沉井排水下沉对周边环境影响案例分析及防治

宋 甲 奇

(太原市市政工程总公司，山西 太原 030002)



沉井排水下沉对周边环境影响案例分析及防治

宋 甲 奇

(太原市市政工程总公司，山西 太原 030002)

通过对某工程项目案例中各参与方责任主体的研究与分析，找出了沉井下沉施工对周边环境的影响因素，并从沉井影响范围确定、结构设计、施工控制等环节，提出了针对性的防治措施，为今后类似工程项目施工提供借鉴。

沉井，排水下沉，结构设计，井管降水

0 引言

沉井施工时占地面积小，坑壁不需要设临时支持和防水围堰或板桩围护，与大开挖相比较，挖土量少，对邻近建筑物的影响相对较小，便于操作。但在实际的下沉过程中，往往会有各种原因造成井壁四周土体的变形或失稳，使沉井周围一定范围内的地面建筑物以及地下管线受到威胁遭到破坏。接下来以风峪河泵站沉井施工为例进行分析与探讨。

1 工程概况

某工程项目位于村子的西南角，东西两侧紧邻民宅院落。沉井为矩形结构，外壁采用阶梯形。结构的最大平面投影宽度和长度分别为25.4 m和36.2 m，建筑高度为21.7 m。设计文件要求在基坑四周布设深层搅拌桩作为止水帷幕，采用井管降水，在沉井东侧设置回灌井。地质报告显示表层0 m～3 m范围为杂填土；中间层3 m～19 m范围均以粉土、粉质粘土为主；底层19 m以下为细砂。自然地面以下3 m可见地下水。

2 事故经过

首先是帷幕工程施工，紧接着降水工程施工，在降水5 d后多数井已经无法连续抽水，部分井已干涸。接着刃脚基坑开挖，挖去表层3 m厚的杂填土开始刃脚垫层施工。该沉井结构采用四次浇筑三次下沉，实际下沉深度为15.6 m。从刃脚基坑开挖到混凝土封底历时79 d，为加快工程进度采用了提高混凝土标号和悬挑脚手架等措施。

施工过程中历尽艰辛，首节下沉2 m之后小型挖掘机已经不能在粉质粘土中正常行驶，发生多起陷机事故并造成一台小型挖掘机损坏。最后通过加垫枕木和钢板得以缓解。但此时的降水井中并没有多少地下水可供连续抽取，部分井干涸。由于挖出的土过于湿软，车辆无法及时清运，最后堆弃在沉井周边。

首节下沉到位后发现帷幕内地表出现不同程度的裂隙，以东西两侧较为明显。第二节下沉当中地表裂隙明显加剧，帷幕之外与沉井长边平行的东西两侧地面上也有了不同程度的裂隙。当第二节下沉到位后造成东侧村民院落地面开出一条近2 cm宽的裂缝以及西侧村民院墙有多条裂纹，随后经过专家组论证采取热沥青灌缝以及墙体加固等措施进行控制。但在之后的第三节下沉当中地表裂缝发展迅速，几乎到了无法控制的地步。四周地面向沉井塌陷并不断的扩散到远处。造成多间民房的地基失稳，墙体开裂，经过多方的商讨决定，暂时撤出危房内村民，现场继续按进度计划下沉施工。当第三节下沉到位后造成近百万元的经济赔偿。

3 原因分析

本次赔偿事故是由沉井下沉施工造成周边土体变形和失稳所致。沉井利用自重通过刃脚切割土体下沉，井壁的摩擦使土体产生下拉，刃脚的切土使土层断裂失稳，最终导致沉井周边地表的沉陷。这在沉井下沉施工中不可避免，可以说是通病，但我们可以通过研究和分析尽可能的减少和控制下沉时对周边环境的影响。造成此次赔偿事故的原因由多方组成。

3.1 建设单位

建设单位在前期的拆迁征地时低估了大型沉井施工下沉对周边环境的影响。按照施工图设计，沉井需从自然地面下沉18.5 m后方能到位。在实际施工下沉中沉井南北两侧的塌陷裂缝影响范围可达15 m～20 m左右；东西两侧的塌陷裂缝影响范围可达20 m～25 m左右。而东西两侧的施工红线距离沉井结构均不足15 m，可想而知这将为本次赔偿事故埋下隐患。由于该项目是省重点工程，工期的紧迫性不言而喻。建设单位一味追求施工进度，对周边环境的影响没有给予足够的重视。

3.2 设计单位

设计单位在基坑支护设计中采用了井管降水方案。该降水方案在实际操作中收效甚微，在粉质粘土中达不到预期效果，而且与工期不相适应，给施工造成困难。在主体结构设计中采用了矩形沉井结构。下沉过程中不易控制倾斜，边角处土体不易挖取，结构的长边两侧对地表的影响范围始终要大于短边。

