沉井封底时遇涌砂处理措施探析

刘 灿，魏自富

（中交水利水电建设有限公司，浙江 宁波 315200）

给排水工程地下构筑物常采用沉井施工方法，这种方法适用于埋设较深的构筑物。由于地质结构原因，沉井沉至地下水位以下，从沉井中直接开挖下沉经常容易引起沉井内外出现水头差，导致出现流砂现象。因而引起沉井下沉过快、沉井倾斜，以致影响周边构筑物的安全，也给施工带来极大困难。

在长三角一体化南太湖未来新城长东片区总部经济园区基础设施长东路排水工程中，污水闸门井采用沉井法施工，下沉和封底时因地质原因出现涌砂，项目部经过讨论分析，比对方案，制定应对措施，取得了良好成效。本文依托现场实际施工经验，分析、总结沉井下沉及封底时遇涌砂处理措施，以供后续类似工程施工时作为参考借鉴。

1 工程概况

长三角一体化南太湖未来新城长东片区总部经济园区长东路工程位于浙江省湖州市南太湖新区，该道路线路呈南北向，西起金山三路，经宣家港路、宿渎港路、金山二路、银山二路等主要线路，东至金山一路，设计全长为2 945.859m。建设内容包含综合管廊、道路工程、排水工程、桥梁工程、路灯工程、交安工程。

1.1 沉井、顶管概况

长东路排水工程中污水管道沉井顶管区间为W41-W60，污水沉井共计20 个，其中过河段采用倒虹吸工艺，设置矩形沉井共计4 个（W43、W44、W54、W55），高度均为10.1m，采用2 根DN800 污水管顶管过河；剩余为16 个圆形沉井，圆形沉井中工作井和接收井各8 个，直径分别为6.5m和4.5m，圆形沉井高度为5.9～9.4m（图1）。

图1 污水管顶管过河示意图

河道两侧分别为顶管工作沉井（W44、W54，井规格为6 500mm×5 500mm）和顶管接收沉井（W43、W55，井规格为4 000mm×5 500mm），并设置闸门。

1.2 工程地质情况

根据勘察单位提供的工程地质剖面图（图2），可知沉井下沉到位后所处地层土质为淤泥质粉质粘土。

图2 工程地质剖面图

1.3 工程水文情况

勘察期间所测得的地下水初见水位埋深在0.0～2.2m 之间，稳定水位埋深在0.1～2.3m 之间，其标高在0.93～2.13m 之间，平均稳定水位埋深0.99m，平均稳定水位标高为1.50m。

根据场地周边水井（塘）的水位调查情况，场地内地下水位动态变幅主要受季节性大气降水影响，历史最高地下水位接近地表，年平均高水位埋深约为0.0m，低水位埋深约为2.5m，年变化幅值在2.5m 左右。

2 施工工艺及问题分析

根据对拟建场地的土层特征、地下水位及施工条件的综合分析，本工程的污水管道沉井采用排水下沉和干封底的施工方法。沉井施工工艺如图3 所示。

2.1 沉井下沉过快

下沉时采用长臂挖机取土，抓土从中央开始向两侧进行，井底中央形成锅底后，沉井因刃脚承载力的下降而下沉，并将刃脚下的土挤向中央锅底。继续从井孔中抓土，使沉井继续下沉[1]。

正常情况下，长臂挖机取土至刃脚底以下0.5～1.5m，形成锅盖状后，沉井进而下沉至设计标高，如W56-W59 沉井均顺利下沉到位（图4）。但W55 沉井实际下沉施工过程中，沉井下沉速度较快，长臂挖机还未取土至刃脚底时，沉井已下沉至设计标高，同时沉井存在依靠自重继续下沉的情况。

图4 沉井封底锅盖状示意图

项目部立即踏勘现场情况，研究地质报告等相关资料，分析判断为W55 沉井位于在长东路4#桥东侧，靠近主河道，地下水位高，土质偏软，同时W55 沉井尺寸大，自重大，周围土体与沉井的接触摩擦力不足以保持沉井稳定不下沉，因此出现下沉较快的现象。

管理人员当即决定，一方面，停止取土，刃脚处可适当回土并压实，提高摩擦力防止继续下沉；另一方面，联系商混站安排泵车及混凝土罐车，最快时间内完成封底混凝土浇筑，以确保沉井稳定不再下沉。

