工程位于常熟市碧溪镇江边，取水泵房位于长江大堤和外堤之间，取水工程扩建规模80万m3/d、泵房地下结构为整体钢筋混凝土箱型结构，平面尺寸为37.9×20.2m，深18.8m，沉井刃脚底标高为-11.8m，设计地面标高为7.0m，现状地面标高为5.0m。自上而下分别是第1层素填土。第2层粉砂夹粉质粘土。第3层粉土夹粉质粘土，层底标高在—17.90~—7.60M之间。第4层粉砂，层底标高在—26.00~—17.97M之间。浅部地下水属孔隙潜水类型，稳定地下水位在地面下1m以内，空隙承压水与长江水位有互补关系，长江常熟段最高洪水位为黄海2.36米，枯水位为黄海0.703米，并受涨落潮影响。

 

 

　　 取水泵房的施工主要包括沉井结构制作与沉井下沉两部分。根据取水泵房地下结构的特点，按照沉井高度，沉井分为三节制作，一次下沉，每节制作高度分别为3.5m、5.6m、5.6m（从下往上）。待其达到设计强度100%后，即进行下沉。沉井采用不排水下沉的方法进行施工，即采用潜水员水下冲泥，空气吸泥机吸泥的方式下沉，在沉井下沉到位以后，采用水下混凝土封底。

 

　　 为解决沉井结构制作时地基承载力的不足，将沉井的重量扩散到更大的面积上，避免沉井在混凝土浇筑施工时或施工后在尚未达到一定强度前，产生不均匀沉降而使沉井结构受到破坏，本工程取水泵房沉井施工采用垫层法，即在刃脚和地梁下铺设设C20素砼垫层，并在素砼垫层下的整个基坑内再满铺中粗砂垫层。

 

　　 砂垫层厚度应根据沉井制作的重量和地基承载力通过计算确定。砂垫层采用满堂铺筑，先设定砂垫层厚度hs=1.0m，复核满足下式条件：p＇≤f，p＇—传播到砂垫层底部下卧地基表面的压力（kpa），f—砂垫层下地基土允许承载力（kpa），p＇=[Q/A＇]+γs×hs。式中Q为沉井自重，A＇为经扩散角砂垫层作用在基坑底的受力面积，hs为砂垫层厚度，γs为砂垫层重度。经复核p＇=117.48kpa＜f=120kpa，所以设定的砂垫层厚度1.0m，能满足地基容许承载力要求。根据计算井壁刃脚下及底梁下的砂垫层厚取1m，采用满堂铺筑的方法。基坑开挖深度定为3.5m，沉井制作基坑开挖放坡按1：1，素砼垫层为150mm厚。

 

 

　　 1、沉井砂垫层施工

 

　　 按设计沉井布置方位，进行测量、放样，确定基坑开挖的范围，边坡采用1：1放坡，开挖深度按3.5m控制，开挖土方严禁就近堆放。基坑开挖完毕后，为避免原基坑边坡发生坍坡现象，采用砂浆护坡。沿基坑内四周设置盲沟，在基坑的四角各设置一个集水坑，以便及时排除坑内积水。

 

　　 砂垫层施工采用分段分层振实法，待垫层槽内水基本抽干后马上回填黄砂，每回填30cm厚黄砂振实一次，用平板振捣器拖振，振捣时要求重叠区域为1/3，并可适当洒水，使得砂层含水量达到20％左右，密实度达到98％以上，拖振砂垫层时应注意不要扰动槽底和四周土体。现场砂垫层密实度可用钎探法普查，即用长200mm，ф16圆钢，在距砂面约50cm的垂直高度上自由下落，钢钎头部沉入砂面层深度≤7cm者为合格。

 

　　 素砼垫层厚15cm，应根据有关规范要求立模、振捣、养护，素砼地坪标高必须准确，由测量找平、复测，相对高差值不大于±3mm.

