沉井施工关键技术研究

沉井施工关键技术研究

秦成辉1，董闯2，黄泽恩3

（1,3.广州珠江监理咨询集团有限公司 广东 广州 511458，2.招商局重庆交通科研设计院有限公司 重庆 400067）

摘  要：沉井基础在大型桥梁主墩、锚碇基础和将降排水设施中得到广泛应用，并在沉井工程勘察、工程设计与施工技术方面取得了一定的进展。本文通过总结沉井施工工艺，分析沉井下下沉过程中沉井姿态控制，研究沉井施工下沉过程常见施工难题处理方式，并提出沉井纠偏措施，可为同类型沉井施工提供可靠工程借鉴。

关键词：施工工艺、姿态控制、纠偏

1  引言

沉井基础在大型桥梁主墩、锚碇基础中得到广泛应用，并在沉井工程勘察、设计与施工技术方面取得了巨大发展。刘春桃等[1]分析了沉井下沉过程种的降水技术和沉井侧壁减阻方法，周猛猛[2]分析了沉井施工中可能出现的井筒倾斜、下沉困难和下沉过快等问题，并提出了对应解决措施，胡熠等[3]研究了施工下沉姿态纠偏技术。本文以某沉井为背景，系统分析沉井下沉施工关键施工技术，为同类型沉井提供技术支撑。

2  工程概况

某项目工作井内径10m，壁厚0.6m，井深13.06m，底板厚度1.0m，水下封底混凝土厚度2.1m，内设楼梯间；接收井内径6m，壁厚0.45m，井深12.26m，底板厚度0.6m。

3 沉井施工工艺

3.1 沉井施工工艺流程

沉井施工过程见施工工艺流程见图2，施工的重难点是沉井下沉阻力大以及沉井下沉姿态控制。

3.1 施工准备

工程开工前后应抓紧落实地质勘察情况及施工前期的各项准备工作。对沉井所通过的地层，应事先委托勘察单位进行详细的钻探，根据钻探结果，查明地质构造、土质层次深度、特性和水文地质情况。施工前必须对气象水文情况、附近海域或河道的自然面貌、通常情况等气象水文条件进行调查。

3.2 刃脚施工

刃脚其作用是易于切土下沉。当下沉深度大且土质较硬时，可在刃脚底面外包型钢加强，型钢内侧预制预埋件，保证型钢与刃脚段混凝土连接牢固，以防刃脚损坏。

沉井制作下部刃脚的支设可视沉井自重、施工荷载和地基承载力情况，采用垫架法、半垫架法砖垫座和土模法等方法，本项目采用下部刃脚采用垫架法施工。

3.3 沉井出土下沉

沉井直壁混凝土达到设计强度的70%以上，刃脚斜面承受混凝土重量的模板应在混凝土达到设计强度的 100%以上时方可拆除。本项目采用小型挖掘机挖土设备配合汽车吊出土，井内出土采用小锅底开挖方式进行，每层挖土厚0.4～0.5m，沿刃脚周围保留1.0m宽堆土；挖土两层形成“锅底”后，再沿沉井井壁，每2～3m一段向刃脚方向逐层全面、对称均匀地削薄土层，每次削200～300mm，使沉井在自重作用下均匀垂直切土下沉，要求井孔的除土底面不宜低于刃脚1～1.5m，每次下沉深度不能大于500mm。当挖至刃脚遇到较硬岩层，沉井无法下沉或下沉状态不平稳，则需要逐段对称地将刃脚处发的硬岩破石掏空，再用小卵石或碎石填塞夯实，再分层出土下沉。

3.4 沉井接高

沉井分节高度应结合沉井开挖方法、下沉进度、土层性质、沉井的平面尺寸决定，另外需考虑模板分块，使其能保持稳定，顺利下沉。沉井接高度连接面应凿毛处理，并用纯水泥浆刷湿后，方可浇筑上节井体。下沉后沉井的接高，应以顶面露出地面1m左右为宜。刃脚内侧和为浇筑钢筋混凝土底板而设置的凹槽，防止周边结合处渗水。

4 沉井下沉特殊情况处理

4.1初沉

由于沉井周围地质条件主要为陆域形成吹填砂，因此相对比较松软，如果井内冲砂除土不均匀，将容易发生偏斜的风险。为了避免沉井发生初始偏斜，在施工过程中，先中间后四边，深度适当，对称取土的原则，在沉井内部慢慢形成一个锅底，通过不断调节锅底的深度让沉井平稳下沉。

