钢筋混凝土沉井倾斜原因分析及预防

李 慧 杰

(山西路桥第二工程有限公司，山西 临汾 041000)

钢筋混凝土沉井倾斜原因分析及预防

李 慧 杰

(山西路桥第二工程有限公司，山西 临汾 041000)

介绍了钢筋混凝土沉井的功能，分析了沉井下沉前和下沉过程中可能发生倾斜的各种原因，并探讨了预防沉井倾斜的主要方法，旨在全面控制沉井的制作及下沉过程，杜绝沉井倾斜事故的发生。

沉井，倾斜事故，砂垫层，井筒

钢筋混凝土沉井是修筑地下工程和深埋基础工程所用的重要施工方法之一。当施工场地狭小，埋深较大，无法大面积开挖施工；或地质条件复杂的情况下，既可以快速施工，又能够保证工程质量和施工安全。常用于取水构筑物、排水泵站、大型集水井、盾构和顶管工作井等工程。

钢筋混凝土沉井在下沉过程中，经常会产生倾斜甚至倾覆的现象。为了防患于未然，杜绝安全事故，就需要对沉井倾斜产生的原因进行分析，从而有针对性的起到预防作用。

从施工过程来说，其原因可分为沉井下沉前的倾斜和下沉过程中的倾斜。

1 沉井下沉前的倾斜

1.1 沉井制作前的基坑底土层未处理好

当沉井在地面上施工时，为了减少下沉深度，一般需要在沉井制作前开挖基坑。基坑挖好后，首先要对基坑底进行钎探以确认基坑下方是否有坑洞，避免沉井在制作的过程中或下沉时发生倾斜或倾覆。其次，根据基坑底土质的情况决定是否进行打夯。

1.2 刃脚下的支垫层未处理好

当基坑底的土质较松软时，需对其夯实后在刃脚下浇筑素混凝土垫层以满足承载力要求。

当基坑底为砂子或含砂量大时，需要在刃脚下支垫方木和铺设砂垫层。

1)地基上承载力计算公式为：

P≥G0/(l+2hstanα)+γshs。

其中，P为地基上的承载力，kN/m2；G0为沉井单位长度重量，kN/m；l为承垫木的长度，m；hs为砂垫层的厚度，m；α为砂垫层的压力扩散角，可取tanα=0.5～0.6；γs为砂的重力密度，kN/m3，一般取γs=18 kN/m3。

2)砂垫层铺设的宽度为:

B≥b+2l。

其中，B为砂垫层底面的宽度，m；b为沉井刃脚踏面的宽度，m；l为承垫木的长度，m。

3)砂垫层厚度为：

h=(G/R-L)/2tgφ。

其中，h为砂垫层的厚度,m；G为沿沉井第一节圆周单位长度的重量，kN/m；R为砂垫层下土层的承载力，kN/m2；L为垫木长度，m；φ为砂垫层扩散角(一般不大于45°)。

1.3 排水措施不到位

当基坑内和周围的排水措施做的不到位时，如果有大量的水进入基坑，特别是在湿陷性黄土地区，极易造成沉井基底失稳，使正在制作中的沉井出现倾斜。

2 下沉过程中的倾斜

1)准备工作不充分、施工方法不当导致的倾斜。

根据沉井通过的地层地质情况、地下水的不同状况，可分为排水挖土下沉法、不排水挖土下沉法、配重下沉法、振动下沉法、中心岛式下沉法等施工方法。如果施工前不知道工程范围内的岩土性质及其均匀性、地基承载力、井外壁与土的摩擦力；不知道地下水的类型、最高和最低水位、渗透系数等，就会陷入盲目施工，采用错误的施工方法，从而导致在下沉过程中造成倾斜。为此，在施工前首先要对施工范围内的地层、地下水情况做详细的了解，以便采用不同的下沉方法。

2)地质不均匀导致的倾斜。

地质情况的多样性，造成了地层具有不同的摩擦系数和承载力。钢筋混凝土沉井往往自身具有较大的重量，如果在制作和下沉过程中始终在一个地质均匀的界面上，则其摩擦系数和承载力也是均匀的。但是，在实际施工过程中经常会遇到不均匀的地质情况。由于不同的摩擦系数和承载力，导致了沉井的下沉速度也不均匀，极易产生倾斜。为了预防沉井在这种情况下产生倾斜，就需要在挖土下沉时，先挖土质较硬一侧或土质较硬一侧多挖。临汾市尧都区东外环路拓宽改造的顶管工程14-1号工作沉井为后增加的1个沉井，由于施工前没有详细了解该沉井施工范围内的地层地质情况，结果在下沉到3.5 m 深时沉井刃脚一侧落到了毫无粘结性的粉碎性的煤矸石层上，挖土时造成该侧大量粉碎煤矸石进入井筒内，沉井同时向该侧突然偏沉，而对侧则是承载力较高的粘性土，使得沉井倾斜严重。后在下沉较慢一侧施以配重，并在该侧刃脚下加快挖土速度才使倾斜得以恢复。如果遇到沉井单侧是软弱土层时，也可采用注浆的方法使土层固结加固后再进行下沉施工。表1是常见土层的摩擦系数。

