沉井技术在泵站施工中的应用

文 章

河南省伟信招标管理咨询有限公司（450012）

1 沉井工程概况

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。

某泵站采用沉井法进行施工,结构为钢筋混凝土圆形构筑物，内壁半径8 m，外壁半径8.6 m，壁厚0.60 m，井筒内面积约201 m2，井内挖方约2 000 m3。沉井总高度为12.60 m，其顶面标高为5.30，刃脚底标高为-7.30。对照泵站室外地坪的设计标高5.00，沉井的埋置深度为12.30 m。

2 地质条件对沉井所产生的影响因素

根据地质勘探报告的分析，本工程的有关地质条件对沉井工程将产生不利的影响。沉井的沉入深度处于淤泥质粉质粘土和砂质粉土层土体中。该层土体为饱和、流塑状态，压缩性高，承载强度较低。因此需要采取地基加固措施，以保证沉井的稳定和控制沉降量。

3 施工部署

3.1 沉井的主要施工方法选择

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作以下选择，采用排水下沉和干封底的工艺技术进行施工。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。

3.2 降水方法选择

根据本工程的沉井施工特点分析，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，而且能有效防止砂质粉土层可能发生的流砂或管涌等不良现象，以此保证沉井施工的安全和顺利进行。

4 沉井工艺流程

测量定位→基坑开挖和降水→沉井刃脚垫层和垫架→沉井制作→沉井下沉→沉井封底→井内结构施工与安装。

5 施工技术要点

5.1 工程测量

1）沉井位置与标高的控制∶在沉井外部地面及井壁顶部设置纵横十字中心线和水准基点，通过经纬仪和水准仪的经常测量和复核，达到控制沉井位置和标高的目的。

2）沉井垂直度的控制∶在井筒内按4或8等分作出垂直轴线的标记，各吊线坠逐个对准其下部的标板以控制垂直度，并定期采用两台经纬仪进行垂直偏差观测。挖土时，应随时观测沉井的垂直度，当线坠离标板墨线达50 mm,或四周标高不一致时,应及时采取纠偏措施。

3）沉井下沉控制∶在井筒外壁周围测点弹出水平线,或在井筒外壁上的四个侧面用墨线弹出标尺，每20 mm一格，用水准仪及时观测沉降值。

4）沉井过程中的测量控制措施∶沉井下沉时应对其位置、垂直度及标高（沉降值）进行观测，每班至少测量两次（在班中和每次下沉后测量一次）。沉井接近设计的底标高时，应加强观测，每2 h一次，预防超沉。

5.2 井外深井降水与井内明排水结合

5.2.1 深井布设位置与要求

根据有关深井降水的技术参数测算，沉井外围应布置4口深度为15 m的深井,每口深井的有效降水面积约300 m2，降水深度可达到12 m左右，以此保证降水效果能满足排水沉井和干封底施工的需要。

每口深井配置一台JC100-110深井水泵，排量为每小时10 t，扬程38 m。深井泵电机座与井口连接处要垫好橡皮，并保证密封,防止漏气。真空泵与深井泵每2口连接为一组,配备一台2S-185的真空泵，通过抽真空加大井内外的压力差，以此加快集水速度，提高降水效果。

5.2.2 沉井内的明排水方法

在沉井外部采用深井井点截水的同时，在沉井内部开挖明沟、集水井，采用潜水泵进行明排水，以此保证降水效果。

5.3 沉井制作方法与技术措施

5.3.1 刃脚支设形式

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 mm×150 mm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0.5～1.0 m。垫架应沿刃脚圆弧对准圆心铺设。