 

　　 2沉井制作

 

　　 （1）模板支设、钢筋绑扎沉井制作的模板支设和钢筋绑扎基本与砼池墙结构施工要求一样。但第一次沉井制作的钢模板均由刃脚踏面二侧的砼垫层支承模板的自重，泵送砼产生的冲击力由斜撑及拉条螺栓承担。第二次和第三次沉井制作的钢模板自重均依靠老砼墙身上保留的M16拉条螺拴抗剪来支承上述荷载。新浇筑砼对模板的侧向压力，依靠设置在钢模板外侧的扣件式钢管组合成两根为一道梁肋，纵横交叉，在交叉点处布设M16拉条螺栓镶嵌“山”字头水平对拉，拉条螺栓间距为900/600mm，抵御该侧向压力；拉条螺栓锚入砼中点处焊40×40×4钢板止水。沉井支模先支井体内模，一次支到比施工缝略高100mm处，竖缝处用90×90mm方木支撑在内部脚手架上，外模亦一次支到施工缝略高100mm处，竖缝处用木方或脚手钢管杆和φ16mm拉紧螺栓固定。

 

　　 （2）混凝土浇筑沉井结构采用C25密实混凝土，抗渗标号为S6，沉井下部结构混凝土须掺入FS混凝土防水剂，防止裂缝。混凝土浇筑采用分层斜面法施工，每层厚度严禁大于50cm，以免造成地基不均匀下沉或产生倾斜，上下层混凝土浇捣时间间隔不大于混凝土的初凝时间，一般气温在25°以下，间隔时间控制在120min（从混凝土抖料到混凝土浇筑计时），否则上下层砼结合面必须按施工缝处理。两节混凝土的接缝处设凹型水平施工缝，上节混凝土须待下节混凝土强度达到70%后浇筑，接缝处经凿毛及冲洗处理，并浇10cm厚减半石子混凝土。

 

　　 3沉井下沉

 

　　 沉井采用不排水下沉，水下封底的施工方法。根据现场的土层条件，沉井下沉分为两个阶段进行。根据沉井底部土体抗管涌计算，沉井刃脚深度从+2.5m沉至-3.50m标高时采用干沉法施工，在-3.5m至-11.8m标高时采用不排水沉法施工。

 

　　 （1）下沉系数演算沉井下沉施工前，应估算和掌握各个下沉阶段和深度时的沉井“下沉系数”，作为确定下沉施工方法和采取相应技术措施的依据，以确保和控制沉井平稳，顺利地下沉。K=Q/（R1+R2+R3+N），式中Q为沉井自重，R1为四周井壁与土体总摩阻力，R2为刃脚、底梁踏面下土的正面阻力，R3为刃脚斜面与土体的摩阻力，N为下沉过程中沉井所受的浮力。经验算，当中间刃脚踏面全部掏空，沉井在摩阻力、浮力和四周刃脚踏面的正面阻力作用下，下沉系数为：1.21。当沉井在摩阻力、浮力和四周刃脚踏面以及中间刃脚踏面的正面阻力作用下，下沉系数为：0.98。因此在适当掏空中间刃脚踏面下的土体情况下沉井能够满足下沉系数的要求，沉井下沉系数可以通过抽水减小浮力以及适当掏空中间刃脚下的土体得到有效的控制。

 

　　 （2）下沉前准备工作首先在江边设置取水泵站，水泵房内安置4台TSW50—7级水泵，三用一备，每小时提供480m3，压力为10～14Kg/cm2的水源，带动破土机械。采用8″管，将压力水输送到沉井的井上管路，通过各种阀门和支管分配给井下6个区格内水力破土机械（扬水器和喷水枪）。并对井上管路进行安装及调试，直到符合要求为止。其次在泵房南侧，大堤北侧的滩地上采用围堰的方式建立容量为20000m3的沉淀池（兼顾到顶管泥浆），泥浆沉淀后清水排入长江。

 

　　 （3）排水下沉阶段初沉时，井下沉系数大，重心高，稳定性差；沉井的四角(指井的二条对角线的刃脚踏面处)标高之差偏大，而且出现波动，乃属正常现象，但是当井四角高差值>25mm时就应该及时纠偏。纠偏的方法主要采用选择挖土区域，调整井内刃脚踏面的土反力分布状况，使得沉井改变倾斜状态，逐步过渡到竖直方向下沉，为了施工管理上的方便，预先对井内6个区格(仓)分别进行。根据下沉测量数据调整取土仓号或取土部位，一般取土底面高差不宜大于50cm，挖土锅底深度不宜超过1m，以防止沉井突然发生突沉事故。

 

