临洪东站自排闸沉井下沉施工工艺及质量控制措施

(1. 连云港市临洪水利工程管理处，江苏 连云港 222002；2. 连云港市市区水工程管理处，江苏 连云港 222002)

临洪东站自排闸沉井下沉施工工艺及质量控制措施

张海虹1王继光2刘占明1

(1. 连云港市临洪水利工程管理处，江苏 连云港 222002；2. 连云港市市区水工程管理处，江苏 连云港 222002)

临洪东站自排闸濒临沿海，属于深厚海淤土地质。为解决地基承载力和地基渗透变形问题，闸室基础采用沉井基础，2孔一联，共3只沉井，沉井高9.6m，现场分两次制作，一次下沉到位。通过验算沉井各阶段的下沉系数，加强沉井下沉过程中的质量控制和动态纠偏，从而保证沉井下沉质量。

沉井下沉；施工工艺；质量控制

1 概 况

临洪东站自排闸是沂沭泗河洪水东调南下续建工程——新沭河50年一遇治理工程的重要影响工程，位于江苏省连云港市境内的新沭河右堤上，布置在临洪东泵站与大浦抽水站之间，闸上公路桥中心线与新沭河堤防中心线一致，共6孔，每孔净宽10m，设计水位：上游3.54m、下游5.96m，设计流量650m3/s， 主要建筑物1级，次要建筑物3级，承担着蔷薇河周边地区防洪、排涝、排污和灌溉等任务。

闸室基础为矩形沉井基础，两孔一联，共3只沉井，单井顺水流向长12.2m，垂直水流向长22.5m，相邻沉井之间间距0.82m。沉井制作面高程-2.00m(1956黄海高程，下同)，为淤泥和淤泥质壤土夹粉土、粉砂，按施工图纸定位后，分层密实填筑1.8m厚砂岛。沉井设计顶高程-2.90m，底高程-12.50m，沉井外壁、隔墙厚分别为0.8m、0.5m，沉井高9.6m，分两次制作，每节高4.8m。沉井混凝土标号C30、抗渗标号W4、抗冻标号F50、混凝土量约2257m3。沉井下沉过程中，现场组织机构健全，参建单位分工明确、密切配合，认真履行职责，严格实施动态观测和纠偏措施，加强质量控制，从而保证沉井按计划下沉到位，较好地解决了地基承载力和地基渗透变形问题，为后续工作打下了坚实基础。

2 工程地质

工程区处于苏北滨海平原区，地貌类型属海积平原的海滩与盐田。现状场地多分布鱼塘和农田，地势较平坦，地面高程3.00m左右，东、西两侧堤顶高程7.30～9.10m。场地钻探深度内揭露地层自上而下分为13层，分述如下：

A层：灰黄色黏土、重黏土、粉质黏土杂壤土、砂壤土，土质不均，层厚0.5～6.0m。

B层：灰黄色砂壤土、细砂杂粉质黏土，层厚2.4～2.5m。

①层：黄褐色软或淤泥质黏土、粉质黏土，局部夹壤土、重黏土，层厚0.5～2.6m。

②层：灰色淤泥质重黏土、黏土、粉质黏土夹壤土、砂壤土薄层，层厚6.4～16.5m。

②′层：灰色轻、中粉质壤土、砂壤土夹淤泥质黏土薄层，层厚0.7～6.8m。

②″层：黄灰色粉、细砂夹壤土薄层，局部砾质中砂，层厚0.5～2.3m。

③层：灰黄夹灰色重(粉质)壤土、粉质黏土，含砂粒及砂礓，层厚0.8～1.5m。

③′层：灰黄、灰白色砾质中、粗砂或砾砂，局部夹壤土，层厚0.3～1.4m。

④层：褐黄、棕黄夹灰色重黏土，含铁锰质，层厚1.0～2.1m。

⑤1层：灰黄色含少量砾或砾质重、中壤土，含砂礓，层厚1.0～1.9m。

⑤2层：灰黄色含少量砾的细砂，局部砾质中砂，夹黏土薄层，层厚0.6～2.3m。

⑥层：褐黄、棕黄夹灰色黏土、重黏土、粉质黏土，局部含少量砾、铁锰质及砂礓，层厚2.6～4.8m。

⑦层：肉红夹灰白、黑色全风化片麻岩，未揭穿，最大揭示厚度0.7m。

3 下沉系数验算

为制定沉井制作及下沉施工方案，全面掌握沉井在不同阶段的下沉情况，保证沉井下沉的施工质量与安全，施工前应根据工程地质资料确定下沉方式，同时验算沉井在不同阶段的下沉系数(K)，即沉井的重力与入土深度的摩阻力及相应的刃脚、隔墙、底梁下土反力之和的比值。当K≤1.0时，沉井不会下沉；当K>1.0时，沉井下沉，K值越大，沉井下沉越快。分三个阶段验算沉井下沉系数。

