沉井施工工艺探讨

（福州建工（集团）总公司，福建 福州 350004）

现随着国内经济的迅猛发展，城市范围不断扩张，需要不断提高城市综合排水能力，污水管网的建设及污水处理厂日处理量的提升尤为重要，沉井是修筑市政污水干管和提升泵站等地下构筑物建设中频繁使用的施工方法之一，在地下建筑工程施工时得到广泛运用[1]。沉井施工下沉过程可分两种；排水下沉和不排水下沉，沉井封底施工也分为两种：干封底和水下封底两大类。本人结合福州市洋里污水厂厂区粗格栅进水泵房沉井项目实际情况，展开细致调研，详细阐述沉井施工中适时切换排水下沉与不排水下沉两种施工方法，并分别介绍了沉井下沉中采取的控制措施、选用的设备及下沉中出现涌砂的处理方法。

1 工程概况

福州市洋里污水处理厂粗格栅进水泵房为方型大型地下取水构筑物，钢筋砼方形结构，粗格栅进水泵房沉井刃脚底标高为-17.7m，底板面标高-14.40 m，顶板标高为罗零标高6.80m，沉井平面整体尺寸27×24.2m分为4×4方形16孔，沉井共分四节底下两节0.95m厚，上面两节0.80m厚，四节沉井总质量约9000T。

2 地质情况

施工原始场地面标高约为罗零标高6.10米，沉井施工土层从上之下可分为：

①杂填土层：松散，厚度约1.8m；

②粘土层：松散-稍密，厚度约0.70m；

③淤泥层：流塑-软塑，层厚约25m；

沉井处在②层粘土层（薄层）和③淤泥层（厚层）中。

场地内的地下水主要为在于淤泥层中的潜水，因场地存在旧河道地下水稳定在罗零标高5米处即-1.9米标高。

3 沉井方案选择

为了让沉井按计划下沉到位，先熟悉设计图纸、岩土地质勘察报告，并结合沉井外形、下沉时自重、下沉深度、水文地质条件等进行计算[2-3]。

3.1 沉井下沉验算

沉井每立方用钢量比普通建筑物高，每立方单位体积重量取2.5T/m3（25KN/m3），按施工程序的安排，拟分节施工，两次下沉，故计算结果如下：

沉井下沉系数的验算公式为：K=（Q-B）/（T+R）

下沉安全系数K，一般应大于1.15～1.25；

沉井周长：102.40m；刃脚底面积128m2；

沉井全高17.70m，分四节制作、一次下沉，第一节刃脚高度3.3米；第二节高度6.6m；第三节6.4m；第四节1.1m。

沉井2节重量Q=1400×25=35000KN；

沉井3节重量Q=2200×25=55000KN

井壁摩阻系数为：淤泥层土为8KPa，

计算；5m以上均为11KPa；刃脚阻力取80×128=10240KN。

B=648×15.2=9850KN

沉井下沉系数验算（考虑浮力、刃脚反力）：采取二节下沉时，

K =35000-9850/[102.6×(10.2-2.5)×11+10240 ]=1.32≈1.25；

沉井的下沉系数基本满足下沉验算要求。下沉时注意观测下沉形态与下沉速度。

依据验算结果初定沉井下沉方案：始沉，沙垫层、粘土层、淤泥层及刚到达细沙层，深为8m左右，下沉方法采用水力机械高压射水对土体进行切割、冲刷、搅和形成泥浆吸泥排水下沉。以上几层穿过后，到达细沙层，由于丰富的地下水，对沉井下沉垂直度有干扰，即马上暂停排水下沉，开始向井内注水，保证井内水位高于地下稳定水位，并保持高出1m左右，这时采用不排水潜水员下水冲吸泥下沉。

粗格栅进水泵房全高17.70m，整个沉井制作时分四节浇筑完成、第一节砼浇筑完成后待强度达到70%时浇筑第二节沉井，完成两节后下沉一次，沉井下沉采用排水下沉和不排水下沉适时切换。前两节制作完成后总高度9.9米，当混凝土强度达设计值100%后开始首次下沉；后两节制度完成后下沉总高度为7.8，待混凝土强度达设计值100%后进行二次下沉。

4 施工方法介绍

（1）沉井排水下沉方法是使用水力冲吸泥设备，其工作原理由高压水枪对地下土体进行分割、搅拌和成泥浆，然后由泥浆泵送至事先设置的泥浆罐（池），从而达到让沉井缓慢下沉就位。这种方法存在着操作灵活方便、经济合理、劳动强度低、施工安全可靠、便于纠偏，效率高成本低、下沉质量容易控制等特点[4]。

