某污水处理厂粗格栅及提升泵站工程，位于某沿海城市开发区内河流西边，距离河堤50m，地下水位标高为-3.2m。其中提升泵房分上下两层的结构，上部为框架单层，下部为9.2m×l4m的方形沉井，沉井深度为13m，其内部设置中隔墙、框架梁及楼板。沉井混凝土强度等级为C35，抗渗等级为P6。沉井利用自重下沉。

 

　　地质情况划分为三个成因层：

 

　　①上部陆相层，层厚0～l.7m，主要为人工填土及漫滩相粉质粘土，呈黄色，可塑至软塑，中压缩性至高压缩性；

 

　　②上部浅海相层，层厚1.7～10.7m，以含细砂淤泥和淤泥为主灰黑色，含贝壳碎屑及少量粗砾沙流塑状态；

 

　　③上部浅海相层，层厚10～17.1m，以淤泥质粘土为主，灰黑色，呈很湿-饱和，软塑-可塑状态。沉井在第一层土上预制。沉井刃脚设计标高位于第二层土体中。

 

　　因地质较软，地下水位高，沉井刃脚处于第二层土体为高流塑性淤泥层，此为软弱地基，故施工中采取了以下措施。 

 

　　2.1水泥深层搅拌桩地基处理

 

　　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，根据设计意图，对沉井内的地基采取水泥土搅拌桩进行加固处理，因上部土方要挖除，所以只对沉井底板下地基土进行处理。沿沉井位置设置水泥深层搅拌桩，搅拌桩桩径0.6m，桩总长20m，钻孔机注水空钻进入地底8m后，掺入水泥浆料，水泥掺量为被加固土体重量的15％。通过钻孔机在地基深部使水泥与湿土充分拌合，凝结成桩体，连续施工，此次地基处理共打桩162根，28d抗压强度可达800～1000kPa，满足沉井施工要求，可以有效防止超沉，为沉井封底后泵房的稳定提供了保障。

 

　　2.2水泥深层搅拌桩连续墙控制下沉

 

　　2.2.1导向和防止突沉、涌土

 

　　根据初步设计构想，在井壁宽度范围内、刃脚之下，采取水泥深层搅拌桩是防止沉井突沉、沉降速度过快和涌土的综合性措施，其作用原理如下：①水泥搅拌桩形成了水泥土的连续墙，对于沉井来说是一个封闭夹在淤泥之中的承载墙体，整个沉井的下沉过程也就是这一承载墙的挖除过程，这样沉井的下沉速度和平稳程度完全可以得到控制。②在淤泥质软土中实施沉井，在挖土下沉过程中易发生涌土现象，即井壁外的流塑状淤泥因井内外土面高差较大时失稳而产生滑动，滑动弧面刃脚下挤入井内，使井内只出土但土体标高不降，而井外土体标高下沉，极易产生不均衡的土压力，致使沉井倾斜。刃脚下预先施打两圈水泥搅拌桩，形成了1.2m厚的水泥土墙，阻止了井壁外土体形成的滑动面向井壁内滑动涌入。

 

　　2.2.2控制沉井下沉的设计深度

 

　　沉井下沉至设计标高，刃脚底面之下土层仍为淤泥时，由下沉系数可知，淤泥土承载能力远远不够，将会下沉不止，现采取刃脚下预打水泥搅拌桩形成了水泥土的连续墙，能够使沉井刃脚底面下沉至设计标高时，落在水泥搅拌桩地下连续墙的桩顶面上，解决了控制沉井下沉深度问题。当需要沉井下沉时，只需凿除桩头，沉井可凭自重克服土体的摩擦力和支撑力而下沉，一旦刃脚沉至桩头即可止沉。

 

　　2.3刃脚垫木铺设

 

　　第一层土的地基承载力［σ］＝120kPa，综合考虑1期钢筋混凝土沉井的预制重量、模板和脚手架重量、上部施工人员及机具重量、振捣荷载、混凝土倾倒冲击力等因素，计算出最不利荷载组合G，利用公式s≥G／[σ]计算承压面积。采用铁路专用轨枕，折算成单边铺设枕木根数N，枕木下铺设100mm厚碎石找平层，垫木面应保持在同一水平面上。

 

 

　　沉井施工的主要步骤如下：地基处理→阻水墙施工→挖土降低场地标高2m→降水井施工→1期沉井制作（7m高）→取土下沉至预沉标高→2期沉井制作（6m高）→取土下沉至设计标高→封底及底板施工→浇注中隔墙→现浇楼板和顶板。

 

　　3.1沉井的制作

 

　　沉井制作时应注意以下几个方面：①在混凝土中掺加TL型高效早强减水剂及IC–2型钢筋阻锈剂。严格控制混凝土的水灰比，采用混凝土输送泵输送，通过导管浇注，振捣密实。②模板采用组合钢模板，在墙壁对拉螺栓处加设50mm×60mm的木条，竖向每900mm设一道，模板外侧用两根Ф50mm钢管作为横楞及竖楞。内外架立双排脚手架，以保证模板的强度、刚度及稳定性。③预埋件及套管要求准确就位，并与井壁筋焊牢，中心最大偏差应小于1cm。④模板间采用拟6mm的拉杆，中间设止水片，拆模后凿掉拉杆露出混凝土表面的部分并在局部剔除表面混凝土厚2cm，用膨胀水泥抹平，施工缝采用企口缝的型式。⑤预留3组混凝土试件，通过试压确认混凝土达到设计强度的100％后方可下沉。