3.3 施工单位

施工单位属于最为关键环节，它将所有与之不利因素通通汇集并且叠加最终反映到施工现场。工期的紧迫，成本的控制以及承受着不同程度的外界干扰。首先施工前准备不充分，对施工图研究不透彻，未能在图纸会审时及时指出问题所在；现场经验不足低估了大型沉井施工对周边环境的影响范围，没有对邻近建筑物采取支护和加固措施；在挖出大量含水量较高的粉质粘土后未能与弃土场达成一致及时清运，堆置于施工现场，给沉井周边的地表增加了不均匀荷载使沉井结构产生了偏压，并造成多次倾斜纠偏；受堆土的影响，部分施工便道堵塞，无法及时的向沉井井壁外侧四周围均匀的回填砂粒，造成周边地表沉陷的加剧。由于施工单位在施工中组织不利，所以承担了本次赔偿事故中的主要责任。

3.4 监理单位

监理单位没有相关的施工经验，在施工过程中未能向施工单位提出相关意见指导；在第三方检测单位发出预警报告后，未能及时下达应对指令，任其发展；在现场多方人员协调中未能起到积极促进作用。

4 防治措施

沉井下沉对四周土体的破坏是不可能完全避免的，但经过我们以上的分析，还是可以采取相应的措施尽量减少和控制沉井下沉时对周边环境的影响。通过合理的划定沉井下沉施工对地表的影响范围，我们可以对周边的建筑物进行拆迁或者加固处理；通过合理的设计，我们可以选用自身强度高，稳定性好且下沉时不易倾斜的圆形沉井结构；通过施工中的严格控制，可以有效减少沉井下沉施工对周边地表的扰动等等。

4.1 沉井下沉影响范围的确定

首先得明白沉井结构下沉时对周边地表可能产生影响的范围。在查阅相关资料中找到这样一个公式：沉井破坏棱体范围L=Htan(45°-φ/2)。该公式也仅仅是对受力均匀的圆形沉井适用，并且没有详细的说明在不同的深度，不同的土质该如何取值内摩擦角系数。那么根据施工现场的实际情况以及将所有不利因素叠加后综合考虑，我们可以参考土体的自然放坡坡度1∶1.5来确定沉井下沉时的最大影响范围，即L=1.5H。在明确的划定影响范围之后，我们便可根据情况对附近的建筑物进行拆迁或者加固。

4.2 合理的结构设计

沉井结构按平面形状大致可分为圆形沉井和矩形沉井，相比较而言圆形沉井形状对称，挖土容易，下沉不易倾斜，因此得到广泛应用。在大型沉井施工中对周边地表沉降控制有特殊要求时宜选用自身强度高，稳定性好且下沉时不易倾斜的圆形沉井结构。

4.3 施工过程中的控制

沉井下沉过程中始终坚持“以纠偏为主，以下沉为辅”的纠偏原则，使沉井偏斜幅度得到有效控制，可以减少对周边土体的扰动；下沉过程中遇软土，可使刃脚插入土中1.5 m～3 m，以阻碍土体从井外涌入井内，这样对稳定井外土体有效；下沉过程中沉井四周不允许堆载，应避免因井外弃土引起对沉井结构的偏压影响下沉；下沉过程中应在井壁外侧均匀、对称地回填砂粒，可起到稳定周边土体的作用，同时有助于沉井下沉。

5 结语

近年来，沉井结构在市政公用设施工程中的应用比较广泛，例如自来水厂、污水处理厂、城市道路中雨水和污水井以及提升泵站等工程。但在城市建筑密集区内，由于对地表沉降控制有特殊要求，因此限制了其应有的优势。本文通过对案例中工程各参与方责任主体的研究与分析，从中找出沉井下沉施工时对周边环境的影响因素所在，并且有针对性的提出防治措施，为今后类似的工程项目提供借鉴。

[1] GB 50141—2008，给水排水构筑物工程施工及验收规范[S].

[2] CECS 137—2002，给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程[S].

[3] 刘建航，侯学渊.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

On cases of influence of precipitation of open cassion sinking on surrounding environment and its prevention measures

Song Jiaqi

(TaiyuanMunicipalEngineeringCoporation,Taiyuan030002,China)

According to the research and analysis of the responsibilities of major participants of some engineering programs,the paper finds out the influential factors of the precipitation of open cassion construction on surrounding environment and points out the prevention measures accordingly from the identification of cassion’s influential scopes,structural design,and construction control,so as to provide some reference for similar engineering programs.

precipitation cassion,drainage precipitation,structural design,dewatering of well pipe

1009-6825(2016)29-0084-02

2016-08-06

宋甲奇(1984- )，男，工程师

TU745

A