摘要：大型污水处理厂中的提升泵房具有面积不大、深度深的特点，非常适合采用沉井法施工。在不同的地质情况下，选用合理的沉井施工工艺、工法尤其重要。其中，沉井制作方案的选择、降水方案的选择、下沉安全系数的计算、刃脚支设、沉井封底施工、下沉过程控制等，都是监理控制的重点。
1项目工程概况与地质概况
某大型污水处理厂设计污水处理能力7.5万m3/d，其中提升泵房土建规模10万m3/d，设备安装7.5万m3/d，泵房沉井为钢筋混凝土圆形构筑物，内壁直径15.6m，外壁直径16.2m，壁厚0.60m，井筒内面积约191m2。沉井总高度为14.60m，其顶面标高比泵站室外地坪的标高高出0.60m，沉井的埋置深度为14m。沉井底部的构造要求为：200mm厚道碴垫层+100mm厚C10素混凝土垫层+800mm厚C30底板混凝土。沉井结构混凝土等级C30，井壁及底板混凝土抗渗等级均为S6。
沉井施工场地的地貌单一，属漫滩地形，地形较平坦，无暗浜等不良地质现象。工勘资料显示上部土层0—-4m为淤泥质粘土和粉质粘土，下部为淤泥质粉质粘土，局部有砂质粉土。场内浅层地下水属潜水类型，受大气降水和地表径流补给，地下水位埋深0.8~0.9m，地下水年平均水位埋深取0.50~0.70m。
2沉井施工方案设计
2.1沉井井壁摩阻力参数
勘察单位根据静力触探比贯入阻力Ps值、土性指标及特征，并参照有关规范要求，推荐了各层土的沉井井壁摩阻力参数如下表所示：
根据地址勘探资料分析，由于砂质粉土层较厚，结构性差，透水性较强，沉井开挖时有可能造成流砂。为此，在沉井的设计和施工中应充分考虑这一影响因素，尤其在施工过程中，应采取必要的降水措施。
2.2沉井的主要施工方法选择
沉井是用于深基础和地下构筑物施工的一种工艺技术，其原理是：在地面上或地坑内，先制作开口的钢筋混凝土筒身，待筒身混凝土达到一定强度后，在井内挖土使土体逐渐降低，沉井筒身依靠自重克服其与土壁之间的摩阻力，不断下沉直至设计标高，然后经就位校正后再进行封底处理。
沉井方法有多种选择，如：排水下沉和不排水下沉；一次制作、一次下沉和分节制作、分节下沉等。根据本工程的特点和设计的具体要求，沉井的主要施工方法将采用排水下沉和干封底的工艺技术。该方法可以在干燥的条件施工，挖土方便，容易控制均衡下沉，土层中的障碍物便于发现和清除，井筒下沉时一旦发生倾斜也容易纠正，而且封底的质量也可得到保证。
2.3沉井施工降水方案的选择
本工程沉井施工降水方案选择井外真空深井泵与井内明排水相结合的降水方法。与其他降水方法相比，采用该方法降水不但施工方便、降水效果好，而且能有效防止遇到砂质粉土层可能发生的流砂或管涌等不良现象发生，以此保证沉井施工的安全和顺利进行。
2.4沉井制作与下沉方案的选择
本工程沉井比较高，采用两节制作、两次下沉的方法。第一节沉井高度为8m，起沉标高为-2.4m；第二节沉井高度为6.6m，在第一节沉到距自然地坪0.6m时开始施工。
3沉井工艺流程
根据本工程的特点与施工方法，沉井主要工序的工艺流程安排
4沉井刃脚的支设
沉井下部为刃脚，其支设方法取决于沉井的重量、施工荷载和地基承载力。常用的刃脚支设形式有垫架法、砖砌垫座和土模。
根据本工程的具体施工条件分析，沉井的刃脚支设形式宜采用垫架法。垫架的作用是将上部沉井重量均匀传递给地基，使沉井制作过程中不会产生较大的不均匀沉降，防止刃脚和井身产生破坏性裂缝，并可使井身保持垂直。
采用垫架法时，先在刃脚处铺设砂垫层，再在其上铺设垫木（枕木）和垫架。垫木常用150×150mm断面的方木。垫架的数量应根据第一节沉井的重量和砂垫层的容许承载力计算确定，间距一般为0.5~1.0m。垫架应沿刃脚圆弧对准圆心铺设。
