沉井的水下封底難度較高，危險性較大，該工程位于沿海吹填區域難度更甚。而傳統的導管法作業，施工準備階段工程量大，操作復雜。在該工程中，在清理鍋底、拋填塊石后采用泵車將泵管直接伸入沉井內部，配合潛水員探摸進行水下封底混凝土的澆筑，在保證沉井水下封底施工質量的同時，降低了施工難度，提高了施工效率，節約了施工成本，也為日后同類工程的施工起到參考作用。