引言

 

　　沉井是给水排水和桥梁工程以及工业与民用建筑工程中作为深基础的一种构筑物。它是在地面上用钢壳、钢筋、混凝土等诸多材料制成的带有刃脚的箱形或筒形结构物作为基坑坑壁的支撑，在井壁的保护下，用机械和人工在井内挖土，使其在自重作用下沉入土中的一种地下构筑物，它具有结构刚性好、施工简便、安全可靠、节约投资以及加快施工进度等优点，在基础工程中得到了广泛的应用。沉井施工的工艺不复杂，施工时对邻近建筑物的影响较小，内部空间可以利用，因此，城市配套管网中的应用日益增多。采用不排水下沉法，避免在城市基础设施建设中因降水施工沉井而导致周边建（构）筑物和道路的不均匀下沉。沉井虽然具有这些优点，一旦在施工过程中稍有不慎或质量控制不好，都将会出现一系列质量问题，纠偏起来难度相当大，给工程的正常使用带来很大的影响。

 

 

　　东新五路排水管网改造工程采用内径DN2000，壁厚24mm的钢管，长约508.3m，由下游向上游顶进，坡降i=0.43%。管线所经地段土层断面基本上为细粉砂层，且在地下水位较高，易产生流砂现象。管道穿越滨江路段，顶管施工的操作井位于沙溪河岸，沙溪河常水位125.5m，管底标高123.1m，地面标高127m，且又紧邻东新五路大桥，地下管线多，因此采用钢沉井施工。钢沉井采用钢结构双壁板，中间浇筑C25素混凝土，下沉采用不排水下沉，水下混凝土封底。钢沉井设置二个穿墙管、二个闷板，分二节制作，二次下沉，总高8.5m，上沉井高3.5m，下沉井高5m，钢沉井壁厚1m，在工厂分段制作，运到施工现场进行拼装成型。钢沉井内尺寸8m×5m，外尺寸10m×7m。钢沉井下节自重3475KN，浮力750KN；钢沉井总自重6087KN，总浮力1632KN。

 

 

　　2.1钢沉井的施工工艺流程：测量放样——基坑开挖——砂垫层施工——浇筑混凝土垫层——钢结构双壁板工厂制作——第一节钢沉井现场拼装——浇筑混凝土——下沉到位——钢沉井上半部现场拼装——浇筑混凝土——下沉到位——水下混凝土封底——浇底板

 

　　2.2钢沉井的地基处理；在钢沉井下沉处进行基坑开挖、找平，垫层用粗、中砂50mm分两层夯压密实做地基的传力层，为防止由于地基不均匀下沉引起井身开裂，并在上铺设C10砼30cm厚垫层一道，使钢沉井第一次制作时的重量通过混凝土垫层扩散后的荷载值小于下卧层地基土的承载力特征值。

 

 

　　3.1下沉系数的计算

 

　　钢沉井下沉前，为了保证沉井施工时能顺利下沉到设计标高，需要验算钢沉井自重是否能克服下沉时土的摩阻力满足下沉的要求，应当计算下沉阶段钢沉井的下沉系数。

 

　　钢沉井下沉系数计算如下：

 

　　K0=（G-B）/Tf=（G-B）/L（H-2.5）fc

 

　　式中K0——下沉系数，一般取值范围宜在1.05～1.25

 

　　G——井体自重（KN）；

 

　　B——下沉过程中地下水的浮力（KN）；

 

　　Tf——井壁总摩擦力

 

　　L——井壁外周长

 

　　H——井壁高度

 

　　fc——单位面积的摩阻力，粉砂土经验值取20kpa。

 

　　第一节钢沉井下沉系数：

 

　　K0=(3475-750)/（10+7）*2*（5-2.5）*20=2725/1700=1.6>1.05

 

　　第二节钢沉井下沉系数：

 

　　K0=（6087-1632）/（10+7）*2*（8.5-2.5）*20=4455/4080=1.09>1.05

 

　　由计算可知，二次下沉的钢沉井自重均能够满足下沉的要求。

 

　　3.2钢沉井稳定性系数：

 

