沉井施工實例概述

劉春艷，郭 濤

（太原市水利勘測設(shè)計院，山西 太原 030002）

1 工程概況

本地涵工程位于江蘇省連云港境內(nèi)，是向連云港市供水主線工程的重要組成部分，為送水河道穿河建筑物。該地涵工程由上下游洞首、上下游連接段、上下游沉井及井內(nèi)斜管、沉井間頂管、上下游河道、啟閉機房等部分組成。工程實施過程中有以下難點和風險點：防洪防汛，沉井制作、下沉，大直徑長距離混凝土頂管施工。頂管施工的工作井和接收井為鋼筋混凝土沉井，平面尺寸均為37 m×22.5 m，工作井結(jié)構(gòu)高25.6 m，接收井結(jié)構(gòu)高25.1 m，下沉深度23.6 m。

2 沉井工程風險控制

沉井制作高度高，下沉深度大，地質(zhì)條件復(fù)雜，地下有3個承壓水頭，須采用排水下沉、干封底施工。但在沉井制作及下沉過程易產(chǎn)生不均勻沉降，造成較大的傾斜，同時對周邊建筑物造成不利影響。

針對上述沉井施工難點和風險點制定控制措施：一是深井降水。打設(shè)降水井及觀測井，有效降低地下水位，防止管涌的發(fā)生。設(shè)計采用橋式濾水鋼管降水井，布置在沉井外圍，距離沉井外壁7 m，沉井內(nèi)布置2口觀測井、2口備用降水井，井深35 m。二是本工程沉井高度高，刃腳踏面較小，底部支撐面積小，地下土質(zhì)不均勻，下沉系數(shù)變化較大。下沉過程中要嚴格控制取土量，必要時在井壁四周留置土塞，以控制下沉速率。為防止沉井超沉，可采取反鍋底、拋填塊石等措施。取土時遵循由內(nèi)圈漸擴至外圈的原則，防止因取土不均造成沉井偏移。由于地下土體有承壓水頭，為防止產(chǎn)生管涌現(xiàn)象，沉井終沉階段充分利用沉井中部的降水井降水，必要時在沉井內(nèi)部增設(shè)井管降水。三是分次下沉時控制均勻分層取土，均勻井體下沉，防止發(fā)生井體偏斜或偏移。四是運用監(jiān)測技術(shù)，對周邊建筑物沉降情況監(jiān)測。

3 沉井施工

3.1 沉井方案確定

本工程地基下臥層有10 m厚的軟土，承載力為6 t/m2，因沉井制作高度大、高寬較大，綜合地基承載力，經(jīng)地基穩(wěn)定驗算，沉井采用3次制作、2次排水下沉、1次接高的干封底施工方案。沉井起重設(shè)備采用塔吊進行鋼筋、模板的垂直運輸，上下游各布置1臺。

3.2 沉井制作

3.2.1 墊層鋪設(shè)

基坑底面設(shè)碎石盲溝，沉井區(qū)域設(shè)集水井，利用排水溝結(jié)合集水坑進行排水，待墊層槽內(nèi)水基本抽干后立即回填黃砂。根據(jù)沉井制作重量和地基承載力，砂墊層厚度取2.0 m。砂墊層采用中粗砂、分段分層振實，適當灑水使砂層含水量達20%，密實度達92%。砂墊層密實度用釬探法普查，用直徑16 mm、長196 cm的圓鋼在距砂面高度50 cm左右處垂直自由下落，鋼釬頭沉入砂層深度不大于7 cm為合格。砂墊層上設(shè)置C20素混凝土墊層20 cm，寬1.9 m，地坪標高由測量找平、復(fù)測。

3.2.2 模板鋼筋施工

混凝土墊層達到一定強度后，進行磚胎模施工，磚砌胎模預(yù)留沉井井壁模板拉桿螺絲的孔位。沉井制作全部采用竹膠板模板組裝而成與扣件式腳手管配套使用。沉井支模先內(nèi)模后外模，一次支到略高于施工縫100 mm處，豎縫處用90 mm×90 mm方木支撐在腳手架上并與直徑16 mm拉條螺栓固定。在墻身交叉處陰陽角隅點等應(yīng)力集中點，立模時加密連接點的數(shù)量并用電焊焊牢。刃腳與內(nèi)框架交接處要現(xiàn)配底模、加撐，并牢固可靠。

鋼筋現(xiàn)場施工采用塔吊吊裝就位，人工綁扎。水平筋分段綁扎，豎筋一次綁好，與前一節(jié)井壁連接處伸出的插筋采用搭接焊接連接，接頭錯開1/4。鋼筋直徑為25 mm以下時采用綁扎接頭，鋼筋直徑大于25 mm時采用直螺紋和電渣壓力焊連接，在同一斷面內(nèi)接頭不應(yīng)超過50%，內(nèi)外鋼筋之間加設(shè)直徑14 mm的鋼筋連接筋。在沉井底板、洞口和后澆筑的區(qū)域留有插筋。施工縫預(yù)留插筋，插入40 d，伸出長度不小于42 d，與底板鋼筋的接頭按規(guī)定錯開。各板墻的拉筋在相鄰層面相互錯開。

