浅谈大型沉井一次下沉施工技术

浅谈大型沉井一次下沉施工技术

张全胜,张国应,卢江波,李小龙,雍鹏

（中建八局西南建设工程有限公司，四川成都 610000）

【摘要】 沉井施工受雨水影响较大，汛期施工安全风险大、进度慢、成本高。本文结合具体项目，通过优化基础和垫层的结构和施工工艺参数，从而减少沉井制作过程中的下沉次数，进而达到避开雨季施工、缩短施工周期、缩减施工成本的目的。

【关键词】 一次下沉 垫层厚度 垫层优化 接高稳定系数

1  工程概况

1.1  建设背景

2021年7月，郑州市遭遇7.20 特大暴雨洪，城区受灾严重，为此郑州市政府规划了郑州市金水河分洪工程，进一步加强金水河防洪排涝能力，保障人民群众的生命财产安全。

1.2  项目简介

郑州市金水河分洪工程主要内容为DN4000双线5.4km地下顶管工程，连接金水河和贾鲁河。因地处城区无法采用放坡开挖工作坑，采用沉井施工。为确保汛期到来之前金水河具备相应的泄洪能力，本工程需要在2023年5月15日之前贯通。如下表1-1是本项目沉井的主要参数：

表1-1  沉井结构参数

项目时间紧、任务重，为保质保量按时完成，项目管理团队联合设计方对各个工序进行优化，缩短施工周期。本文将介绍项目垫层施工经过优化设计后如何缩短工期进行介绍。

1.3  水文地质情况

项目所在地土质为黄土状轻粉质壤土，土体渗透系数较低，地下水基本在沉井底部之下。项目在施工前，对沉井所在区域地基承载力进行检测，基本都在140 kN/m2左右。

根据以往经验判断，本项目水文地质情况对施工较为有利，可优化的空间大。

2  沉井施工工艺流程

如下图2-1中所示，是本项目沉井的施工工艺流程。

图2-1 沉井施工工艺流程

从流程中看出，如按照传统思路施工，每浇筑一次便下沉一次。每多下沉一次，沉井内外两侧脚手架就需要多安装和拆除一次，耗费的时间太久，对于本项目工期紧的现状极为不利。

3  沉井施工工艺优化

针对本项目水文地质条件较好、（J1/G1/G2/J2）4座沉井深度较浅等特点。提出分段多次浇筑、浇筑完一次下沉的思路，如果能够实施从理论上可以极大缩短工期。但是需要保证垫层的承载能力和接高稳定系数满足设计要求，从而保证沉井在接高后不会发生突沉。

3.1  垫层优化设计及验算

本项目垫层拟采用砂垫层+混凝土垫层结构，断面如图3-1所示。

图3-1  垫层结构示意图

依据《沉井与气压沉箱施工规范》（GB/T 51130-2016）的要求。考虑地基垫层自重和扩散角的因素，其厚度应符合下式要求，且不宜小于600mm。

素混凝土垫层可按下式计算，且厚度不应小于15cm，强度等级不应低于C15。

式中：

h——素混凝土垫层的厚度，m；

G0——沉井首节沿井壁单位长度重量，kN/m；

R——地基垫层的承载力，kN/m2，本项目实测均大于140 kN/m2；

b——刃脚踏面宽度，依图纸取0.4m；

n——刃脚斜面的水平投影宽度，依图纸取1.6m。

表3-1 沉井垫层参数

计算时，按照最不利工况，G0取最大值292.45，地基承载力按照现场实测数据平均取140Kpa；带入公式，考虑安全的前提下计算得出的混凝土垫层的厚度如下：

实际施工考虑到安全问题，我们在施工时采用60cm砂垫层+20cm混凝土垫层，远超于设计要求，可以保证垫层具有足够的承载能力，且经过我方补充勘测发现施工现场区域土体基本不会发生不均匀沉降。

3.2  接高稳定性验算

表3-2 沉井稳定性参数

当沉井多次制作下沉时，应按照下列公式进行接高稳定性验算：

式中：

——接高稳定性系数；

——接高后的井体重量（kN）；

——下沉过程中地下水的浮托力（kN），沉井下沉时取；

——侧壁与土的总摩阻力标准值（kN）；

——刃脚下地基承载力（kN），掏刃脚下沉时取0；

——隔墙与底梁下地基极限承载力（kN），掏刃脚下沉时取0；

参考表3-2中发现1-4号沉井侧壁与土的总摩阻力都大于接高后沉井自重。因此可以判定沉井在接高后不会发生突沉。

3.3  沉井制作及下沉期间注意事项

通过对沉井垫层、接高稳定性进行复核和验算发现，本项目（J1/G1/G2/J2）4座沉井在理论层面可以做到多次接高一次下沉。虽然在垫层设计时增加了冗余，可以提高安全系数，但是本项目沉井直径大、深度大。在施工过程中需要把握各个工序的质量，尤其是：

（1）工作坑开挖后，对原土进行整平压实，再进行砂垫层摊铺碾压，保证压实后才进入下一道工序；

（2）在沉井接高及后续下沉全过程中要做好沉井及周边构筑物的监控量测，建立预警机制；

（3）沉井制作过程中，及时在井壁外侧回填土方，从而增大井壁的摩阻力，提高沉井的稳定性；

（4）下沉过程中要控制好下沉速度，控制在1m/天之内，当发生倾斜及时纠正沉井的姿态。

4  结论

本文依托郑州市金水河分洪工程项目,针对大型沉井取土下沉技术进行研究，得出如下结论。

（1）大型沉井当垫层承载力满足要求后，施工过程及下沉过程外侧及时回填土方，可以做到多次浇筑、一次下沉，且施工安全和质量能得到保障。

（2）对于工期紧的沉井项目，采用一次下沉方式，相比于传统方法，单个沉井工期缩减15天以上，施工成本也有缩减，现实施工有较大的实践意义。

参考文献

[1]张凤祥．沉井沉箱设计、施工及实例［M］．北京:中国建筑工业出版社，2010．

[2] GB50268-2008《给水排水管道工程施工及验收规范》

[3] GB/T 51130-2016 《沉井与气压沉箱施工规范》

[4]CECS137-2015 《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》