钢沉箱在强透水层中基础施工技术

陈吉恒

（中国铁建中铁二十三局集团有限公司，四川成都 610000）

0 引言

随着当今城市的不断发展，海边、河边的后备土地资源也开始开发利用。在工程建设中如何在强透水层中施工变成了一大难题。本文利用自制钢沉箱在强透水层中施工基础，具有成本低、效率高、安全可靠等的特点。研究该技术的施工方法，对于进一步提升强透水层中、甚至水中施工基础具有重要意义。

1 工程概况及施工重难点

1.1 工程概况

新建服务中心位于拉萨市城关区拉萨河边，项目位置地势较平整，交通相对便利，兼顾长远发展，满足功能要求[1]。本项目由1 栋地上二层、地下一层公共建筑（地上功能为餐厅、银行地下功能为超市、邮政、洗浴、理发）组成，建筑高度17.5m。项目总用地面积约为13313m2，总建筑面积为8197.0m2，上建筑面积为5117.28m2，下建筑面积为3079.70m2，基础为筏板基础，筏板基础下设计有SBS 防水层[2]。根据基坑周边勘察钻探揭露情况，基坑开挖范围内侧壁的土层主要为①层耕土（松散）、②层填土（松散）及③层卵石（稍密～中密）[3]。地下水位埋深较浅，地下水主要为埋藏于第四系全新统冲洪积层中的潜水。勘察各钻孔均揭露到地下水，场地地下水稳定水位埋深3.50～4.00m，年变化幅度2.0m。基坑坑底处于地下水位以下，基坑开挖深度主要位于强透水性的③卵石层，场地地下水位较高，根据现状标高，基坑开挖后地下水位高于基底约1.5～2.0m，基坑涌水主要为③卵石层，属强透水层，渗透系数K 为200m/d，筏板基础内有电梯井及厨房卫生间公共浴室的集水坑位于水位下，水位下的基础点位多，较分散，需考虑基坑降水或者止水问题[4]。

1.2 施工重难点

难点一：基坑南侧距离既有建筑物约20m，北侧距离既有建筑物约16m，建筑物为砖混结构，开挖基坑和大量的抽水会对既有建筑产生影响。

难点二：基坑位置距离拉萨河260m，且属于强透水卵石层。

难点三：筏板基础内仅电梯井及厨房卫生间公共浴室的集水坑位于水位下，水位下的基础点位多，较分散，不利于集中降水方案。

2 水中基础施工方案选型

在强透水层中常见的施工方案有基坑抽水、井点降水、钢围堰、钢沉箱，方案可行性分析如表1 所示。

表1 方案选型

根据现场实际的地质条件、基础大小、基础分布情况、既有建筑物等设计文件，为了有效的时间内快速的完成基础施工，优先选用了钢沉箱的施工方案[5]。

3 钢沉箱的概念及施工技术要点

3.1 基本概念

按照筏板基础的形状及尺寸提前制作钢沉箱，并在底部安装进水管及开关闸阀，并焊接抗浮锚板和拉杆。基坑开挖时尺寸放大50cm，基坑开挖完成后进行钢沉箱安装，安装时打开闸阀进水下沉，直至下沉至设计标高。安装完毕后浇筑回填水下混凝土，第一次浇筑为了防止上浮只浇筑至钢沉箱底部。初凝后再浇筑箱身回填混凝土。混凝土满足强度后关闭闸阀，将箱内水抽干后再将箱底浇筑封底混凝土，埋住闸阀即可，完成后便可进 行防水层及筏板基础施工。钢沉箱示意图如图1 所示。

图1 钢沉箱示意图

3.2 施工技术要点

3.2.1 基坑开挖

测量放样时按照筏板结构尺寸加大50cm，合理地确定开挖顺序和分层开挖深度，应该连续地进行施工，快速地完成，开挖的时候使用挖掘机开挖，及时将挖除的卵石运走，不可堆弃在基坑上沿，避免造成边坡垮塌。第一层开挖到水面，测量人员复核结构尺寸，复核完成确认无误后继续开挖水下部分，水下部分开挖的时候测量人员配合测量开挖高程，按照筏板底标高超深50cm。

