粉質粘土沉井施工工藝簡介
 李  悅
[湖北省松滋市建筑工程質量監督檢測站, 湖北 松滋 434200]
摘要：本文以粉質粘土地質沉井施工為例介紹沉井施工工藝，為今后同類型沉井施工提供參考。
關鍵詞：沉井  施工工藝  簡介
一、前言
某乙烯工程取水設施圓形泵房地下部分采用沉井施工工藝。在實際施工過程中，項目部優化施工工藝，降低施工成本，趕超施工進度，成效顯著，可供同類型沉井施工參考借鑒。
二、工程概況
（一）工程簡介
某乙烯工程是國家“十一五”重點規劃項目，取水設施是乙烯工程重要配套項目，也是后續主體工程施工的前提與基礎。
取水設施包括圓筒泵房、引水井、取水頭部及相應管線組成，如圖1所示。圓筒泵房地面以下構筑物施工采取沉井施工工藝，沉井高度為24.3米（下沉到位后頂標高為22.16米，黃海高程，下同），沉井內徑19米，下端壁厚1.5米，中上部壁厚1.2米，鋼筋混凝土結構，如圖2所示。

圖1   取水設施流程圖

圖2  沉井結構及地質結構圖
取水設施工程于2010年3月31日正式開工，擬定2011年9月29日完工。其中泵房沉井施工是第一道工序，計劃2010年10月份完工。
（二）施工環境及平面布置圖
取水泵房工程位于長江中游，某大橋上游側1.8公里，沉井中心距離長江干堤約220米。根據地質勘測資料施工地質以粉質粘土為主，沉井底標高距離沙層約7米。施工現場地處城郊，天氣屬于亞熱帶濕潤季風氣候，每年降水集中在6月-8月份，年最大降雨量1894毫米。                       
取水泵房工程受長江水位影響，枯水季節是施工黃金時節，長江汛期限制動土施工，主汛期（每年7月-9月）禁止動土作業。 
三、施工工藝流程，如圖3所示。
四、地基處理
根據勘測資料，沉井地基表層土為粉質粘土，其允許承載力為130Kpa。為了保證沉井接高施工地基穩定性，必須對地基進行處理。地基處理采取中粗砂換填夯實的方法。測量放出井位后，開挖基槽，開挖深度為1.5m底寬為2m，如圖4所示。基槽開挖并修整成形后，立即分層回填中粗砂，并分層夯（振）實。過干的砂可輔以灑水密實。
 
圖3  施工工藝流程
圖4  沉井區地基處理布置圖
五、接高施工
1、施工方案綜述
為了確保2010年10月份完成泵房沉井施工且已形成沉井構筑物安全度汛，沉井施工分作兩個階段實施：第一階段于2010年6月30日前（即主汛期到來前）完成10.5米沉井澆筑并下沉到位；第二階段于2010年10月31日前完成13.5米沉井澆筑、下沉及封底施工。根據泵房結構，第一階段施工混凝土澆筑分三次，分別澆筑6.2米、1.8米和2.5米，約746方混凝土；第二階段分三次，分別為1.5米、6米和6米，約885方混凝土。
泵房沉井前期作為頂管施工工作井，需要等頂管施工完成后再進行隔墻澆注，在澆筑壁墻時預埋插筋。
沉井混凝土為C30防水砼，抗滲強度等級為S8。沉井混凝土節段均采用翻模法進行施工，翻模采用國標的定型的高×寬=1.5m×0.3m的鋼模板。翻模法一次澆注的高度不大于6m。為保證混凝土施工質量和防水，模板定位對拉螺桿中間帶有止水片，拆模后切除螺桿并進行表面修復。 沉井每節段施工預留凹槽，中間敷設止水橡膠條，節段之間不滲水。鋼筋均在沉井附近的鋼筋加工區進行加工，再利用現場的吊裝設備進行安裝。施工采用商品混凝土，泵送入模。
2、施工平臺搭設
泵房沉井施工中，采用鋼管腳手架作為員工施工通道、小型機電設備平臺、小型材料臨時擱置平臺等，不承受結構重量。 沉井井壁為圓形，外徑22m，內徑19m，腳手架搭設采用內外雙側，14邊形封閉結構， 如圖5所示， 根據施工高度逐層搭設，上面內外連接。

