水力排土法沉井施工工艺研究与应用

刘　凯

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，四川 成都　610091)



水力排土法沉井施工工艺研究与应用

刘凯

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，四川 成都610091)

水力排土沉井是采用高压水流破土、使钢筋混凝土构筑物下沉的施工方法。介绍了沉井下沉工艺方法及纠偏措施，以指导该工艺能更好地应用并创造良好的经济效益。

水力排土；沉井；工艺方法

1　工艺研究背景

水处理项目一般平面布置紧凑，结构密度较大，当构筑物埋深大、地下水位高时，采用大开挖的方式施工难度大且投入多，不安全。在这种情况下，采用沉井方式施工较为合理。

2　工艺流程

水力排土沉井施工流程见图1。

3　主要施工设备

图1　水力排土沉井施工图

水力排土沉井下沉施工需要的主要设备类型包括：(1)高压水泵(扬程50 m以上，单机流量100 m3/h以上为宜)；(2)水枪(喷嘴口径φ12～15为宜)；(3)水力吸泥机(喷嘴口径φ22～30为宜)。

4　沉井下沉施工

4.1初沉阶段施工

最初的0～3 m为初沉阶段。首先在枕木上套上钢丝绳用挖掘机抽出枕木，枕木需对称抽出，防止沉井不均匀下沉。枕木抽出后随即开始凿除井壁下的混凝土垫层，在凿除井壁下的混凝土垫层时应由周边向中心施工，尽可能地使沉井平稳地切入土中。混凝土垫层凿除后，将碎石取出，初沉阶段在挖碎石垫层的同时从内中部向四周均匀、对称地扩展。碎石垫层挖除后，改用水力机械破土。破土时，应加强观察，注意下沉是否均匀。

4.2正常下沉阶段施工

在初沉阶段末期，一般将下沉沉井锅底深度控制在1 m左右，当下沉的各项技术指标良好时可增加沉井锅底深度，控制在1～1.5 m以内为宜。沉井下沉的整个过程中要对称冲切，均匀下沉；施工中随时观察沉井下沉的情况；若发现倾斜，及时采取纠偏措施；严禁出现井内刃脚悬空、刃脚中部被局部搁置现象；施工中应做好沉井下沉的记录。

4.3终沉阶段施工

当沉井下沉至最后2 m时为进入终沉阶段，挖土锅底形状由“凹”逐步过渡到“凸”反锅底形状。终沉阶段要适当放慢取土速度，严格按照均匀对称的原则布置挖土范围。终沉阶段是挖土最重要的施工阶段，要加强对沉井下沉的观测，防止沉井下沉速度过快和沉井偏移。当沉井刃脚达到距设计要求的标高20 cm时停止取土，用大块石抛填在加强刃脚处，密切注意观察、测量沉井下沉情况，在24 h内沉井下沉量不大于10 mm既为刹车成功；如靠沉井自重下沉不到位时，再用人工慢慢取土，使沉井到达设计深度。沉井下沉到位后，立即进行封底，防止沉井继续下沉。

5　沉井下沉的施工要点

(1)按照施工组织设计规定安装好水力机械设施：高压水泵、低压取水泵、调节水箱、 水力吸泥机或泥浆泵、水枪、井下及井上的高压进水管和低压排泥浆管路、水枪操作平台等。

(2)水力机械设施安装好后应进行负荷试运转，应保证设备能按施工组织设计要求正常运转，水力吸泥机及水枪均应经过水压检验，检验压力为工作压力的1.5倍。

(3)为保证水力破土效果和吸泥机的正常工作，必须将井底各类杂物垃圾清除干净。

(4)水力排土沉井下沉施工应按"先中后边、分层对称破土、先高后低、及时纠偏"的原则进行操作。

(5)沉井外刃脚边一般应保留l m宽左右的土堤，使沉井在外刃脚处挤土下沉，以减少对井周土体的扰动程度。只有当沉井中部土体全部冲除还不下沉或纠偏时方可适当冲除外刃脚处的土体，但仍严禁用水枪掏刷外刃脚踏面外侧土体。