5.3.2 沉井制作的钢筋施工工艺

井壁内的竖向钢筋应上下垂直,绑扎牢固，其位置应按轴线尺寸校核。底部的钢筋应采用与混凝土保护层同厚度的水泥砂浆垫块垫塞,以保证其位置准确。

井壁钢筋绑扎的顺序为∶先立2～4根竖筋与插筋绑扎牢固,并在竖筋上划出水平筋分档标志，然后在下部和齐胸处绑扎两根横筋定位，并在横筋上划出竖筋的分档标志，接着绑扎其它竖筋，最后再绑扎其它横筋。井壁钢筋应逐点绑扎，双排钢筋之间应绑扎拉筋或支撑筋，其纵横间距不大于600 mm。钢筋纵横向每隔1 000设带铁丝垫块或塑料垫块。

5.3.3 沉井制作的模板施工工艺

井壁的内外模板全部采用组合式的定型钢模板，散装散拆，以方便施工，但刃脚部位应采用非定型模板单独拼装、支设。平面模板选取300 mm×1 500 mm的规格，以满足圆形井壁的施工要求。围檩采用8号轻型槽钢按弧度分段定制。竖向龙骨采用φ48×3.5钢管。模板之间的连接件采用配套的U形卡、L形插销、钩头螺栓及对拉螺栓等。

第一节沉井制作时,井壁的内外模板均采用上、中、下三道抛撑进行加固，以保证模板的刚度与整体稳定性。第二节沉井制作时，井壁外模仍按上述方法采用抛撑，井壁内模可采用井内设中心排架与水平钢管支撑的方法进行加固。水平钢管支撑呈辐射状，一端与中心排架连接，另一端与内模的竖向龙骨连接。

5.3.4 沉井制作的混凝土施工工艺

混凝土浇筑采用汽车泵直接布料入模的方法。每节沉井浇混凝土必须连续进行，一次完成，不得留置施工缝。混凝土浇筑应分层进行，每层浇筑厚度控制在300～500 mm（振动棒作用部分长度的1.25倍）。

为了防止模板变形或地基不均匀下沉，沉井的混凝土浇筑应对称、均衡下料。上、下节水平施工缝应留成凸形或加设止水带。支设第二节沉井的模板前，应安排人员凿除或清理施工缝处的水泥薄膜和松动的石子，并冲洗干净，但不得积水。继续浇筑下节沉井的混凝土前，应在施工缝处铺设一层与混凝土内成分相同的水泥砂浆。

5.4 沉井下沉方法与技术措施

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0.4～0.5 m，沿刃脚周围保留0.5～1.5 m的土堤，然后再沿沉井井壁每2～3 m一段向刃脚方向逐层全面、对称、均匀地削薄土层，每次削5～10 cm，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。

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。沉井下沉近设计标高时，井内土体的每层开挖深度应小于30 cm或更薄些，以避免沉井发生倾斜。沉井下沉至离设计底标高10 cm左右时应停止挖土，让沉井依靠自重下沉到位。

5.5 沉井封底的主要方法

当沉井下沉至距设计底标高10 cm时，应停止井内挖土和排水，使其靠自重下沉至或接近设计底标高，再经过2～3 d的下沉稳定，或经观测在8 d内累计下沉量不大于10 mm时,即可进行沉井封底。

先对井底进行修整使其形成锅底形状，再从刃脚向中心挖出放射形的排水沟，内填卵石成为排水暗沟，并在中间部位设 2～3个集水井（深1～2 m），井间用盲沟相互连通,井内插入φ600～800 mm、四周带孔眼的钢管或混凝土管，四周填以卵石，使井底的水流汇集在井中，然后用潜水泵排出，以此保证沉井内的地下水位低于基底面0.5 m左右。垫层混凝土达到50%设计强度后，可进行底板钢筋绑扎。钢筋应按设计要求伸入刃脚的凹槽内。新老混凝土的接触面应冲刷干净。

底板混凝土浇筑后应进行自然养护。在养护期内，应继续利用集水井进行排水。待底板混凝土强度达到70%并经抗浮验算后，再对集水井进行封堵处理。集水井的封堵方法是∶将井内水抽干，在套管内迅速用干硬性的高强度混凝土进行堵塞并捣实，然后上法兰盘用螺栓拧紧，或用电焊封闭，上部再用混凝土垫实捣平。