3.2.2 钢沉箱制作安装

钢沉箱设计时必须有足够的刚度，根据现场实际情况，箱身采用8mm 厚钢板焊接，背肋采用40mm×40mm×3mm 角钢，内支撑采用φ50 钢管。为了防止箱身在浇筑过程中上浮，在箱身外侧焊接直径16mm 钢筋拉杆，拉杆顶端设置锚板，沉箱顶端使用圆钢焊接4 个吊装环。

安装时使用16t 吊车配合吊装，吊车应在远离基坑的坚实地面作业，吊装前先在基坑内设置4 个支点用于限制沉箱下沉高度。吊机支撑稳固后，将钢丝绳和吊点使用卡扣锁紧，吊车指挥人员检查无误后方可起吊。安装时提前打开闸阀，基坑外的水顺闸阀进入箱体时，钢沉箱缓慢下沉，因预留管口径小，箱身下沉较慢时，可以使用抽水泵抽水进入箱身加速下沉。直至下沉至预定标高。

3.2.3 回填水下混凝土

为了确保回填混凝土与钢沉箱结合成为整体，回填混凝土采用水下混凝土配合比，钢沉箱底部浇筑采用导管法浇筑，为了确保底部混凝土浇筑密实，浇筑混凝土从中心开始缓慢浇筑，放料过快会导致钢沉箱上浮。第一次浇筑只浇筑至钢沉箱底部。待底部混凝土达到强度，钢沉箱抗浮锚杆起作用后在浇筑箱身回填混凝土，浇筑混凝土同样使用水下混凝土配合比。浇筑过程应四面对称浇筑，防止箱身因局部受力发生变形。浇筑过程中使用插入式振捣棒振捣密实，振捣器应快插慢拔，插点要均匀排列，逐点移动，顺序进行，不得遗漏，做到均匀振实。移动间距不得大于振捣棒作用半径的1.5 倍（一般为28～40cm）。振捣上一层时应插入下层10cm，以消除两层间的接隙。为了确保回填混凝土强度应超出水面30cm。

回填混凝土达到强度后方可进行抽水，否则钢沉箱会因突然失去的水压，被挤压变形，因此抽水时应缓慢进行，随时观察钢沉箱是否变形、位移。如发生变形应立即停止抽水，采取补救措施。将箱内水抽干后再将箱底浇筑封底混凝土，混凝土应磨平收光不得影响后续筏板防水层施工。

3.2.4 基础防水层施工

施工前将基层表面清理干净，涂刷基层处理剂，在基层表面涂刷一道用汽油稀释的氯丁橡胶沥青胶粘剂，涂刷应均匀，不能透底。阴阳角部位加铺一层防水卷材。按规范及设计要求将卷材裁成相应的形状进行铺贴。其宽度不应小于50cm。将改性沥青防水卷材按铺贴长度进行裁剪并卷好备用，操作时将已卷好的卷材，用φ30 的管穿入卷心，卷材端头比齐开始铺的起点，点燃汽油喷灯或专用火焰喷枪，加热基层与卷材交接处，喷枪距加热面保持300mm 左右的距离，往返喷烤、观察当卷材的沥青刚刚熔化时，手扶管心两端向前缓缓滚动铺设，要求用力均匀、不窝气，铺设压边宽度应掌握好，满贴法搭接宽度为80mm，条粘法搭接宽度为100mm。卷材搭接缝处用喷枪加热，压合至边缘挤出沥青粘牢。卷材末端收头用沥青嵌缝膏嵌固填实。检查验收合格后及时浇筑细石混凝土保护层。