圖5  腳手架搭設平面圖
（1）根據施工方案，沉井施工分兩個階段，腳手架搭拆兩次。
第一階段：根據沉井分三次澆筑10.5米施工方案要求，腳手架第一次搭設5.4米，第二次加高至7.2米，第三次加高至10.8米。然后待模板拆除后拆除內外腳手架。內外均采用鋼管落地腳手架。
第二階段：根據沉井第二階段分三次澆筑13.5米的施工要求，腳手架第一次搭設1.8米，第二次搭設至9米，第三次搭設至14.5米。在這個施工階段沉井內已經開挖至地面10米以下，內腳手架采取鋼管懸挑腳手架，外側采取落地鋼管腳手架。
腳手架拆除采取從上到下逐層拆除方法。
  （2）搭設要求
落地式腳手架搭設要求（第一階段內外腳手架和第二階段外腳手架，結構如圖6所示）。
落地腳手架搭設的工藝流程為：場地平整、夯實→基礎承載力實驗、材料配備→縱向掃地桿→立桿→橫向掃地桿→小橫桿→大橫桿→剪刀撐→連墻件→鋪腳手板→扎防護欄桿。

圖6  落地式腳手架結構簡圖
 懸挑式腳手架（第二階段沉井內腳手架搭設，結構如圖7所示）
懸挑腳手架搭設步驟：焊接牛腿→鋪設安全網→鋪設通道→縱向掃地桿→立桿→橫向掃地桿→小橫桿→大橫桿→剪刀撐→連墻件→鋪腳手板→扎防護欄桿。
在第一階段第三次澆筑混凝土的時候在沉井內壁上相對于沉井韌腳底標高上10m處預埋12mm厚的20cmX20cm預埋件，預埋件的水平間距為1.5m，豎向間距為0.8m，然后用Q235a型I12的工字鋼焊接在預埋件上作為內腳手架的牛腿，作為懸挑腳手架支撐，如圖8所示。
為了方便人員上下，內外腳手架設置上下通道。沉井外通道采取落地腳手架搭設,斜度9:20，斜道寬1米，長2米。斜道采用單木跳板加裝防滑條，用小橫桿固定。
沉井內上下采用爬梯。沉井內從腳手架懸挑開始沿垂直方向每隔1.8米預埋12mm厚的20cmX20cm預埋件，共5塊。在預埋件上焊接牛腿，牛腿長2.8米，牛腿沉井側1.5米和腳手架大橫桿連成一體，外端制作上下爬梯平臺。爬梯下端和平臺焊接，上端與大橫桿連接并固定。
 圖7  懸挑腳手架結構簡圖
圖8  牛腿結構及安裝示意圖
3、鋼筋加工
豎向鋼筋和井壁與隔墻之間的鋼筋采用滾軋直螺紋套筒連接，其余鋼筋接頭采用綁扎或單面焊焊接連接，并在鋼筋安裝施工中嚴格按規范（JTJ041-2000）執行處理，同一斷面接頭數不超過全斷面的50%。
鋼筋在鋼筋加工區進行加工，加工完成后利用平板車將鋼筋運輸到沉井施工現場，利用吊車進行吊裝，按先豎向后水平再拉鉤筋、從下往上的順序進行安裝。
4、模板加工
沉井壁墻采用組合鋼模板作為沉井節段接高施工模板，井壁和隔墻腋角連接段采用木模板，木模板采用竹膠板后加10X15cm的紅松木方@30cm作為橫楞，豎楞采用雙扣的Φ48X3.5mm的腳手架鋼管@60cm。模板采用組合鋼模板，外加槽鋼作為外圍檁進行加固。模板系統主要由內外模板、拉桿、圍檁、外部背楞組成。內外模板采用止水對拉螺桿固定，在內外腳手架上設置工作平臺以方便鋼筋綁扎及混凝土澆注施工。
5、混凝土施工
混凝土采用商品混凝土，根據設計要求，沉井混凝土為C30防水砼，抗滲強度等級為S8。在施工準備階段進行配合比實驗，施工中按照配合比進行攪拌。根據沉井結構特點，每節段混凝土澆筑施工分區、分層、均勻、連續澆筑，分層振搗，每層厚約30cm。
六、沉井下沉施工
1、概述
沉井為普通鋼筋混凝土圓形結構，內徑19m，壁厚1.2m～1.5m。泵房沉井高24.2米，分二節接高下沉，第一次下沉接高至10.5m，在2010年主汛期來臨前下沉到位；第二次下沉接高至13.7m，汛期過后兩個月內完成。