　　 （4）不排水下沉阶段沉井下沉到-3.5m标高后，采用井内灌水，不排水下沉施工方法。井内灌水后，井内外水位差控制在0.50m左右，以避免井体下沉过快。采用空气吸泥机与潜水员冲吸相配合的形式出土。水中下沉时确保井内水位高于地下水位，下沉时应监测和控制水位、井底开挖几何尺寸、下沉量和速度以稳定井底土体、防止突沉，控制终沉。取土过程中，取土速度应适当，方位应相应对称，锅底深度不得过多低于刃脚踏面，严禁掏挖刃脚踏面外土体。并及时量测井内各区域的土体深度，保证沉井底部土体高度均匀。下沉过程中，对沉井周边沉降点做好监测，根据反馈信息合理控制井内水位，把地表变形控制在最小。沉井接近标高时，潜水员应到井底检查锅底状况，并根据井底具体情况冲刷土体，保证沉井平稳到位，并冲清封底砼的接触面。终沉初定刃脚踏面为警示标高，比设计高程抛高200mm，当沉井的进尺到最后2m时即进入终沉阶段。当沉井下沉接近设计标高时，应加强观测，待8小时内沉井自沉量累计小于10mm时，方可进行沉井封底。沉井施工到位后，测量要求每隔4～6小时观测一次四方向高差。

 

　　 （5）沉井下沉异常情况预防及处理不排水下沉常见异常情况主要有沉井突沉、倾斜及位移。

 

　　 突沉是沉井在瞬间发生突然下沉，一次下沉量可达几米，对工程质量和施工人员安全威胁很大。突沉在粉土及粉砂层中发生突沉的可能性较大，因该土层具有触变性，经扰动后其强度显著降低，摩擦力变化范围很大，当锅底挖的过深，而且比较接近刃脚时，沉井暂时被外壁摩阻力和刃脚正面阻力托住，使其处于相对稳定状态，当继续取土时，井外侧壁摩阻力达到极限值，井壁阻力因土的触变性而突然下降，刃脚下土体造破坏而发生突沉。因此应适当加大沉井下沉系数，形成挤土下沉状态，刃脚斜面应始终埋在土中。严格控制挖土深度，特别是发生停沉时，切忌操之过急盲目加大锅底深度来促沉，应通过逐步削除近刃脚土体，使沉井挤土下沉。严格控制锅底挖土深度，特别靠近刃脚处土体不得出现无坡度现象，每次抽水迫沉时，抽水速度不宜过快，要有专人负责观测沉井下沉速率，控制抽水深度，防止沉井突沉。

 

　　 沉井倾斜一般是由于沉井刃脚下土质软、硬不均匀、井内土面高差悬殊、刃脚下掏空过多沉井突然下沉、刃脚一侧被障碍物搁住未及时发现和处理等原因造成。因此应加强沉井过程中的观测和资料分析，发现倾斜要及时纠正；在刃脚高的一侧加强取土，低的一侧少挖或不挖土，待正位后再均匀分层取土；在井外深挖倾斜反面的土方，回填到倾斜一面，增加倾斜面的摩阻力。

 

　　 4水下砼封底

 

　　 沉井下沉前，应先对封底砼与沉井壁接触面上的砼表面凿毛处理；封底前用潜水泵冲除该砼表面的淤泥，死角处用钢刷清除，然后在仓内吸除淤泥，灌入碎石压淤和造底。井内均匀布置4根导管，在每根导管上设1集料斗，该集料斗要有2m3混凝土的容积，导管采用219mm无缝钢管制作，每根导管内均设一球胆，待集料斗的混凝土料灌满后，将扎接球胆的绳索砍断进行浇灌。浇捣时导管的提升速度应根据混凝土的进料速度，要注意导管端头始终插入混凝土中50cm左右。砼封底面应比设计底板面标高高0.5m，因为水下砼灌入时有大量淤泥和废物渣带上来，测深器只能测表面标高不能识别砼质量好坏，高出部分待井内抽水后再凿去。

 

　　 常熟滨江水厂原取水泵房位于新建泵房西侧50M，在沉井过程中，定期对原取水泵房进行了观测，未发现沉降等不良现象。不排水沉井施工由于对周围地下水影响极小，周围建筑物不会因地下水位的下降而造成沉降现象，但不排水沉井施工难度大，工期长，工程造价较排水沉井高。