摘要： 沉井作為反工序施工,同時也是“先深后淺”施工的特例已經作為一種施工技術普遍的被采用于實際工作中.但是由于施工地質情況千差萬別,故采用沉井下沉方式也不一樣.現就常州中天鋼鐵南區二期棒線工程一次鐵皮沉淀池的下沉方式—不排水水沖法施工和經常采用的下沉方式—排水下沉挖土(人工或風動工具挖土)、不排水下沉抓斗挖土作對比,以點帶面希望能從中找到不同水沖法之間的區別及相較于沉井其他取土下沉方式的在特定環境中的優勢和劣勢,以及在施工中遇到的技術問題的解決方案的探討總結,以便于在今后類似的工作中有所借鑒.

　　關鍵詞： 沉井,不排水水沖法,排水水沖法,取土方式施工方式比較

　　1不排水水沖法沉井的概念

　　所謂排水與否取決于地下水的情況，當土質條件較差，可能發生涌土、涌砂、冒水或沉井產生位移、傾斜及沉井終沉階段下沉較快有超沉可能時，才向沉井內灌水，采用不排水下沉，或當地下水位較深，處于池體的底板以下，或該處不存在地下水不需要進行排水操作時，采用不排水下沉。水沖法沉井施工是采用高壓水泵將高壓水流通過進水管分別送進沉井內的高壓水槍，利用高壓水槍射出的高壓水流沖刷土層，使其形成一定稠度的泥漿匯流至集泥坑，然后用水力吸泥機(或空氣吸泥機)將泥漿吸出，從排泥管排出井外的一種方法。

　　2應用舉例

　　2.1工程概況

　　常州中鐵鋼鐵南區二期棒線工程一次鐵皮沉淀池,結構實體高度為15.2米,下沉深度為9.2米, 外包尺寸為49.2m×22.4m,如此體積的沉井如果采用大開挖不但會加大施工成本,而且施工期間正好處于梅雨時節,陰雨連綿,安全隱患極大。如果采用干挖法，施工人員離刃腳距離過近，考慮到沉井的施工工藝及天氣的原因，危險性也較大，故采用水沖法下沉的方式進行施工較為合理可行。

　　2.1.1、巖土工程分析與評價

　　(1)第一層耕田土呈濕/松散狀態,局部稍密狀態,厚度一般為0.9~4.0米左右,局部原為溝塘處。

　　(2)第二層可塑粉質粘土層,平均含水量30.56%,平均空隙比為0.87,平均液化指數0.55.在第二層上部局部地段分布有流塑~軟塑粉質粘土第2-1層,呈飽和/軟~流塑狀態,局部為淤泥質土,平均含水量35.37%。

　　(3)第三層粉質粘土層，呈燒濕、硬塑狀態，平均含水量24.93%，平均空隙比0.718。

　　(4)第四層可塑狀態粉質粘土夾粉土層，平均含水28.83%，平均空隙比0.822。

　　(5)第4-1層粉質粘土，呈飽和、軟~流塑狀態、局部為淤泥質粉質粘土，平均含水量34.76%。

　　(6)第5層硬塑狀態粉質粘土，平均液化指數為0.16。

　　(7)第6層可塑狀態粉質粘土加粉圖層，平均液化指數為0.52。

　　2.1.2、場地地下水概況

　　場內地下水屬于上層滯水，主要接受大氣降水和地表水補給。地下水穩定水位埋深為0.24~3.0米，標高為0.88~2.62米。

　　結合上述地質情況及開挖至-6.0m時的基坑存水的實際情況，比較適合于不排水水沖法施工。

　　2.2施工部署及工藝流程

　　本沉井施工時采用半開口施工，即先將土方開挖至-6.0m標高,然后在+0.03m標高的基坑中進行沉井制作及下沉，墊層厚200mm，墊層頂面標高-5.8m。沉井分為4段制作，一次下沉。

　　第一節沉井制作高度在底板以下至刃腳，高度為2.70m ～3.30m左右;

　　第二節沉井制作高度為4.3m～3.7 m(-8.20m～底板下標高);

　　第三節沉井制作高度為4.0m(-4.2m～-8.20 m);

　　第四節沉井制作高度為4.5m(-4.2m～0.30 m)。

　　第三節沉井澆筑結束，結構混凝土強度達到設計強度后一次下沉至設計標高-15.2 m，下沉深度為9.2m。沉井下沉到設計標高后，即進行沉井封底及底板施工。然后進行第四節沉井的制作和內部結構的施工。沉井內隔墻應與井壁同時施工。

　　土方采用水力及人工配合開挖，在沉井附近布置兩座泥漿儲備池，滿足不斷產生的泥漿的儲備。采用泥漿泵吸入場地開挖的積水坑在采用挖機及渣土車運到業主指定的位置。

　　沉井封底時，要保證封底時沉井不繼續下沉，必須在井壁外做好防沉措施。

　　沉井施工流程：

　　平整場地→測量放線→開挖基坑→鋪砂墊層和墊木架(支刃腳模板)→沉井澆筑→布設排水溝及集水井→第一、二、三節沉井澆筑→抽出墊木架(模板拆除)→沉井下沉施工→下沉過程中的監測→第四節沉井施工→沉井下沉封底→澆筑底板混凝土→施工內隔墻、梁、板、頂板及輔助設施。