 

　　3.2沉井的下沉

 

　　3.2.1施工准备

 

　　（1）井壁外画观测标志，在沉井四角设水准观测点，观测下沉量及平衡情况；在中轴线处设垂直线，观测沉井位移及平衡。

 

　　（2）运土设备的安装。在北侧井口架设3道工字钢横梁，铺设人行步板，加工2组提升架，取土手推车自井底提升至井顶后由人工将土倒入沉井外侧的滑槽，滑至机动翻斗车内，运至弃土场。

 

　　3.2.2取土下沉

 

　　（1）抽去垫木

 

　　原则：先抽一般垫木，再抽定位垫木，定位点为每边距端头0．15L(L为沉井边长）处，每15根垫木为一组。

 

　　方法：由专人指挥，分区依次对称、同步地进行。将垫木底土挖去，使垫木下空，抽除垫木，每抽出3根随即用大砂砾回填夯实，定位垫木视情况对称抽除，被压断的枕木待取土下沉时逐一取出。

 

　　（2）挖土下沉

 

　　采用人工台阶式挖土、利用自重下沉。挖土从提升架处开始挖向四周、均衡对称地进行，每层挖土厚度50cm，边挖边运，在刃脚处留1.0m宽土台用人工逐层切削。每人负责2~3m，沿刃脚方向均匀、对称、同步进行。每次削5~15cm，当地垅挡不住刃脚的挤压而破裂时，沉井便在自重作用下下沉，刃脚上部土方必须边挖边清理。当地垅削至刃脚，沉井不沉或下沉不均衡时，则可按平面布置分段的次序逐段对称地将刃脚下的土挖空，并挖出刃脚5~l0cm，随即用碎石回填夯实，待全部挖空回填后，再分层取走碎石，使沉井均匀下沉。下沉初期，应保持缓慢均匀，每次下沉深度为30cm，待刃脚切入土体2.0m后，每次下沉70~80cm，直至设计标高，平均每天下沉深度1.5m。

 

　　3.2.3测量控制

 

　　抽除垫木前，在井外壁测设井壁轴线，标出墨线用以观测轴线的偏移。在墨线上用红铅油标出设计标高线，每50cm为一刻划，用以观测倾斜及下沉量。在井内壁十字中轴线处，由井口吊设四个垂球，标出墨线，在下部划出标尺，每1cm为一分划，以便井内取土指挥人员观察垂直度，当垂直球偏离墨线5cm时，立即纠正。每班观测两次，做好记录，发现倾斜、位移、扭转时随时纠偏。当沉井刃脚沉至距设计标高2m时，对下沉与挖土情况要加强观测。

 

　　3.2.4下沉纠偏

 

　　沉井偏移、扭转是多种因素（如土质不均、倾斜、偏重等）造成的。总的纠偏原则是：先纠正位移，再纠正倾斜。纠正位移的方法有：①使沉井向偏位的相反方向倾斜，然后几次纠正倾斜：②使沉井向偏位的方向倾斜，沿倾斜方向下沉直至刃脚中心线与设计中心线重合，再纠正倾斜。纠正倾斜的方法有：①在刃脚高的一侧增加取土，低的一侧少取或不取土：②在刃脚的一侧适当回填石块，延缓下沉。

 

　　此次沉井下沉以预防为主，发现偏斜，及时纠正。最终，测定整个沉井轴线南北向位移1cm，东西向位移0.5cm，刃脚高低差仅为lcm，高程+20mm，倾斜度为井深0.3%，未发生扭转现象，下沉控制较为理想。

 

　　3.3封底

 

　　当沉井刃脚沉至封底标高，并在8h内自然下沉量不超过10mm时即可进行封底。沉井刃脚处在易液化的土层中。一经扰动容易形成橡皮泥。封底时，抛填一层片石，然后用混渣作为找平层，上部分层夯填土石屑至垫层底标高。在沉井中央设置1～2个集水井，自刃脚向集水井设置放射状盲沟，使井底水汇集到集水井中，用污水泵排出。待底板混凝土强度达到70％后，进行封堵。将井内水抽干后灌入C35早强混凝土，装上法兰，再在上面浇筑一层混凝土，使之与底板持平。垫层浇注应均匀、对称地进行，待强度达到30％后，进行底板混凝土的施工，浇注应先沿四周边后向中央分层进行，捣固密实，并加强养护。

 

 

　　在距河海近、地下水位高的情况下，挖土下沉沉井如此顺利，在诸多措施中由搅拌桩地基处理和搅拌桩连续墙控制下沉起着关键性的作用，防止了流砂、突沉和涌土的发生；对于平面尺寸较大的沉井，在井内增加1～2个降水井起到降水效果，同时可替代封底集水井，待沉井封底时，采用封集水井的办法封死降水井。本设计方案综合考虑地质环境条件，选择合理的施工方案，施工中采取有效控制措施，实现了施工质量、进度、成本控制目标和安全管理目标。