沉井施工在實際工程中的應(yīng)用與問題分析

魏利猛

（武漢市給排水工程設(shè)計院有限公司，湖北 武漢 430024）

0 引言

隨著沉井技術(shù)的日益發(fā)展，研究其在工程建設(shè)中的運用已凸顯出重要性。本文首先就有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了回顧，研究了沉井的相關(guān)技術(shù)，在探討沉井下沉施工方式的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)實踐經(jīng)驗，研究沉井封底施工。作為一種實踐應(yīng)用效果好的技術(shù)，沉井技術(shù)在近期取得了很大的發(fā)展。研究其在建筑施工中的運用，可以更好地提高沉井工程技術(shù)的實際運用能力，并以此為手段進(jìn)一步推動我國施工行業(yè)的有效發(fā)展。

1 沉井施工的基本概述

沉井是一個井簡狀的基礎(chǔ)構(gòu)造物，其由井內(nèi)開挖、以自身的重力緩解沉降井壁摩阻力后沉降至設(shè)置高程處，再經(jīng)過建筑物的斗門或添塞井洞，將之作為基礎(chǔ)建筑的基石，而沉井基由于其內(nèi)埋藏水深很深，穩(wěn)定性好，因此具有很大的承擔(dān)面積，可承擔(dān)很大的下垂荷載和高低荷載，沉井既是基礎(chǔ)設(shè)施，也是建筑中的擋土和阻水的圍堰構(gòu)筑物。沉井建造工藝源自古代掘井作業(yè)，其施工工藝是先在地層的基坑內(nèi)做一種上下打開但四周閉合的豎井型構(gòu)造，然后沿著井壁的圍護(hù)施工，可減少資金投入，內(nèi)部空間既可加以使用，還可兼作圍護(hù)結(jié)構(gòu)[1]。

沉井法是地下工程和深基施工中的一種主要施工方式，同時也是深基施工的一種主要結(jié)構(gòu)型式。其特征為：將處于地下水一定深度的建筑結(jié)構(gòu)或建筑物基底，首先在地基上制作，構(gòu)成一井狀結(jié)構(gòu)，然后從井底下不斷進(jìn)掘，利用井體自身的重量而逐漸沉降，在下沉至預(yù)定的設(shè)計標(biāo)高之后，再進(jìn)入斗門，并構(gòu)造井中底板、柱、樓板、中墩、內(nèi)隔墻、屋頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)，最后構(gòu)成地下建筑或建筑物基底。沉井主要應(yīng)用于抽取地下水建筑物、污水泵站、地下工程廠房、重大設(shè)備基礎(chǔ)、人員安全掩護(hù)所。沉井法在建筑施工中有著特殊優(yōu)勢：由于用地面積較小，一般不要求進(jìn)行邊坡圍護(hù)工程，和大挖法相比較，沉井開掘工作量小，對相鄰建筑的危害也較小，作業(yè)比較簡單，而且沒有特別的專業(yè)設(shè)備。近年沉井的建筑施工技術(shù)水平和施工機(jī)具均有了較大提高，為減小沉井施工中的井壁側(cè)向摩阻，開發(fā)了觸變砂漿潤滑套法、壁后壓氣法等方式。在人口密集建筑物群中開展建筑施工時，為保證地下水管線和建筑物結(jié)構(gòu)的安全性，創(chuàng)新了鉆吸排土沉井施工技術(shù)工序和中心島沉降工藝技術(shù)，上述新工藝的發(fā)明能使土壤在地表上形成微小的沉降和移動[2]。

2 沉井的分類和構(gòu)造

2.1 沉井的分類

沉井的種類繁多，以制造建筑材料分類有水泥、鋼筋混凝土、鋼材、磚、石等多種。沉井按平面形狀分類大致包括橢圓沉井、方形沉井、矩型沉井、兩孔沉井、多孔沉井、雙端圓形沉井。每一種類型的沉井都有不同的構(gòu)造特點，相關(guān)從業(yè)者要對這些類型分類了然于心，只有對其更加了解，才能在施工過程中更好地判斷沉井類型，根據(jù)不同類型采取不同的施工措施，規(guī)避這其中可能會出現(xiàn)的問題。

2.2 沉井構(gòu)造

（1）刃腳踏面。踏面長度大多在15～60cm，隨著土質(zhì)地層的軟硬程度而作調(diào)節(jié)。刃腳的側(cè)邊為直角梯形，通常斜度大于等于45°。其功能基本上是為降低地面下沉?xí)r土的摩擦力，所以這種構(gòu)造有一定的存在合理性。

（2）井壁。是指沉井的主體部位，其厚度則按照對沉井的構(gòu)造強(qiáng)度、剛性的要求，和沉井能否在適當(dāng)?shù)淖灾貤l件下沉降而決定，通常為0.4～1.m左右，這個數(shù)值能更好地控制施工過程中可能出現(xiàn)的誤差，高于或低于這個數(shù)值，都會產(chǎn)生很大的偏差，給施工的安全性帶來一定隱患，因此在施工過程中，一定要做好測量工作，確保數(shù)值的準(zhǔn)確性。