2.2 封底后涌砂

封底混凝土浇筑完成后，隔日施工管理人员查看沉井井底情况时，发现存在渗水及涌砂现象。涌砂堆积速度一开始较快，后续达到一定高度后堆积速度开始逐渐放缓，目前砂堆积已近淹没预留洞口，初步估计涌砂高度为1.2～1.5m。仔细观察发现，砂堆积高度依然在缓慢上升，说明此时涌砂虽速度较慢，但并未停止（图5）。

图5 沉井封底后涌砂现状图

项目部管理人员探讨研究后，分析判断为临近河道地下水位高，沉井封底混凝土刚浇筑完成时强度小，不足以抵抗沉井底部的承压水压力，以致形成渗流通道，出现涌水涌砂的现象。

项目部查阅相关资料，并与设计单位沟通后，初步确定2 个处理方案。

1）井点降水法 先在沉井四周打设井点降水，降低地下水位至沉井封底混凝土以下，以此减小承压水压力，消除涌水涌砂。然后安排人员下井清除堆积砂，冲洗干净后即可开始沉井底板施工。本方案优点是稳妥，水位降低后水压力随即降低，涌水涌砂问题迎刃而解，缺点是费用高，需要打设4 个井点进行降水，初步测算为10万元，费用较高。

2）高压灌浆封堵法 先增设水泵抽排井内积水，然后安排人员下井清除堆积砂，冲洗干净后找到涌水涌砂的漏洞（即渗流通道），最后采用高压浆对漏洞进行灌浆封堵，确保无涌水涌砂后立即开始沉井底板施工。本方案优点是费用低，仅需进行高压喷浆即可，初步测算为2～3 万元，缺点是存在不可控因素，较为冒险，如果承压水压力过大，一方面可能出现涌水涌砂速度过快导致无法清理干净，另一方面可能出现高压灌浆无法顺利封堵，以至于井内底板无法具备施工的条件。

项目部与相关专家分析研究，并对水压力进行测算后，决定采用第二种方案高压灌浆封堵法。安排人员架设水泵对井内进行抽排水，水位下降后观察井内情况，发现涌砂漏洞集中在刃脚四周，判断为封底混凝土浇筑前刃脚周围土体未清理干净，导致封底混凝土与刃脚结合不好，密封性差，进而发生涌水涌砂[2]。

作业人员清理完涌砂至封底混凝土顶面后，仔细搜寻所有漏洞，并立即采用高压灌浆进行封堵（图6）。经过观察、监测，井内不再发生涌砂现象，判定已顺利完成封堵，可开始后续沉井底板施工。

图6 高压灌浆封堵漏洞图

3 应用实例

W54 沉井与W55 沉井分别位于长东路4#桥河道东、西两侧，现场施工环境及土质情况基本一致，鉴于西侧W55 沉井施工时发生了沉井下沉过快及涌砂现象，若采取同样排水下沉及干封底的作业方法，东侧W54 沉井施工时大概率也会遭遇同样的问题。综合考虑，我们决定W54 沉井作业方法改为不排水下沉及水下封底。

W54 沉井挖土下沉时安排专人监测下沉速度，如遇下沉速度较快，立即安排水泵向井内加水，增加井体浮力，减缓下沉速度，以确保下沉到位，不超沉。水下封底可减小封底混凝土受到的承压水压力[3]，防止封底混凝土强度未成型时遭到压力破坏形成漏洞。灌注封底混凝土前注意仔细掏除刃脚处土体，以确保封底混凝土与刃脚结合完好。采用泵车直接伸至水下井底处浇筑混凝土。混凝土浇筑顺序为由四周到中心，即先浇筑四周刃脚处混凝土，后浇筑井中心混凝土，以便更好地完成封底。

W54 沉井施工时因改为不排水下沉及水下封底，封底顺利完成，未出现涌水涌砂现象。

4 结语

综上所述，沉井施工时如遇下沉过快及封底涌砂问题时，可以改变施工作业方法，调整井体浮力或水压力，确保沉井下沉及封底的顺利进行，同时要注意封底时刃脚的土体清理及混凝土浇筑顺序，以保证封底的施工质量。