沉井施工法是修筑地下工程和深埋基础工程所采用的重要施工方法之一，在给水排水工程中常用于取水构筑物、排水泵站、大型集水井、盾构和顶管工作井等工程。平面布置多为圆形、矩形、椭圆形、棱形或不规则形状。其井内可以是单孔的，也可以是多孔的（即有隔墙），视使用需要而定。沉井法施工包括沉井制作、沉井下沉和沉井封底等几个主要部分。根据不同的情况和条件，可以采取一次制作一次下沉，也可以采用制作与下沉交替进行。沉井的井筒一般在地面上制作，在井筒内挖土，使井筒靠自重以克服其外壁与土间的摩阻力，而逐渐下沉至设计标高。然后平整筒内土层，浇筑混凝土垫层和混凝土底板，完成沉井的封底工作。因此在地下水位高、渗水量较大或有地下承压水、流砂、软土层、现场狭窄地段及附近已建成地下管线或地上建筑物等情况下，更显其施工优点。下面，作者结合江苏太仓港港口开发区污水处理厂集水井粗格栅沉井的施工实践，浅叙平面开口沉井施工法的应用性能和认识体会。

 

　　江苏太仓港港口开发区污水处理厂有限公司建于江苏太仓港港口开发区中心地段，由浙江富春紫光环保股份有限公司以BOT形式投资建设和运行，一期污水处理能力为10000吨/天，远期污水处理能力为20000吨/天，一期占地面积为52余亩，污水处理部分为：集水井一级泵房，沉沙沉细格栅，调节池，曝气池，二沉池，出水稳定池，出水泵房等组成，辅助生产部分为：鼓风机房，污泥浓缩池，污泥脱水机房，配电间，维修车间，车库，门卫等组成。管理及生活设施部分为：（主要集中在综合楼内）设有办公室，会议室，活动室，食堂，浴室，化学分析室，职工倒班宿舍等。

 

 

　　一级泵房为直径9M，深11米的圆柱型混凝土构筑物，集水井粗格栅深8米，与一级泵房相连，平面形成凸字形，原设计为大开挖施工，（挖深为12M以下）由于土质原因，3米以下均为粉质淤泥土，一扰动极易液化，在大开挖施工中出现了严重的塌方，边上离沉沙沉细格栅，综合楼很近，施工无法进行下去，在这种情况下，提出改用沉井方案，考虑到沉井下沉过程的稳定性，经设计院修改一级泵房为沉井施工，等沉井封底稳定后，集水井粗格栅再进行大开挖施工。

 

　　等一级泵房沉井封底稳定后，集水井粗格栅施工时发现，由于前期大开挖已造成下层土体液化，无法大开挖至集水井粗格栅的设计底标高，为此现场考虑多种施工方案，并进行比较，来解决这一施工难题：

 

　　第一方案：打钢板桩

 

　　打钢板桩作为围护，然后再进行大开挖施工，但是效果不显著，由于下层粉质淤泥土已扰动，再打钢板桩施工时再进行了扰动，而且钢板桩受力是悬臂状，固定端为下层土体，已液化的土无法作为固定端，施工安全无法保证，且工程造价也要提高很多，所以不可取。

 

　　第二方案：高压注浆

 

　　通过高压注浆对土体进行改良和加固，使液化的土体改性固结，然后再进行大开挖施工，但是工期长，费用高，要把施工面的整个外围包括大开挖放坡多要加固，注浆后还要保养期。

 

　　第三方案：沉井施工方案

 

　　沉井施工方案应该是最佳方案，造价低，工期短，安全。最终选择为沉井施工方案。但是，粗格栅集水井平面形状为U字形一边开口，做沉井似乎不可能，地质条件也极差，难度极大。

 

　　1.由于下层粉质淤泥土已扰动液化，具有流动性，摩阻力下降，不能承受沉井的重力，标高很难控制，极有可能过沉，采取以下措施。

 

　　a.减轻沉井自重：做一半沉井，先开挖4米，4米以下做沉井，等封底后，稳定了，上面4米再现浇，开挖填土，降低初沉标高，根据沉井部位的地质状况，为保证沉井初沉阶段的均衡下沉，将人工填土层挖除，这样可创造两个有利条件：其一由于初沉地层为淤泥，其含水量及承载力均匀，便于初沉平稳；其二，沉井总下沉量降低4m，上部沉井可不作为沉井施工，而在沉井封底后浇筑，这样既减轻了沉井自重(仍能满足下沉重量要求)，又缩短了下沉深度，加快施工进度，一举两得。

 

　　下沉系数公式：

 

　　K＝Q/(f·h·L)＞1？(1)

 

　　式中Q——沉井自重重力

 

　　f——摩擦系数，软土取9.8～11.76？kN/m2

 

　　h——最大下沉深度

 