3.1 沉井隔墙下混凝土垫层和砂垫层部分拆除、刃脚下砖胎模拆除而砂垫层未拆除阶段

在该阶段，若沉井下沉，则砂垫层下的土体将发生剪切破坏，土体承载力达到极限承载力。经分析计算，沉井下沉系数K=0.61<1.0，表明该阶段沉井不会下沉。只要分批对称吸除沉井四周外壁下的砂垫层，沉井将会缓慢下沉。在吸除砂垫层过程中要加强沉降观测，防止发生突沉和不均匀沉降。

3.2 沉井初沉时外壁刃脚进入土体内0.2～0.3m，砂垫层全部吸除阶段

在该阶段，对沉井稳定最为不利。经分析计算，沉井下沉系数K=1.69>1.0，表明沉井下沉速度较快，下沉过程中很容易发生位移、倾斜、偏转等情况，增大纠偏的难度。在该阶段要特别注意加强沉井下沉过程的观测，并根据下沉情况随时调整细部方案。随着沉井下沉深度的增加，土体对内外井壁的摩阻力增加，下沉速度由快到慢，逐步趋于稳定下沉。

3.3 沉井下沉至设计高程、刃脚及隔墙底部进入④层土阶段

在该阶段，沉井井口外侧的土方会随沉井的下沉而塌陷成类似漏斗状斜坡，井口和土面基本持平，沉井在摩阻力、刃脚及隔墙下土体支撑反力作用下基本处于平衡状态。经分析计算，沉井下沉系数K=0.34<1.0，表明沉井终沉后处于稳定状态。

4 下沉准备

a. 建立由建设、监理、勘测、设计及施工单位组成的沉井下沉领导小组，全面负责沉井下沉过程中的质量、安全、协调与控制工作。领导小组下设项目总工、施工作业队、下沉班组、观测班组等，分三班轮流作业，各司其职，责任到人。

b. 沉井左右侧岸墙处土方▽-2.0坡脚线按设计要求已挖至距沉井14.0m处，上游土方已挖至浆砌块石护底外约30.0m处，下游土方已挖至防冲槽处，距沉井约80.0m。

c. 沉井周围12口降水井抽水已全部启动，上游侧抽至离沉井30.0m处的集水坑内，下游侧抽至防冲槽处的集水坑内，再分别抽至塘口外。定期检查维护降水井点，确保其运转正常，沉井下沉前将地下水位降至刃脚1.0m以下。

d. 沉井顶部搭设操作平台和安全防护栏杆，沉井内搭设作业平台及爬梯。

e. 在每只沉井的四角分别绘制高程指示刻度线，在每只沉井的顶部四角分别埋设高程点和水平位移标志，架设全站仪进行下沉前观测。

f. 现场配置2台4英寸潜水泵，以备在沉井下沉过程中井内出现大量流沙、沉井突沉等紧急情况下，对井内进行灌水应急处理。

5 下沉施工工艺

根据工程地质情况，沉井在不同阶段的下沉系数验算情况，结合施工图纸、工程特点及以往沉井下沉的施工经验，临洪东站自排闸沉井基础采用“两次制作、一次下沉到位”的施工工艺。

5.1 砖胎模、混凝土垫层及砂垫层拆除

在沉井的混凝土强度达到设计强度后，首先用风镐拆除砖胎模及混凝土垫层，拆除顺序为先隔墙再周边对称拆除；其次用水力冲挖机组分层吸除砂垫层，分层厚度为0.5m，先对称吸除井格中间部分，再对称吸除中间隔墙部分，最后对称吸除井周部分，由中间向两端对称吸除。控制吸除砂垫层的分层厚度和吸除顺序可减少初始下沉阶段发生偏沉。

5.2 下沉挖土

下沉井内土方采用水力开挖冲土、泥浆泵排土。水力开挖用水由附近临洪东泵站下游河道取水，引至该闸下游防冲槽内的预挖坑槽内；排土由泥浆泵绞吸、外运，泥浆排至下游引河西侧的排泥场内。

a. 考虑备用水力冲挖设备、泥浆输送接力及应急补水等因素，现场配置4英寸水力冲挖机组15台套、4英寸泥浆泵2台套、6英寸泥浆泵1台套和4英寸潜水泵2台套。

b. 下沉挖土应分层、对称进行，先挖中部后挖边部，从中间向周围伸展，尽量使土体成漏斗状；每层挖深不易大于0.5m，使沉井挤土下沉；分格沉井井格之间土面的高差不应超过1.0m[1]。

c. 下沉挖土时，应控制沉井内外水位接近，防止翻沙。

d. 为防止沉井下沉过程中遇到胶岩、不明块石等块状异物，在沉井内配置电动葫芦(包括配套钢丝绳、吊具等)1台套和胶皮筐4只，采用人工分解拆除的方法将胶岩、不明块石等杂物清除。

5.3 纠偏

沉井下沉的过程即是一个不断纠偏的过程[2]。针对下沉过程中出现偏位后，采取以下纠偏措施：ⓐ偏挖土(偏沉)，主要纠偏措施；ⓑ井外射水；ⓒ增加土压、偏心压重或井外减载。