　　2.3主要施工工序及糾偏措施

　　2.3.1、主要施工工序

　　2.3.1.1、定位放線

　　根據業主提供的沉井附近方格網坐標點，采用全站儀對沉井四個角進行定位，土方開挖前，做好沉井施工的外部控制點。

　　2.3.1.2、 土方開挖

　　本工程場內自然地坪標高為+0.03m , 開挖深度為-6.0m。土方開挖前，放出開挖灰線,灰線尺寸為沉井各外邊向外擴2m，因開挖深度達6.1m，確定開挖坡比為1：1。土方開挖采用反鏟挖掘機進行開挖，人工跟班清理。即機械挖至標高-6m，剩余100mm土方采用人工開挖，開挖的土方隨挖機運至堆場，確保不擾動基底土方。場地內地下水既為滯留水，故水量不大，且地下水位較高，基本上處于大開挖的-6.00m以上，所以在土方開挖后，不會產生大量額水，只需沿基底四周開挖盲溝，設置集水井，溝內填鋪碎石，使地下水能沿盲溝排至集水井。沉井下沉期間坑內設集水井，用潛水泵將水排除坑外，不需要額外的在沉井外部周圍設置輕型井點、噴射井點或深井井點以降低地下水位，使井內保持挖干土。適于地質條件較差，有流砂發生的情況時使用。

　　2.3.1.3、 砂墊層及土方護坡施工

　　土方開挖完后采用砂墊層鋪墊，(為了以后清底方便)，砂墊層施工結束后，放出沉井壁板,支側壁模板.

　　由于基坑開挖深度達6.1m深，邊坡在粉質土層上土質容易脫落風化且沉井的作業時間長。故在土方開挖結束后采用直徑16mm的鋼筋打鋼筋樁長2.0m橫豎間距1.0m，上面綁扎直徑6mm的鋼筋網片，C20細石混凝土將坡面封閉處理厚度為80mm。

　　2.3.1.4、第一、二、三節沉池結構實體施工(略)

　　沉井下沉時，第一節混凝土強度應達到設計強度100%，其余各節應達到設計強度75%。

　　2.3.1.5、沉井下沉

　　(1)沉井刃腳木模及墊層的拆除

　　刃腳木定芯模及墊層在沉井混凝土強度達到設計強度的100%后方可拆除。拆除時應在專人指揮下分區、依次、對稱、同步的進行。先拆除木定芯模。加強觀測，注意下沉是否均勻，如發現傾斜，應及時處理。隔墻下排架拆除后的空穴部分用草袋裝砂回填。

　　(2)井壁孔洞處理

　　沉井壁上有時留有與地下通道、地溝、進水口、管道等連接的孔洞，為避免沉井下沉時地下水和泥土涌入，也為避免沉井各處重量不均，使重心偏移，易造成沉井下沉時傾斜，所以在下沉前必須進行處理。對較大孔洞，在沉井制作時在洞口預埋鋼框、螺栓，用鋼板、方木封閉，中填與空洞混凝土重量相等的砂石或鐵塊配重。沉井封底后拆除封閉鋼板、擋木等。

　　(3)采用水力機械沖土下沉法

　　建立“清水→泥漿→清水”的封閉循環系統：水源采用附近的勝利浜。在場地邊開挖一座清水池、一座一次泥漿沉淀池，并在西流河附近開挖一座二次沉淀池以最終沉淀泥漿凈化從沉池底部抽上來的泥漿(該泥漿定期用挖掘機挖出晾曬，干后運走)，以期減污排放，清水排往西流河。(見附頁該循環系統平面布置圖)

　　(4)人員及物資準備：

　　(5)施工現場平面布置

　　沉井四周修筑一條8米寬的道路，采用300厚道渣鋪筑。現場設置鋼筋加工場、木工加工棚、工具間,具體見平面布置圖。施工用水、用電從業主指定接口接入。

　　(6)下沉過程

　　①沉井的初沉：沉井初沉3～5m,是整個下沉過程的關鍵階級，它對井體起著導向作用，所以必須嚴格控制挖土的位置和速度，確保井體平穩和均勻下沉。下沉過程中每8個小時測量至少測量兩次，當下沉速度較快時，應加強觀測，如發現偏移及位移時及時糾正。

　　沖粘性土時，宜使噴嘴接近90°的角度沖刷立面，將立面底部刷成缺口使之坍落。沖土順序為先中央后四周，并沿刃腳留出土臺，最后對稱分層沖挖，盡量保持沉井受力均勻，不得沖空刃腳踏面下的土層。施工時，應使高壓水槍沖入井底，所造成的泥漿量和滲入的水量與水力吸泥機吸入的泥漿量保持平衡。沉井的終沉：當沉井進入終沉階段(離刃腳踏面1m)，應減緩水力機械沖土速度，觀察沉井的沉降變化。當刃腳踏面距離設計標高剩50cm時，暫停水力機械沖土，利用井體自沉達到設計標高。