3 沉井的制造

3.1 放線

按照規(guī)劃的圖紙，確定地下工程及結(jié)構(gòu)的定位路線，要將主軸牽引出，提供軸線控制樁，這項工作可以確保最終規(guī)劃的施工路線的正確性，規(guī)避施工路線跑偏帶來的各類問題，進(jìn)而從源頭保證施工的有效性。

3.2 挖土

按放線工作的方位，將沉井區(qū)域內(nèi)的所有土方鑿掉（包含圍墻外側(cè)的工作面部分的土方）。再鑿至離地下水位放線上50cm以內(nèi)。將挖去土方后的基坑內(nèi)土體表面平整好，然后確定四周墻壁的準(zhǔn)確定位線。

3.3 沉井墻壁的施工

澆筑：刃角的水泥在澆筑完成后，才能接著往上澆筑。將豎向的鋼筋聯(lián)結(jié)好，然后拴上水平走向的鋼筋連接。由于鋼材一般較高，可在鋼材骨架的一側(cè)暫設(shè)臨時支承。

支墻的模板法：在搭建模塊之前，應(yīng)先搭建好安裝模塊的鋼管架子。接著搭建外面的模版，將鋼骨架安裝在外面模版上，并且拆除去臨時支座，再搭建內(nèi)部模版[3]。

施工混凝土：在沉井壁與底層之間的混凝土施工中，必須按一定配比的比例加入混凝土膨脹劑，施工的混凝土非常密實，使混凝土本身可以保溫。澆注時，要按50cm一步的分級轉(zhuǎn)圈式施工，直接澆注到地面3m高。而墻面混凝土施工則按上述方式的分步層次實施，到沉降后高出地下水位線之上50cm的高程為止，并做好保護(hù)。若沉井之間有隔墻或梁時，也應(yīng)該和四壁混凝土一起完成，當(dāng)施工完畢后，整個沉井的結(jié)構(gòu)完工。

4 沉井下沉施工方法

4.1 刃腳前后及時填砂

刃腳前后應(yīng)及時填砂，填砂時以分層回填方式完成，每層應(yīng)該為30mm深，填得越緊密，沉井的沉降量也就越小，沉井不致產(chǎn)生較大的誤差。需要時還可以適當(dāng)增加填土高度，或者在隔墻下加以局部填土，使沉井比較平穩(wěn)[4]。

4.2 沉井排水下沉施工

依據(jù)建設(shè)區(qū)域和周圍環(huán)境狀況，可采取排水下沉、不排水傾斜等下沉施工方法。

井內(nèi)排水法沉降：當(dāng)沉井下降時經(jīng)過的地層滲透水力比較低，但土層卻相對穩(wěn)固，又或者由于滲漏流速不大，并沒有因為排水而形成的流砂，且也沒有出現(xiàn)沉井井底混凝土體的大量膨脹不穩(wěn)狀態(tài)，或沉井井底混凝土體沒有被底下的承壓水頂破時，在沉降過程中盡量地把井內(nèi)的積水全部抽干，可采取明挖法沉降。

井外的土壤地下水位傾斜：如果沉井的地下水位較高，并伴有大量的土壤地表向滯水的位置傾斜，且土壤中有大量有機(jī)物混合物、粉細(xì)砂等，就會出現(xiàn)強(qiáng)烈的土壤翻漿、冒泥和流沙等情況。所以，在沉降井的沉降時，可針對施工條件和地下水文的變化情況，通過從井外降低地下水的措施，在沉井下降到建筑土方之后，井內(nèi)仍然保持無水情況，使沉井的井底混凝土體保持穩(wěn)定，如此就能夠大大提高沉井下沉的施工效率，安全平穩(wěn)地將沉井下降[5]。

利用水力機(jī)械排水下沉：沉井排放沉降一般包括人力排水排土沉降、機(jī)器排放沉降、水力機(jī)械排放沉降等多種方式。當(dāng)前已廣泛使用于水力機(jī)械吸泥施工，尤其應(yīng)用在緊靠河流的岸上，其供水充沛、排泥便利、設(shè)施簡易、機(jī)械化程度較好，大大提高了開掘的效能（可替代人工開挖），從而縮短了時間，提高了工程質(zhì)量。

5 沉井施工的應(yīng)用范圍

5.1 沉井的組成

一般在建設(shè)項目工地當(dāng)中，沉井大多是由刃腳、下沉井壁、擋墻、以及凹槽等所構(gòu)成。井壁是指沉井的外壁，通常硬度比較好，在施工過程當(dāng)中可以承擔(dān)沉井沉降過程當(dāng)中所帶來的壓力。井璧是沉井當(dāng)中最主要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，除了必須具備很好的硬度以外，強(qiáng)度上還必須滿足一定的條件[6]。為了保證沉井可以在自身重量的影響下進(jìn)行沉降，就必須保證沉井的重量達(dá)到了規(guī)定指標(biāo)。而沉降井壁的最下部便是刃腳，刃腳的造型也相當(dāng)獨特，這主要是為了在施工當(dāng)中能夠良好地垂直插入混凝土之中。溝槽則設(shè)在刃腳的最上方，溝槽的主要目的就是為了保證井壁和混凝土的最底層可以良好地連接起來。