高压射水选用IS单级吸清水高压泵，其性能参数：

型号流量（m3/h）扬程（m）吸程（m）电机功率（KW）转速（r/min）IS80-50-200 40 53 6 15 2900

吸排泥浆选用NL型泥浆泵机组，其工作性能参数表：

型号流量（m3/h）扬程（m）配电功率（KW）转速（r/min）NL100-16 140 16 15 1450 NL150-15 250 15 22 1450

始沉采用的NL150-15型水力吸泥机组四组，该机组泥浆泵流量250m3/h，高压水泵流量40m3/h，配置8台；排水水力冲吸泥下沉，按照日有效工作时间与工作效率均按80%计算，泥浆浓度计5﹪，每天出土：4台×80m3（干沉）/台×24×80﹪×80﹪×5﹪=246m3，沉井断面：24.0×21.10×1.05=532m3，每天可下沉246÷532=0.46m，下沉8.0m约18天。

因计算后该沉井下沉安全系数在允许范围内，整个沉井下沉过程中，取土一直都在中间四仓，每层挖土0.4～0.5米，对称、均衡平均、分层的切割土层，当土层承受不住刃脚的压力，沉井便利用自重均匀下沉。下沉过程中，充分利用了土体的“时空效应”尽可能加快下沉速度，并确保周边仓内有一定的土塞，仅从中央四仓掏挖周边刃脚底部土体，使沉井平稳下沉。

在沉井下沉前在周边地面与沉井结构外壁及井壁顶端设置全站仪反射片、水准基点，以便整个下沉过程中时时观测沉井下沉形态，保证沉井角点坐标不位移。在沉井结构施工完成后再四周粘贴电子水准仪条码，沉井两侧设置固定观测点，采用水准仪与全站仪定时定点观测数据并记录，经数据分析制定后续沉井出土量，遇到数据异常时启动沉井纠偏措施。

（2）沉井采用不排水下沉方法是利用导管式潜水泥浆泵，起重设备合调节泥浆泵在沉井中水下深度，利用泥浆泵特制的导管吸头以自身的重力将底下土层破碎与水搅拌达到一定浓度的泥浆，后由潜水泥浆泵抽出沉井输送至设置的泥浆池。导管式潜水泥浆泵通过吊车来控制，以水平和垂直方向相结合移动泥浆泵到指定位置，使沉井均匀，对称下沉[5-6]。

地下水由于沉井下沉深度不断增加而增大且地质状况处于流塑性淤泥中等状况已无法达到高压水冲排泥下沉的方法，切换为满水下沉，即向沉井内加水，同时现场备有泥浆潜水泵设备5组（一组为备用）。不排水下沉对用水量需求较大，需要及时往井内注水保持井内高度与地下水位平衡，防止沉井突沉。

满水下沉井内泥浆浓度取2﹪，每组设备按140m3/h，工作效率均按80%计算，每日出土量约为1722m3，沉井截面：24.0×21.10×1.02=517m3，每天可下沉172÷517=0.33m，下沉到位8.45m约26天。

5 沉井终沉

6 总结

1、排水下沉施工周期短成本较低，不排水下沉施工周期较长成本较大，为缩短工期减低成本尽量采用排水下沉，降低不排水下沉的工作量。沉井排水与不排水下沉应根据实际情况适时切换。

2、这次沉井由排水下沉转换至不排水下沉是由于下沉时出现涌砂造成沉井偏移且难控制下沉量，通过及时向井内加水而较好地控制了涌砂和沉井速度。下沉时涌沙是否在可控范围内直接与沉井下沉质量相关。

3、不排水下沉避免了沉井开挖面于地下水位的水头差，即防止了涌砂、土等也能有效控制沉井周围环境地面沉降，保护周边构筑物。

4、沉井下沉阶段需要时时监测并记录数据，数据分析结论来指导后续施工，需严控4个角的刃脚水平，以杜绝产生较大的偏移。

5、施工过程在满足规范要求留置试块数量同时多预留一组同条件试块养护，以确定水下砼强度达到设计要求75%后，且沉井满足抗浮要求时方可抽水。

7 结束语

沉井的应用范围十分广泛，如铁路及公路桥梁等基础工程、市政工程给排水泵房等多方面都会应用的到，为了对沉井施工质量及安全提供保障，使得其自身具备的优点等得以充分发挥，就需要对沉井施工工艺进行良好掌握，在具体选择施工工艺及下沉方式的过程中，应针对工程实际情况及地质情况等进行充分考虑后，进而针对工期要求进行下沉方式适时切换，达到沉井施工的高效、安全、影响范围小、效果好等提供充足保障，使得沉井作用充分发挥的同时，为工程项目验收奠定良好基础。