表1 摩擦系数fu值

3)刃脚下挖土不对称导致的倾斜。

沉井下沉的理想状态是钢筋混凝土刃脚四周平行均匀的下沉，但在挖土时由于施工组织不力或其他人为的原因，往往发生四周挖土厚薄不均匀，从而导致了沉井的倾斜。只有在施工前对具体施工人员进行详细的技术和安全交底，明确每个人的职责，将责任落实到人，在施工中做到密切的分工协作，才能有效预防沉井倾斜现象的发生。

4)下沉时出现流砂、管涌现象。

当沉井采用排水下沉，下沉至砂性土层时，井底出现局部冒水或大量水土涌入井内，沉井会产生倾斜或单侧突沉的现象。究其原因，首先是没有查清楚下沉范围内土层情况,未采取事先疏干砂性土层或设置隔水帷幕的措施；其次，人工疏干砂性土层或隔水帷幕的措施失效。例如井点设施质量不好或已受破坏隔水帷幕质量不好等。为了避免以上情况的发生，必须采取以下预防措施：a.施工前先搞清楚下沉范围内的地质水文情况，如为砂性土层且地下水位较高较丰富，则采取人工降水、隔水帷幕、地基加固等技术措施；b.加强现场施工管理，保证井点设施、隔水帷幕等降止水设施能够正常使用；c.对处于流塑状态的粘土层进行加固处理，保护好降水井点或隔水帷幕。

5)井身浇筑时出现跑模、漏浆、蜂窝麻面等缺陷致外表面变形和过于粗糙。

井壁模板一般采用组合式定型钢模板、硬塑料模板、钢木组合模板。如果模板安装质量不好，会造成井筒浇筑过程中出现“跑模”，混凝土井筒变形过大。或者造成混凝土井筒外表面出现漏浆和蜂窝麻面等不均匀的粗糙现象。不管上述哪种情况的发生，将会直接改变沉井的顺利下沉，造成单侧下沉缓慢，发生倾斜。因此，无论采用哪一种模板，首先要保证模板安装牢固，具有足够的刚度和强度；其次，安装好的模板，特别是外模，必须保证光滑，不可过早拆模，造成粘模，防止混凝土面过于粗糙；第三，模板制作安装完毕后，要根据规范规定严格验模，使模板偏差控制在允许值范围内(见表2)。

6)刃脚一侧遭遇孤石等障碍。

在下沉过程中，如沉井刃脚遇到孤石等障碍物，就会引起单

侧停止下沉，造成沉井倾斜。因此，预防倾斜的方法有：a.如遇较小孤石，可将四周土掏空后将孤石取出；较大孤石可用风动工具或松动爆破方法将大孤石破碎成小块取出；b.不排水下沉时，爆破孤石除打眼爆破外，也可用射水管在孤石下面淘洞，装药将孤石破碎。

表2 沉井制作的允许偏差

7)井外弃土或堆放物以及井上附加荷重分布不均。

由于沉井附近堆放有大量弃土和其他材料，以及井上的附加构造物荷载不均匀，均能造成沉井下沉倾斜。所以，为了防止产生倾斜，就需要做到:a.不要在靠近沉井的地方堆放弃土和其他材料；b.合理调整井筒上的附加荷重的位置，使其荷载均匀。

8)作为顶管工作井时，下沉前没有将预留孔洞封堵造成的倾斜。

当沉井作为顶管工程的工作井时，如果用于穿管道的预留孔洞在下沉前没有封堵，且土层地质不均匀，那么，在沉井井筒下沉过程中，没有封堵预留孔洞一侧的土体粘结性较差，就会顺着孔洞进入井筒内。预留孔洞越大，井筒外的土体就会流失越严重。这样，就会造成该侧井筒外侧土压力急剧减小，甚至无土压力，同时对侧土压力加大(尤其是粘结性较差的砂性土等)，形成井筒外侧土压力受力不均匀，从而产生倾斜。临汾市尧都区东外环路拓宽改造的顶管工程22号工作沉井就出现了这种情况。由于该工作井预留孔洞是相对4个直径3.6 m的大洞，施工时只将一侧进行了封堵，另一侧没有封堵。下沉过程中没有封堵一侧有大量土体从没有封堵的孔洞中进入井筒内，造成对侧土压力过大，导致了沉井倾斜。因此，下沉前必须将工作井的预留孔洞进行严密封堵。

3 结语

只有全面着眼于沉井的制作过程及下沉过程，从沉井倾斜有可能产生的各种主客观状况入手，才能搞清倾斜产生的根源，做到防患于未然，杜绝沉井倾斜事故的发生。

[1] 葛运广，柳家海.注浆技术在沉井纠偏中的应用[J].江苏煤炭，2003(2)：36-37.

[2] 王 沛，高 谦，王 森.复杂环境下沉井纠偏技术及工程应用[J].山西建筑，2007，33(1)：89-91.

[3] 房 桢.沉井倾斜纠偏[J].水运工程，2000(6)：42-43.

On analysis of reasons for caission inclination of reinforced concrete

Li Huijie

(ShanxiNo.2RoadandBridgeEngineeringCo.,Ltd,Linfen041000,China)

The paper introduces the functions of the reinforced concrete caission, analyzes the reasons for all kinds of inclinations before and during the caission, discussion the main method prevention of caission inclination, so as to have the full control over the manufacturing of the caission and the settlement process, to avoid the accidents of caission.

caission, inclination accident, sand cusion, wellbore

1009-6825(2017)01-0080-02

2016-10-24

李慧杰(1975- )，男，工程师

TU753.64

A