4.2沉井助沉措施

一般采取的助沉措施有泥浆润滑套法、压重法、高压射水法、壁后压气法和黄沙法等，可根据项目情况，采取合适的措施，一般沉井助沉措施多在沉井开始阶段就实施，而且多用于沉井井壁外，以降低井壁与外部土体间的摩擦力为目的。

4.3 沉井突沉

沉井突沉对周围土体力学性能发生重新分布。突沉发生过后沉井姿态很可能发生倾斜，随之带来的是沉井整体受力的复杂性，比如侧壁土压力在主动土压力与被动土压力之间反复变化，端部刃脚受力多次达到土体极限承载力，侧壁摩阻力也在静摩阻力与动摩阻力之间交替变化。沉井突沉时，可以采用土体回填、高压旋喷注水泥浆加固沉井底部土质，待土体加固完成后，再继续出土下沉。

4.4孤石

如在沉井下沉过程中遇到大量的孤石，会阻碍沉井下沉施工，采用高压水枪冲击孤石底部，让其自然滚入沉井格仓中部，然后由工人将其放入吊箱中取出。当无法使用高压水枪清理孤石时，可采用液压劈裂机将大块孤石破裂，然后清理孤石，原孤石位置回填碎石或卵石，继续分层开挖沉井内土体，直至下沉至最终标高。

5 沉井下沉纠偏

5.1 地质不均匀导致的倾斜。

在实际施工过程中经常会遇到不均匀的地质情况。由于不同的摩擦系数和承载力，导致了沉井的下沉速度也不均匀，极易产生倾斜。为了预防沉井在这种情况下产生倾斜，挖土下沉时先硬后软的方式。

5.2 刃脚下挖土不对称导致的倾斜。

沉井下沉采用钢筋混凝土刃脚四周平行均匀的下沉，但由于施工组织不力或其他人为的原因,往往发生四周挖土厚薄不均匀，从而导致了沉井的倾斜。只有在施工前对具体施工人员进行详细的技术和安全交底，明确每个人的职责，将责任落实到人有效预防沉井倾斜现象的发生。

5.4 井外弃土或堆放物以及井上附加荷重分布不均。

由于沉井附近堆放有大量弃土和其他材料，以及井上的附加构造物荷载不均匀，均能造成沉井下沉倾斜。为了防止产生倾斜，严禁在靠近沉井的地方堆放弃土和其他材料，运输车辆、吊装机械等设备作业位置远离沉井，避免荷载导致沉井周边土体挤压沉井，造成倾斜。

6、沉井封底

封底宜尽可能采用排水封底。封底一般铺一层150～500mm厚碎石或卵石层，再在其上浇一层厚约0.5～1.5m的混凝土垫层，在刃脚下切实填严，以保证沉井的最后稳定。达到50%设计强度后，在垫层上绑钢筋，两端伸入刃脚或凹槽内，浇筑上层底板混凝土；浇筑应在由四周向中央推进，每层厚30～50cm，并用振捣器捣实；当井内有隔墙时，应前后左右对称地逐孔浇筑。混凝土采用自然养护，养护期间应继续抽水。待底板混凝土强度达到70%并经抗浮验算后，对集水井逐个停止抽水，逐个封堵。

7 结论

通过对沉井施工工艺流程总结，采取中间后四边，深度适当，对称取土的原则进行出土下沉，并对下沉过程动态监控，提出沉井下沉过程中遇到的突发情况处理措施，为同类型沉井施工提供工程借鉴。

参考文献

[1] 刘春桃,刘志贺,郑杰等.沉井下沉的助沉施工控制技术研究[J].交通科技与管理,2023,4(16):75-77.

[2] 周猛猛.沉井施工常见质量问题及监理控制措施[J].中国高新科技,2023(12):32-34.DOI:10.13535/j.cnki.10-1507/n.2023.12.11.

[3] 胡熠,郑立宁,巫晨笛等.姿态可控式沉井施工技术及其应用[J].建筑技术,2023,54(03):306-309.

作者简介

秦成辉，男，硕士研究生学历，任职于广州珠江监理咨询集团有限公司。

董 闯，男，硕士研究生学历，中级工程师，任职于招商局重庆交通科研设计院有限公司。

黄泽恩，男，硕士研究生学历，任职于广州珠江监理咨询集团有限公司。