　　分节制作、分次下沉的沉井，前次下沉后进行后续接高施工应验算接高后下沉稳定系数，以防止突沉或下沉标高难以控制。

 

　　K0’=（G-B）/(Tf+R)

 

　　式中K0’——下沉稳定系数

 

　　R——沉井刃脚踏面支承力（KN）

 

　　R=0.1*(10+7)*2*300=1020kN（粉砂土的极限承载力300KN/m2）

 

　　K0’=（6087-1632）/（4080+1020）=0.87<1.0

 

　　由计算可知，说明钢沉井能够稳定而不会发生突沉。

 

　　3.3钢沉井下沉

 

　　该钢沉井是属于小型沉井的，采用二次制作，二次下沉的方案；下沉的时候，采用50T履带双索抓斗起重机进行水下抓土下沉，抓斗挖掘井底最中央部分的土，使钢沉井底形成锅底。由于该场地的土质较软弱，一般当锅底比刃脚低1～1.5m的时候，钢沉井就可以依靠自重下沉。而将刃脚下的土挤向中央，再从井孔中继续挖土，钢沉井就可以接着继续下沉了。钢沉井在下沉过程中随时进行测量，保证下沉速度和垂直度，挖土时对称进行，刃脚处不得挖土，发生倾斜达到5cm时立即停止取土下沉，进行纠偏。当第一节钢沉井顶距地面0.5m时，再在其上按照设计制作第二节钢沉井，达到设计强度后继续按第一节方法下沉。

 

　　3.4钢沉井纠偏

 

　　在刚开始下沉施工程中，由于无施工经验，出土速度过快，未能均匀控制除土，钢沉井发生扭转偏移。

 

　　为了保证钢沉井位置准确，在钢沉井的A、C两对角偏除土，另外两对角填土，借助刃脚下不相符的土压力所形成的扭矩使钢沉井在下沉进程中逐步纠正到位。所在偏差在下沉到刃脚接近第一节设计标高50cm时，基本纠正好。在第二节时谨慎下沉，缓慢除土保证下沉中不再偏移。

 

 

　　在钢沉井下沉到位后，应进行8小时的连续观察，如下沉量小于10mm时可进行封底，封底采用水下混凝土封底。封底施工应结合封底要求控制基底土层高度，确保混凝土封底厚度，并用抽砂泵清除井内锅底浮泥，并派潜水员将钢沉井四周冲洗干净，选择质地优良毛石进行基底抛石处理（需一人搬动为宜）抛填至钢沉井棱角处由潜水员潜入平整。

 

　　水下封底施工时，导管底距基底面30～40cm，在导管顶端接好3m3储料漏斗。漏斗满盛坍落度较大的混凝土，用砍球法灌注，球塞安放在漏斗颈部，并用绳索或粗铁丝系牢。球塞中心在水面以上，在球塞上部先铺一层稠水泥砂浆。割断绳索，同时迅速不断地向漏斗内灌注混凝土，此时导管内球塞，空气和水受混凝土挤压由管底排出，瞬间混凝土在管底周围堆筑成一圆锥体，将导管下端埋入混凝土堆内至少1m，使水不能流入管内，将以后再灌注的混凝土在无水的导管内源源不断的灌入混凝土堆内，随灌随向周围挤动，摊开升高。为了达到要求的扩散半径，混凝土坍落度一般为20～22cm。导管上部用3节长度1m左右的短管组成，提升后便于拆卸，其余部分用长导管组成，其最下部一节不带法兰盘，以免破坏水下混凝土和管端部的防水效果。导管内壁力求光滑，误差小于±2mm。导管有足够的抗拉强度，能够承受导管自重和盛满混凝土后的总重量。拼接后的试验拉力不小于上述重量的2倍。导管提升时做到慢提快落，当漏斗已达最大高度不能再提升时，可拆卸上部短节。此时，快速降低导管，使其下部插入混凝土中，拆除时间控制在20～30min。在混凝土表面已达到设计标高时，多浇筑10～20cm，然后将导管拔出，冲洗干净。若封底抽水后仍有渗漏现象，先进行修补或设置反滤层，然后再浇筑混凝土底板。

 

　　5浇注砼底板

 