5沉井下沉系数验算
沉井下沉前，应对其在自重条件下能否下沉进行必要的验算。沉井下沉时，必须克服井壁与土间的摩阻力和地层对刃脚的反力，其比值称为下沉系数K，一般应不小于1.15~1.25。井壁与土层间的摩阻力计算，通常的方法是：假定摩阻力随土深而加大，并且在5m深时达到最大值，5m以下时保持常值。
根据《建筑施工计算手册》沉井下沉系数的验算公式为：K=（Q-B）/（T+R）
式中：K——下沉安全系数，一般应大于1.15~1.25
Q——沉井自重及附加荷载（kN）
B——被井壁排出的水量（kN），如采取排水下沉法时，B=0
T——沉井与土间的摩阻力（kN），T=πD（H-2.5）•f
D——沉井外径（m）
H——沉井全高（m）
f——井壁与土间的摩阻系数（KPa），由地质资料提供
R——刃脚反力（kN），如将刃脚底部及斜面的土方挖空，
则R=0
本工程沉井的验算的条件为：
沉井外径：16.2m
沉井全高14.6m，分二节制作、二次下沉，第一节高度8m，第二节高度6.6m
第一节沉井的重力为15.6×3.14×0.6×8×25=5881kN
沉井总重力为15.6×3.14×0.6×14.6×25=10727kN
井壁摩阻系数为：取淤泥质粉质粘土层为15KPa。
第一节沉井下沉系数验算：
K1=5881/3.14×16.2×（8-2.5）×15=1.40
第一节沉井的下沉系数满足安全验算要求。
第二节沉井下沉系数验算：
K2=10727/3.14×16.2×（14.6-2.5）×15=1.16
第二节沉井的下沉系数满足安全验算要求。
6沉井施工技术监理控制要点
6.1复核下沉系数计算。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，在淤泥之中，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。
6.2沉井制作浇筑过程中，加强对浇筑沉井的倾斜程度观测，及时提供调整方案和测量数据，避免发生在制作过程中倾斜。沉井的接缝宜采用钢板止水片，确保沉井在接缝部位的强度和止水要求。井壁的孔洞在下沉之前封堵好，避免漏水，较大孔洞需预埋钢框。
6.3下沉过程采用排水施工方案，易于工程施工，针对本工程中局部层面可能出现的流砂，可采用暂时不排水施工方案，通过流砂层面后再排水施工。在沉井通过局部流砂层和软土层时，采用先从刃脚部位挖起，每层不超过30cm。本工程的淤泥质粘土，可以采用排水和不排水相结合的方法进行。
6.4沉井下沉速度控制
沉井下沉速度控制也是一个重要方面，一般来讲对沉井下沉速度没有严格的限制，需根据施工经验和沉井下沉的具体情况而定，本工程施工中主要按以下原则进行：
6.4.1在沉井刃脚高差不大时(在水平间距的0.5%以内)，沉井的下沉速度越快越好；
6.4.2沉井下沉速度均匀为宜；
6.4.3沉井在粉砂土等易引起涌砂的土层中下沉时，应加快下沉速度。
6.5沉井平面位移控制
对沉井平面位移的控制主要是通过控制沉井刃脚高差来实现，如果沉井刃脚高差不大，则沉井平面位移较易得到控制，它们之间的关系并无定量计算，但有一些联系：
6.5.1沉井哪个角下沉得快(即刃脚较低)，则沉井就会向哪个方向移位；
6.5.2沉井刃脚高差大时，沉井位移量大；
6.5.3沉井始终在同一个方向的刃脚高差下下沉时，沉井位移量较大。
6.6沉井开始5m内，密切注意保证平面位置的垂直度，纠偏宜采用钻孔射水冲刷法和井外挖土法。