(6)当沉井倾斜很小时，应将各井格内土面高差控制在1 m以内，使沉井保持均匀垂直下沉。

(7)一般应将沉井井格中部锅底深度控制在l～1.5 m以内为宜。锅底过深则易产生突沉，使沉井下沉量和惯斜度无法控制，同时井外土体也易塑流入井，引起井周地面产生过多的沉降。

(8)当沉井底土质较硬时，在沉井下沉到位前，为减少井内回填砂石料的数量，在井格内土面标高已达到封底要求时，可将内外刃脚处的土体适当冲空使井下沉到位(形成反锅底)。

(9)用水力机械冲泥时，应在吸泥机吸水头处(位于井格中部)先冲出集泥坑，泥坑深0.5 m左右，然后用水枪在各个方向冲土形成漏斗形土坑，使泥浆水不断汇集到集泥坑吸排出井外。

(10)吸泥机的吸水头应用绳子吊空，不应让吸水头埋在集泥坑的浮泥内而导致土块堵塞吸水头的网罩。为防止集泥坑中泥砂淤泥，要经常用水枪在吸水头处冲刷搅动，使排土畅通。

(11)在水枪冲泥时，应注意控制好井格内泥水的数量，水枪应直接冲刷土体。工作中要经常检查吸泥机工作是否正常。

(12)高压水泵停车时，水枪上的操纵阀门和吸泥机上的逆止阀均应关闭，防止调节水箱内的水倒灌入井内。

(13)当采用泥浆泵排泥时，应做好泥浆泵接力串联技术措施。

(14)在施工过程中，应及时做好各项施工监控工作。

6　沉井下沉纠偏

沉井下沉过程中，如遇沉井已经倾斜时可采取在刃脚较高一侧加强挖土并可在较低的一侧适当回填砂石，必要时配以井外射水或局部偏心压载，均可使偏斜得到纠正。待其正位后，再均匀分层取土下沉。

位移产生的原因多由倾斜而导致，如沉井在倾斜情况下下沉，则沉井向倾斜相反方向位移，或在纠正倾斜时，如倾斜一侧土质较松软时,由于重力作用，有时也沿倾斜方向产生一定的位移。因此，预防位移应避免在倾斜情况下下沉，加强观测,及时纠正倾斜。

沉井下沉产生扭转的原因是多次不同方向倾斜和位移的复合作用引起的，可按上述纠正位移、倾斜的方法纠正位移，然后纠正倾斜，使偏差在允许的范围以内。

7　沉井封底

在沉井中心位置设置渗井一个，先将沉井内的土形整理成锅底形，自刃脚向中心挖放射形排水沟、填以石子做滤水暗沟，中心井深1～2 m，插入直径0.6～0.8 m、周围有孔的混凝土或钢套管，四周填以卵石，使井底的水都汇集到集水井中并用潜水泵排出，使地下水位保持低于井底面30～50 cm。刃脚混凝土凿毛处应洗刷干净，然后浇筑毛石混凝土，强度达到一定强度后，铺设底板钢筋并浇筑混凝土，捣固密实，混凝土养护14 d期间，在封底的集水井中应不断抽水，待底板混凝土

达到70%设计强度后，抽除井筒中的水后立即向滤水井管中灌入C30早强干硬性混凝土捣实，装上法兰，再在上面浇筑一层混凝土，使之与底板顶面相平。如地下水较少或无地下水时，可一次性浇筑底板混凝土。

8　结　语

沉井工艺最大的优点是在结构壁被保护的情况下进行作业，施工安全性高，尤其适合在总平场地有限和地下水位高的的情况下进行地下构筑物的施工，该工艺应用前景广阔。

(责任编辑：李燕辉)

2016-05-20

TV52;TU53.61;TU53.64

B

1001-2184(2016)04-0129-02

刘凯(1976-)，男，甘肃平凉人，高级工程师，学士，从事市政公用工程施工技术工作.