5.2 沉井施工的特點

雖然沉井在建造的流程當(dāng)中現(xiàn)場挖掘數(shù)量較小，并且建筑占用建筑面積也較小，可是沉井所可以承受的體積卻相當(dāng)大，并且可以承擔(dān)水平或者垂直方向上的巨大負(fù)荷。而與此同時，沉井的建造成本也較低且可靠性能較高。這主要基于沉井圍堰可以作為沉井的地基或者擋土的構(gòu)筑物，并且施工工藝也比較簡單。沉井的建造技術(shù)不但能夠使用在常規(guī)的建筑物結(jié)構(gòu)土方施工當(dāng)中，并且還能夠廣泛地使用在建筑砂漿、黏土或者淤泥土當(dāng)中。由于沉井建筑施工流程對附近巖層形成的環(huán)境影響較小，特別是對巖層位移的影響也較小，所以在建筑施工流程當(dāng)中也沒有對附近的建筑物形成明顯的環(huán)境影響，因此可以被普遍地運用于基礎(chǔ)建設(shè)等工程施工之中[7]。

6 沉井施工在實際工程當(dāng)中遇到的問題與解決措施

6.1 沉井傾斜

在沉井現(xiàn)場當(dāng)中，往往會產(chǎn)生沉井表面產(chǎn)生偏斜的狀況。而造成這一狀況的主要因素有以下4個方面。

（1）由于沉井刃腳周圍的泥土軟密實性并不一致，所以在澆筑完畢以后的沉井表面無法穩(wěn)定。

（2）對刃腳素混凝土的處理方法并不是按照對稱敲碎或者沒有進(jìn)行及時的回填和夯實，這造成了沉井周圍的澆筑混凝土不能進(jìn)行均勻夯實。

（3）在沉井施工中進(jìn)行挖掘的地方不能保證開掘的平整度，致使在沉井當(dāng)中土表面產(chǎn)生了相應(yīng)的標(biāo)差。

（4）在處置刃腳的當(dāng)時掏空的泥土太多，致使在短時期內(nèi)沉井表面產(chǎn)生了偏斜的狀況。

關(guān)于沉井傾斜的解決途徑大致有以下3種。

（1）在沉井傾斜的處理過程當(dāng)中要做好觀察與數(shù)據(jù)分析，一旦發(fā)覺有產(chǎn)生傾斜的趨勢就要采取措施進(jìn)行矯正。

（2）在鋪設(shè)刃腳的素水泥墊片的時間上必須達(dá)到正確的方向一致，并且必須及時采用砂漿和卵石回填方式進(jìn)行夯實，以增加水泥的穩(wěn)定性。

（3）可以在刃腳位置較低的一側(cè)上添加砂石和石塊，可以提高對沉井傾斜的壓力，進(jìn)而降低了沉井的傾斜率。

6.2 沉井偏移

目前大部分的沉井位移問題都是由沉井的偏斜造成的。因此，在沉井偏斜的時候，沉井的下井體就會斜到一側(cè)，這一側(cè)的下部就會形成很大的壓力，進(jìn)而導(dǎo)致沉井出現(xiàn)了一定程度的偏移。偏移度的高低往往根據(jù)地質(zhì)狀況預(yù)測向一側(cè)偏斜的次數(shù)。此外，在測量定位流程當(dāng)中出現(xiàn)錯誤那么也會造成沉井的偏移。沉井偏移的解決方式大致有兩種。

（1）在沉井出現(xiàn)移位的時候，采取相應(yīng)的辦法阻止它進(jìn)一步出現(xiàn)移位，使沉井無法繼續(xù)朝移位的方向偏移。與此同時，盡可能調(diào)整沉井的偏移方位，使之朝著與原來水平相反的方位偏移，在經(jīng)過反復(fù)幾次偏移校正以后，就能夠回歸到原來正常的水平。

（2）在進(jìn)行沉井檢查和標(biāo)定工作時，通常情況下，由于工程過于浩大，難免會有各種問題和失誤，所以如果這種情況下直接交付，后期也會檢查出更多問題，會造成工期的延誤，甚至?xí)斐蓢?yán)重的安全問題，造成人民生命安全和財產(chǎn)安全損失。因此在工程完工之后，一定要注意檢查與核查，確保工程的有效性。

7 結(jié)語

總而言之，沉井施工對建設(shè)項目施工來說有著很大的意義，雖然沉井施工有著成本低、穩(wěn)健變化高的好處，但也存在許多問題需要著力解決。相關(guān)工作人員必須對沉井方法進(jìn)行不斷的分析，根據(jù)實際工況采取適合的沉井方法，從而確保工程的順利施工建設(shè)。另外，相關(guān)人員還需要不斷創(chuàng)新，對沉井方法不斷探索，從而促使我國各類工程中運用的沉井技術(shù)更為先進(jìn)和科學(xué)。