3.2.3 混凝土施工

沉井結(jié)構(gòu)為C25混凝土，采用425普通硅酸鹽水泥。為改善混凝土性能，減少水化熱，提高結(jié)構(gòu)強度及抗?jié)B能力，在混凝土中添加高效復(fù)合防水劑。商品混凝土供應(yīng)量不小于100 m3/h，攪拌車送至施工點，由2臺汽車泵輸送到位。沿沉井周圍分布均勻澆灌，先澆灌沉井井壁，后澆灌底梁和隔墻。澆筑時對稱平衡進行，分層平鋪，分層厚度控制在50 cm以內(nèi)。

施工中嚴格控制層差，振搗器插入下層混凝土10 cm左右，鋼筋密集處加強振搗，分區(qū)分界交接處延伸振搗1.5 m左右。每節(jié)沉井混凝土一次連續(xù)澆灌完成，待強度達到規(guī)定要求后再澆灌下一節(jié)。為保證混凝土密切結(jié)合，與混凝土底板結(jié)合部位的榫口表面，施工縫結(jié)合面及其他二次澆搗的混凝土結(jié)合面，對其表面鑿毛并按施工縫處理。由于工期較緊，為加快拆模下沉，在混凝土中摻加早強劑并用防雨帆布懸掛于模板外側(cè)，使之成密閉氣罩，以適當減少養(yǎng)護時間。

3.2.4 沉井下沉

沉井采用排水下沉法，利用高壓射水代替人工進行沉井下沉的全部作業(yè)，用水力吸泥機將泥漿及土的碎塊排到井外，使沉井下沉。采用4臺TSW50-7級水泵，每小時提供約500 m3、壓力為10～14 kg/cm2的水源，用20.32 cm管將壓力水輸送到沉井的井上管路，通過各種閥門和支管以滿足井下8個區(qū)域內(nèi)水力破土機械高壓泵的用水。

沉井下沉分初沉、正常下沉、終沉3個階段。

下沉深度在0～3 m內(nèi)為初沉階段。對稱鑿除混凝土墊層及磚胎模，先外圈后內(nèi)圈，由周邊向中心施工，加強測量觀察，及時調(diào)整鑿除位置，使沉井平穩(wěn)切入土中；水力機械吸砂及破土均從井內(nèi)中部開始向四邊均勻?qū)ΨQ擴展。開挖過程中在井外壁刃腳內(nèi)側(cè)保留寬1 m、高0.5～1.0 m的土堤。

初沉階段下沉系數(shù)較大，下沉以糾偏為主，下沉為輔，下沉初期每天下沉量不超過50 cm；沉井進入軌道后，每天下沉量控制在1 m左右。在初沉階段末期，可增加沉井鍋底深度，加快挖土速度，減少地基反力，從而降低下沉時的阻力，提高施工進度。

沉井正常下沉時，應(yīng)對稱挖土，均勻下沉，先掏挖中央部位的土體，再掏挖刃腳下土，井內(nèi)土面高差不得大于1.0 m。施工時隨時觀測下沉情況，若發(fā)現(xiàn)傾斜，及時采取糾偏措施，嚴禁出現(xiàn)井內(nèi)刃腳中部被局部擱置等現(xiàn)象。施工中做好沉井下沉記錄，畫出下沉的速度圖，為終沉施工提供可靠依據(jù)。

當沉井的進尺到最后2 m時進入終沉階段。均勻?qū)ΨQ布置挖土范圍，放慢取土速度和數(shù)量，挖土鍋底由“凹”面漸變?yōu)椤巴埂毙畏村伒?。當沉井四周控制點高差大于20 mm時，及時糾偏。終沉確定刃腳踏面拋高100 mm左右，沉井底隔梁全部擱置在土面上并有適當?shù)挠客寥叨?。當沉井刃腳踏面標高達到設(shè)計要求的標高并上拋10 cm后，停止取土，向井格內(nèi)拋填大石塊壓重、鎮(zhèn)腳，待基本穩(wěn)定后，立即快速封底，沉井施工到位后，每隔4～6 h觀測一次各方位高差。

3.3 沉井封底

沉井下沉至設(shè)計標高，待其基本穩(wěn)定后，封底前進行沉降觀測，在8 h內(nèi)沉降量不超過10 mm方可封底。封底前基底土面挖至設(shè)計標高，排除井內(nèi)積水，對超挖部分回填砂石，刃腳清洗干凈；在每個井格內(nèi)挖數(shù)條排水溝，最低處設(shè)置1個集水井。

在澆筑素混凝土墊層前，先鋪塊石或碎石作為擠淤和濾水的措施。澆筑混凝土墊層時，適當增加水泥用量，在碎石層上鋪一層油氈或中粗砂，防止新澆混凝土被水沖刷和減少漏漿。

3.4 后續(xù)施工

沉井封底結(jié)束后進行底板施工、頂管施工、井內(nèi)斜管段、沉井內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工及井內(nèi)回填土、沉井接高至設(shè)計高程。每個環(huán)節(jié)應(yīng)跟蹤觀測沉井沉降情況。

4 結(jié)語

沉井結(jié)構(gòu)作為水工建筑物的基礎(chǔ)在水利工程中得到廣泛應(yīng)用，沉井工藝日趨成熟。當工程所在地地質(zhì)條件差，地下水位深，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)埋深大，施工受場地限制，大開挖會破壞周圍建筑物時，采用沉井施工是比較理想的方案。