　　在封底砼达到设计要求强度后，将钢沉井内的积水用潜水泵抽干；底板混凝土浇筑前，落实混凝土的供应条件，保证底板连续浇筑。同时为了保证混凝土底板与钢沉井内壁的密封，清除钢沉井接口表面的垃圾并凿毛，同时根据经过报批的配合比试验，在混凝土中掺入一定数量的微膨胀添加剂。

 

 

　　在施工过程中一开始就应从思想上高度重视，严格按操作规程和施工规范施工，把好各个关口，贯彻以“预防为主，纠偏为辅”的原则，防止方法如下：

 

　　6.1钢沉井在下沉过程中，实际上总是在摇摆中下沉的，而并非绝对平稳均匀，所谓防止偏差就是使其控制在最小范围之内，做到基本均匀。因此在下沉中要根据测量资料随偏随纠。

 

　　6.2为了随时检查钢沉井是否铅直下沉，用水准仪测量，把钢沉井各点的高差数据，及时告诉挖土人员，以便及时纠正。

 

　　6.3在井内除土，应先从中间开始，均匀对称地、逐步地向四周刃脚处分层取土，以便钢沉井均匀缓慢下沉，防止倾斜。特别是在钢沉井下沉初期，因入土较浅，土层对沉井的平衡稳定作用差，容易产生倾斜，尤应注意。

 

　　6.4近刃脚处，任何情况下，在下沉过程中，除土泥面不宜低于刃脚；中间井孔的除土泥面，应根据土质情况和沉井大小，入土深度不宜低于刃脚踏面1～2m。

 

　　6.5下沉过程中，应常测量井内除土的泥面标高、下沉量、倾斜和位移的变化情况。下沉时标高、轴线位移每班至少测量一次，每次下沉稳定后应进行高差和中心位移量的计算。终沉时，每小时测一次，严格控制超沉，钢沉井封底前自沉速率应小于10mm/8h。如发生异常情况应加密量测。

 

　　6.6下沉中要随时掌握土层变化的情况，分析和检验土壤阻力与钢沉井重量的关系，选定适当的除土下沉方法，控制其除土部位和除土数量，使钢沉井能均匀平稳地下沉。

 

　　6.7应特别注意井内水位标高，使其不得低于井外水位；施工过程中应随时监测和控制井内水位、井底开挖的几何尺寸、下沉量和速度以稳定井底，防止突沉，控制终沉。

 

　　6.8下沉过程中，应随时注意观测钢沉井周围地面沉降和开裂情况，以便采取措施，确保钢沉井附近的施工设施及其他建（构）筑物的安全。

 

　　6.9钢沉井下沉挖出的土方，应尽量及时运走，如确实来不及外运时，应远离钢沉井基坑边，四周均匀堆放，并防止将弃土堆放在井壁的一侧，以免产生偏土压力而使钢沉井偏斜。

 

　　6.10第一节下沉的钢沉井，当钢沉井快接近下沉预定标高时，应注意调平钢沉井，准备以后接高。此时，钢沉井下沉应特别注意除土部位和深度，防止钢沉井下沉量过快、过大而产生较大的偏斜，增加接高工作的困难。

 

　　6.11钢沉井下沉至设计标高以上约2.0～2.5m时，应严格控制井内的除土量、下沉速率，同时还应调平钢沉井，防止因除土量过大和除土不均匀，使钢沉井产生突沉，而引起较大的偏斜，增加了准确下沉至设计标高的困难。如不产生突沉，即使有少量偏斜，因为尚有2.0～2.5m的下沉高度，可以进行纠偏处理，而不致于使钢沉井超沉。

 

 

　　东新五路排水管网改造工程采用不排水下沉施工技术，安全可靠，施工速度快，下沉质量好，且在施工中采取的有效方法防止钢沉井下沉产生偏差，最后终沉各项控制指标均符合设计和规范要求。水下混凝土封底施工完成后，经过一段时间的观测未发生继续沉降。施工过程中和工程竣工后，距钢沉井仅2m的DN600给水管和相邻东新五路大桥桥墩均保持正常状态，施工取得良好效果，达到了预期的目的。为今后类似工程施工积累了一定的、可借鉴的经验。