6.7沉井封底，在本工程中由于地下水丰富，地下水压力较大宜采用水下浇筑混凝土，采用多导管同时浇筑方法，既能够减少水压力对新浇混凝土破坏作用，又可以避免施工困难。沉井封底：沉井刃脚沉至设计标高就要封底。在水下封底砼浇注前，必须清除“锅底”拢动过的泥土，再抛0.5m厚碎石层做锅底垫层；采用垂直导管法浇灌水下封底砼（灌注顺序应从周边仓至中间仓）。当封底砼养护达到设计强度，抽干沉井内水，凿除封底砼高出设计标高部分。封底施工质量具体控制要点如下：
6.7.1基底的浮泥、沉积物和风化岩块等应清除干净。当为软土地基时，应铺以碎石或卵石垫层。
6.7.2混凝土凿毛处应洗刷干净。
6.7.3导管应采用直径为200～300mm的钢管制作，并应有足够的强度和刚度。导管内壁应光滑，管段的接头应密封良好并便于拆装。
6.7.4导管的数量应由计算确定。导管的有效作用半径可取3～4m。其布置应使各导管的浇筑面积互相覆盖，对边沿或拐角处，可加设导管。
6.7.5导管设置的位置应准确。每根导管上端应装有数节1.0m长的短管；导管中应设球塞或隔板等隔水。采用球塞时，导管下端距井底的距离应比球塞直径大5～10cm；采用隔板或扇形活门时，其距离不宜大于10cm。
6.7.6每根导管浇筑前，应备有足够的混凝土量，使开始浇筑时，能一次将导管底埋住。
6.7.7水下混凝土封底的浇筑顺序，应从低处开始逐渐向周围扩大。当井内有隔墙、底梁或混凝土供应量受到限制时，应分格浇筑。
6.7.8水下封底混凝土强度达到设计规定，且沉井能满足抗浮要求时，方可将井内水抽除。
7沉井下沉过程监理控制重点
7.1第一节沉井制作完成后，其混凝土强度必须达到设计强度等级的100%后方可进行刃脚垫架拆除和下沉的准备工作。
7.2井内挖土应根据沉井中心划分工作面，挖土应分层、均匀、对称地进行。挖土要点是：先从沉井中间开始逐渐挖向四周，每层挖土厚度为0.4~0.5m，沿刃脚周围保留0.5~1.5m的土堤，然后再沿沉井井壁每2~3m一段向刃脚方向逐层全面、对称、均匀地削薄土层，每次削5~10cm，当土层经不住刃脚的挤压而破裂时，沉井便在自重的作用下挤土下沉。
7.3井内挖出的土方应及时外运，不得堆放在沉井旁，以免造成沉井偏斜或位移。如确实需要在场内堆土，堆土地点应设在沉井下沉深度2倍以外的地方。
7.4沉井下沉过程中，应安排专人进行测量观察。沉降观测每8小时至少2次，刃脚标高和位移观测每台班至少1次。当沉井每次下沉稳定后应进行高差和中心位移测量。每次观测数据均须如实记录，并按一定表式填写，以便进行数据分析和资料管理。
7.5沉井时，如发现有异常情况，应及时分析研究，采取有效的对策措施：如摩阻力过大，应采取减阻措施，使沉井连续下沉，避免停歇时间过长；如遇到突沉或下沉过快情况，应采取停挖或井壁周边多留土等止沉措施。
7.6在沉井下沉过程中，如井壁外侧土体发生塌陷，应及时采取回填措施，以减少下沉时四周土体开裂、塌陷对周围环境造成的不利影响。
7.7为了减少沉井下沉时摩阻力和方便以后的清淤工作，在沉井外壁宜采用随下沉随回填砂的方法。
7.8沉井开始下沉至5m以内的深度时，要特别注意保持沉井的水平与垂直度，否则在继续下沉时容易发生倾斜、偏移等问题，而且纠偏也较为困难。
7.9沉井下沉近设计标高时，井内土体的每层开挖深度应小于30cm或更薄些，以避免沉井发生倾斜。沉井下沉至离设计底标高10cm左右时应停止挖土，让沉井依靠自重下沉到位。
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