3.2.5 筏板基础施工

防水保护层完成后方可以进行钢筋绑扎，吊装钢筋应注意不能损坏防水层，避免焊接，防止烧伤防水层。钢筋模板验收完成后进行混凝土浇筑，混凝土采用泵送浇筑，混凝土自料口下落的自由倾落高度不得超过2m，如超过3m 时必须采取措施。浇筑混凝土时应分段分层连续进行，每层浇筑高度应根据结构特点、钢筋疏密程度决定，一般分层高度为振捣器作用部分长度的1.25 倍，最大不超过50cm。浇筑过程中使用插入式振捣棒振捣密实，振捣器应快插慢拔直至没气泡为止。浇筑时应从电梯井及集水井开始，确保混凝土连续浇筑，如必须间隙应缩短间隙时间，并应在前层混凝土初凝前浇筑完毕。浇筑时时常观察模板、钢筋、预留孔有无移动、变形或堵塞情况，发现问题停止浇筑，应在混凝土初凝前修正完成。混凝土浇筑完毕后，应在12h 以内加以覆盖和浇水，浇水次数应保持混凝土有足够的湿润状态，养护期一般不少于7 个昼夜。

3.3 质量评估

因钢沉箱与回填混凝土在筏板基础下方，完成回填混凝土后，需要对施工质量进行评估和检查。评估主要包括回填混凝土的密实性、强度以与钢沉箱结合情况等进行检测。常用的质量评估方法包括超声波检测、静载试验。超声波检测是通过超声波的反射和传播来检测混凝土材料的密实性和强度的一种方法。在检测过程中，将超声波探头放置在混凝土上，利用超声波的反射信号来判断回填混凝土的密实性和强度。如果反射信号比较强，说明混凝土密实且强度高；反之则说明混凝土密实性和强度较差。静载试验则是通过对周围地层的静载试验来检测钢沉箱及混凝土承载效果。在试验过程中，将一定重量的荷载施加在钢沉箱及混凝土结合体上，测量其沉降情况，以判断承载的效果。通过评估和检查，可以判断效果是否符合设计要求，以及是否需要进行进一步的处理和修正。

4 质量控制与安全管理

4.1 质量控制要点

质量控制是施工中至关重要的一环，它直接关系到工程的施工质量和最终效果。在进行施工前，需要对地质条件进行详细勘测和分析，以确定钢沉箱自身强度刚度参数和抗浮措施。此外，在施工过程中，需要严格按照设计要求和施工规范进行操作，对抗浮拉杆的位置、长度、倾角等参数进行精确控制。在回填混凝土浇筑过程中，需要对水下混凝土材料的配比、流量、压力等关键参数进行监测和控制。最后，在施工结束后，还需要对回填质量加载沉降量进行全面检查和评估，及时进行必要的修补和整改工作，以确保施工质量符合要求。

4.2 安全风险分析与预防措施

安全风险分析与预防措施也是不可或缺的。在施工中存在着诸多安全风险，如基坑塌陷、设备故障、地质灾害等。因此，在施工前需要进行全面的安全风险分析和评估，以制定相应的预防措施。具体而言，在吊装过程中，需要加强吊装物体固定，防止物体脱落事故的发生；在水下混凝土过程中，需要严格控制放料速度，防止钢沉箱变形、上浮等意外情况。与此同时还需要做好现场安全教育和培训工作，提高施工人员的安全意识，确保他们能够正确使用安全防护设备和工具，有效应对突发情况。

4.3 现场监督与管理

在施工现场，现场监督与管理是确保施工安全、质量和效率的关键环节。需要派遣专业的监理人员对施工现场进行全程监督，对施工过程中的关键环节和关键参数进行实时检查和记录。建立健全的施工管理制度和标准操作流程，明确责任人和操作程序，规范施工行为。针对施工人员的操作规范、安全防护要求、设备使用维护等方面都需要制定相应的管理制度。另外，还需要加强与施工单位的沟通与协调，及时解决施工中出现的问题和难题，确保施工进度和质量符合要求。最后，还需要做好施工现场的环境保护工作，合理利用资源，减少对周围环境的影响。

5 结语

综上所述，通过对钢沉箱在强透水层中基础施工技术的深入探讨，深刻认识到该技术在提高施工效率、保证工程质量和环境保护方面的重要作用。在未来的实践中，需要继续推动该技术的创新与应用，并注重质量控制与安全管理。同时，加强经验总结和案例分析，不断积累技术经验。相信在各方努力下，钢沉箱在强透水层中基础施工技术将在未来取得更加显著的成果，为我国工程建设事业做出更大的贡献。