沉井下沉过程中，先将中沉井下沉1.0～1.5m后暂停，再同时下沉两侧沉井，其下沉深度也控制在1.0～1.5m，在边沉井下沉一小幅度后暂停，再下沉中沉井，依次循环下沉。在下沉过程中尽量控制沉井之间的下沉差不大于1.0m，以减少相互间的影响，基本保持3只沉井均衡下沉。由于相邻沉井之间间距仅0.82m，在中沉井下沉后要及时用黄砂回填沉井与沉井之间的空档，不断增加两只沉井间空档砂层的密实性，以减少两侧沉井往中间滑动的趋势, 必要时可适当增加沉井之间黄砂的填筑高度和密实度。

5.4 终沉、扩大脚、回填

当沉井下沉至距设计高程还有2.0m左右时，即进入终沉状态，应放缓下沉速率，减小锅底的开挖深度，这阶段要以纠偏为主、以下沉为辅，防止突沉及超沉事故发生[1]。此时尽可能调平井体，并调整井格内的土面高度，使其尽量保持在同一平面内，保持沉井平稳就位。在8h内累计沉降量小于10mm视为稳定，即可对刃脚进行扩大。在扩大刃脚混凝土达到一定强度后再进行井内回填，回填前尽量排干积水，先回填1.0m厚细砂，再回填土至沉井顶。沉井与沉井间的连接和接缝处理应确保防渗效果，在沉井间混凝土回填前，先将井间积水和淤泥清除干净，然后浇筑微膨胀混凝土，最后再对其上下游进行旋喷桩加固封闭。

6 下沉质量控制

6.1 质量控制标准

a. 沉井下沉稳定：每8h累计沉降<10mm。

b. 沉井下沉后顶面中心位置偏移<100mm；刃脚平均高程≤100mm；刃脚底面高程≤150mm；平面扭转角≤1°。

6.2 质量控制措施

a. 通过改变沉井下沉过程中锅底的大小、深浅和平面位置，来实现对刃脚高差的控制。

b. 下沉速度应根据沉井下沉的具体情况和以往施工经验确定。原则上沉井下沉速度宜均匀，初沉时要求缓慢、平稳下沉，在遇到粉砂土等易引起涌沙的土层中下沉时，则要求加快下沉速度。

c. 通过控制沉井刃脚高差的大小来实现平面位移的控制。一般来讲，沉井哪个角下沉得快，则沉井就会向哪个方向移位；刃脚高差越大，则沉井的平面位移量越大。

6.3 施工观测

沉井下沉过程中的观测，分为仪器观测和无仪器观测两部分。

a. 仪器观测：利用沉井四角绘制的高程指示刻度线和沉井顶部四角埋设的高程点和水平位移标志，采用全站仪和水准仪相结合的观测方法。初、中期下沉时采用全站仪观测沉井的水平位移及下沉量，终沉时采用水准仪观测沉井的下沉量。初沉阶段要求每1h观测一次，通过分析、计算偏差情况，确定水力冲挖部位及控制下沉速度；正常下沉阶段要求每3h观测一次；终沉阶段要求每2h观测一次；纠偏阶段要求每下沉一层观测一次，用于指导纠偏和制定下一步纠编措施。

b. 无仪器观测：在每只沉井的内外侧分别悬挂垂球，顶口为固定高度，外侧指挥人员和内侧施工人员可直接观测到沉井下沉过程中四个角点不均匀下沉带来的沉井倾斜情况。

7 结 语

通过对临洪东站自排闸沉井不同阶段的下沉系数验算、施工工艺及质量控制等关键环节分析，并对下沉过程中可能出现的异常情况采取相应措施，从而确保沉井安全平稳下沉到位。由于组织得当、措施合理、控制严格，不但保证了工程施工质量，而且控制了节点工期，从而降低工程建设成本。

[1] SL 27—2014水闸施工规范[S]. 北京： 中国水利水电出版社， 2014.

[2] 绪星飞， 杨国平. 浅析三洋港枢纽工程挡潮闸沉井下沉质量控制[J]. 江苏水利， 2014(增刊): 25-27.

SinkingconstructiontechnologyandqualitycontrolmeasuresofsinkingofopencaissoninLinhongEastStationself-dischargegate

ZHANG Haihong1, WANG Jiguang2, LIU Zhanming1

(1.LianyungangLinhongWaterConservancyEngineeringManagementOffice,Lianyungang222002,China;2.LianyungangUrbanWaterEngineeringManagementOffice,Lianyungang222002,China)

Linhong East Station self-discharge gate is close to coastal area. It has deep sea silt soil geology.The open caisson foundation is used for the lock chamber foundation, 2 holes form one row, a total of three open caissons are set, and the open caisson is 9.6 m high. They are manufactured in the scene twice in order to solve the problem of foundation bearing capacity and foundation seepage deformation. The caissons are sunk to the position once. The sinking quality of the caisson and dynamic correction during sinking process of the caisson can be guaranteed through calculating the subsidence coefficient of the caisson at each stage, thereby ensuring the sinking quality of the caisson.

caisson sinking; construction technology; quality control

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.011.011

TV523

B

1005-4774(2017)011-0047-04