　　L——沉井外壁周长

 

　　摩擦系数取软土的最大值，一般结构沉井自重力下沉系数尚可达到3.0，何况淤泥之中，绝无滞沉问题。存在的问题是下沉深度达到要求时仍会下沉不止，故必须采取控制措施。

 

　　b.为了进一步减轻沉井自重，先做外围作为沉井施，内部隔板等封底稳定后二次浇捣，同时也留出了施工作业面。

 

　　c.局部换土，先把面上的一部分淤泥土挖除用沙石回填，确保沉井浇捣时的稳定，不至于在浇捣时产生不均匀下沉而造成结构破坏，同时在沉井下沉过程中增加摩阻力。

 

　　d.为了解决土体隆起，沉井无法封底，刃脚标高加深500毫米，在流塑状淤泥中做沉井下沉到标高时极易发生土体隆起，一但发生，往往土体隆起高出底板高度，这部分土将无法挖除，一挖就要打破沉井的受力平均，沉井继续下沉来达到新的受力平均。刃脚标高加深就是为了预先设置一定量的隆起土方，同时刃脚加大了摩擦面积，也能承担一些向上的阻力。在流塑状淤泥中做沉井下沉，极易产生突沉、偏沉滑移，井内涌水、涌泥和超沉不止，沉井下沉的速度和方向极难控制，这是至今尚未很好解决的施工难题。

 

　　.集水井粗格栅平面形状为U字形一边开口，形状复杂，在下沉过程中受力复杂，又要与一级泵房相连，做沉井似乎不可能。为了能安全有效的完成施工任务，对沉井的受力情况进行了全面的分析，针对各钟难题一一解决。 

 

　　a.为了减小沉井下沉过程土的侧向压力，做一半沉井，先开挖4米，4米以下做沉井，等封底稳定了后，下部沉井完成后，上面4米再现浇，底部最大的土的侧压将减小一半，减化结构加固处理，也减小了沉井的钢筋混凝土设计壁厚和水平钢筋的用量，降低工程造价。

 

　　b.为了使集水井粗格栅平面形状为U字形作为沉井，能够单独下沉，首先要与一级泵房脱离，设计成预留一米作为二次浇捣区，等沉井封底稳定后再二次浇捣，两头各预留插筋，便于二次浇捣钢筋能连接在一起，确保整体性。

 

　　c.集水井粗格栅平面形状为U字形，土的侧向压力使得弧形中间受力弯矩过大而断裂，为了克服不利的受力状况，在开口处上下各增设一道钢筋混凝土支撑梁，受力情况由原来的悬臂板变成了简支板。下面那道梁在沉井下沉过程中也能起到一定的阻力，弥补了开口部位无摩阻力的缺陷。等施工完成后设备安装之前视情况而定，是否要凿除，如妨碍设备安装就凿除。

 

　　d.由于集水井粗格栅平面形状为U字形作为沉井，能够单独下沉，首先要与一级泵房脱离，设计成预留一米作为二次浇捣区，沉井在下沉过程中受到土的侧压力N，整个沉井就会向一级泵房移位，导致平面尺寸不对，为了抵抗侧压力，特增加四根滑轮支撑臂，上下各两根，受到一级泵房的水平推力N1、N2，使得在沉井下沉过程中始终保持受力平衡，垂直下沉，下面的滑轮支撑臂受力N1较大，应牢固一些，为了使沉井能够顺利下沉，减少阻力，沿滑轮路径增设两根10号槽钢做为导轨，等二次浇捣前割除。

 

　　e.二次浇捣部位的挡土，留出二次浇捣的部位，在沉井下沉过程中会有土涌入到里面，为了解决这一难题，采用了5毫米厚的钢板做挡土板，在沉井浇捣时放置预埋铁板，在沉井下沉前固定好挡土钢板，与预埋铁板焊接牢固，并设置角铁加强筋，三角撑，有足够的强度能在沉井下沉过程中来挡土，不变形。图5

 

　　通过以上详细的分析，确定了做沉井施工的可行性，并按以上施工步骤、工艺、顺序等要求进行施工，顺利地完成了施工任务。

 

　　通过前述施工过程可以看出，在沉井设计和施工中，可以通过改变刃脚面积、直径、强度、结构形式等诸多手段调整承载力，方法多样、工艺简便、成本低廉，是一种成功的施工工艺。？通过改良结构，改善受力形式，原来不可能安沉井施工的工艺变成了可能。沉井的设计也要充分考虑到要结合现场的实际施工情况来设计，随着现场施工的实际情况要不断的做调整，通过增设临时梁等措施来改变受力情况，使，使得原来无法施工的工艺能够实施。