沉井下沉過程中所穿過的土層有粉質粘土、淤泥狀粉質粘土、粉質粘土等土層，如圖2所示。根據地質結構，第一次下沉采用挖機取土，吊車轉運方式進行；第二次采用水沖吸泥方式進行。
2、挖機取土施工
在第一節段混凝土澆注至10.5米并達到設計強度100%是開始沉井下沉施工。首先拆除磚胎模，并回填中粗砂。
沉井內取土采用兩臺0.4方小型挖機進行，先中間后四周分層對稱開挖。每層不易超過0.5米。開挖至兩米以下進入淤泥狀粉質粘土，挖機履帶容易陷入淤泥層中，采用22mm厚的150cmX600cm鋼板鋪地繼續進行開挖。挖出泥土裝入200CMX150CMX200CM（長X寬X高）泥斗內用50噸汽車吊轉運出圍擋外，如圖9所示。
3、水沖吸泥取土施工
沉井第二階段下沉因沉井內積水較多，泥質水塑性較強，不適合挖機取土，這時采用水沖吸泥施工方案。
 水沖吸泥施工利用高壓水泵的高壓水流沖刷切割和稀釋土體，并形成相應稠度的泥漿，匯流向集水坑，通過泥漿泵排出，如圖10所示。泥漿泵采用NL150-16型，共布置4臺，配套布置8套高壓射水設備。
沖泥時，對稱布置水沖設備，先中間后四周分層沖刷，形成鍋底積水，再用污泥泵抽至井外沉淀池。含泥污水經沉淀池沉淀后，清水流至清水池，再用水泵抽至井內循環使用。沉淀池內沉淀泥土定期挖出并轉運到指定地點。
圖9  吊車轉運泥土示意圖
圖10  水沖吸泥施工示意圖
 4、測量控制
為了保證沉井均勻下沉，垂直度及方位受控，需定時觀測，及時糾偏。通常可采用在沉井外地面軸線位置設置水平標尺，分別測出下沉時刃腳踏面的高程，前、后兩次比較獲得下沉量。同時兩個相對點高差讀數正、負差表示沉井傾斜的方向及傾斜程度。
    5、存在問題及應對措施
（1）傾斜、偏移
加強觀測，預防為主，一旦沉井發生傾斜或傾斜趨勢立即開始糾偏。
①挖機取土糾偏：在刃角高的一側抓土，使沉井向偏位方向傾斜，逐步調正。
②水沖吸泥糾偏：沿沉井高的一側井壁外面的土體中高壓射水，以破壞土層結構，降低摩擦系數。 
（2）沉井突沉
沉井下沉過程中由于挖土過快或地質驟變，或下雨井內積水過多等使下沉失控，產生過大的下沉。預防措施是：了解土層情況，控制挖土速度，及時排除井內積水。一旦發生突沉，可立即在刃腳斜面回填砂。
（3）管涌
    隨著長江水位的漲高，沉井內水位和長江水位落差逐漸加大，有可能產生管涌。 預防措施：定期觀測長江水位，合理安排施工進度。施工中出現管涌跡象，立即停止施工作業，轉移人員機械，并在沉井底鋪上一層土工布，回填中粗砂，向沉井內回灌水。
七、沉井封底施工
泵房沉井需要封底凈面積約360m²，根據地質情況采用降水混凝土干封底施工工藝。 當沉井刃腳下沉至設計標高上2m時，開始對刃腳及隔墻下的土層進行清理。清基時，嚴格控制沉井刃腳高程，既要達到設計要求，又不能過分擾動刃腳下及進內土層，不應有深坑、陡坡、陡坎。 
澆筑沉井底板混凝土時，在集水井處預埋帶止水環的法蘭鋼管，其內徑為60cm左右。法蘭鋼管盤面的高程低于底板混凝土面20-30cm，通過法蘭鋼管用水泵排除地下水。待底板混凝土強度達到設計要求，且滿足抗浮要求時，停止抽水，將排水泵從法蘭鋼管中拔出，并迅速蓋上法蘭蓋和止水墊圈，用螺栓擰緊至不漏水，然后將該處底板混凝土補齊。
八、總結
某乙烯工程取水設施沉井施工工藝簡潔，成本節省，進度超前，集中體現在以下幾個方面：一是兩次下沉到位工藝簡單；二是下沉中不斷糾偏確保精度；三是水沖吸泥節省降水費用；四是挖機取土趕超進度；五是注重細節保證安全。