　　2沉井封底

　　當沉井沉到設計標高，經觀測8h累計下沉量不大于10mm，即應進行沉井封底工序，經沉井抗浮計算，抗浮系數滿足規范要求(所有基礎梁施工完要與沉井同時下沉)。故該沉井可設置大井抽水。

　　本沉井采用干封底，為確保結構使用要求，必須做到不滲不漏。封底前采用人工將刃腳壁及井底清埋干凈，保證新老混凝土緊密接觸，確保井底的抗滲要求。

　　3沉井下沉的觀測

　　在沉井的下沉過程中，應經常觀測沉井的傾斜度和刃腳踏面的高程。在刃腳的入土深度未及沉井高度的1/3時，應重點觀測沉井井筒的傾斜度;當沉井刃腳踏面高程下沉到距設計高程約2m時，應加強對踏高程及下沉量的觀測。

　　(1)觀測要點

　　1)在水力機械沖土時，隨時觀測沉井井筒垂線的垂直度，當發現有傾斜時，應及時糾正。

　　2)沉井下沉過程中，應對沉井的位置、標高(沉降值)和垂直度及時進行測量，每臺班至少測量兩次(班中及每次下沉后)，并作好記錄。

　　3)如有傾斜、位移或扭轉，應采取措施及時糾偏，使偏差控制在允許范圍之內。

　　(2)、沉井井筒垂線傾斜度的觀測

　　沉井井筒垂線傾斜度的觀測方法為：觀測在井筒內壁預先設定的4個垂球的錐尖是否分別在相對應位置上的標盤中心，當井筒發生偏斜時，垂球錐尖就偏離標盤中心點，垂球吊線就偏離井筒內壁上的垂線。根據垂球偏離標盤中心及偏離井筒內壁的垂線的方位和大小進行糾偏。一般在沉井每次下沉前后各觀測一次。

　　(3)沉井刃腳踏面高程及下沉量的觀測

　　沉井刃腳踏面高程及下沉量的觀測方法為：利用在沉井外地面上軸線位置處預先設置的水平指標尺，分別測出下沉時刃腳踏面的高程，前、后兩次分別測得的刃腳踏面的高程差，即下沉量;刃腳踏面下沉前高程減去測得下沉時踏面高程即總下沉量。同時兩個相對點高差讀數之正、負差，也表示沉井井筒傾斜的方向及傾斜程度。一般上述觀測在每次下沉前、后各一次。

　　(4)、用水準儀或激光水平儀測量沉井下沉量和下沉中的刃腳踏面高程及井筒傾斜度。

　　為在沉井下沉過程中較精確地測量動態的刃腳踏面高程，測算井筒傾斜度，一般用水準儀或激光水平儀測量在井外壁事先設置的4個對稱點的高程，然后算出踏面的高程(前后兩次高程之差即是下沉量)，用相對稱點的高程差算出井筒傾斜角。

　　∠a=∠O=Sin-1BB/AB(或arcSinBB′/AB)

　　式中∠O—井筒的傾斜角(″);

　　AB—井筒外壁的直徑(m);

　　BB′—兩對應點的高程差(m)。

　　2.3.2、 沉井的糾偏

　　沉井在下沉過程中，時常出現井筒傾斜(沉井垂直度歪斜超過允許限度)沉井位置偏移(沉井軸線產生位移)等情況時，應立即分析原因，進行糾偏。

　　2.3.2.1、沉井傾斜

　　1)原因分析

　　①沉井四周土質軟硬不均;②沒有均勻水力機械沖土，使沉井內土面高差懸殊; ③刃腳一側被障礙物攔住; ④沉井外面有棄土或堆物，井上附加荷重分布不均造成對井壁的偏壓。

　　2)糾正傾斜的方法

　　①沉井四周土質軟硬不均及水力機械沖土不當引起的沉井傾斜的糾偏方法有3種，即：

　　(A)挖土糾偏，即通過調整挖土的高差，及調整沉井刃腳處保留土臺的寬度，進行糾偏。

　　在下沉較慢的一側多挖土，逐步水力機械沖掉刃腳處的土臺使刃腳懸空，使該側下沉。同時在下沉較快的一側多保留刃腳處土臺的寬度;如該處土體松軟時，應夯實或填碎石作為加固，并在該處井筒外部地面上堆土夯實，以增加其抗力和摩阻力。采用上述的方法，如一次不能全部糾正偏斜，可按上述的方法重復進行，至符合規定誤差為止。而后按正常下沉挖土。

　　(B)射水糾偏。沉井在下沉過程中發生偏斜而用挖土糾偏仍不見效時，采用在沉井井筒外部沿外壁四周注射壓力水，使該處的土成為泥漿，以減小土的抗力;泥漿還起潤滑作用，減小沉井外壁與土之間的摩阻力，促使沉井較高一側迅速下沉。當糾偏接近正常位置時應停止射水，并應將沉井外壁與土之間的空隙用細土或砂填充。

　　(C)局部增加荷載糾偏。當井筒下沉過程中出現傾斜時，可在井筒較高的一側增加荷載(一般采用成捆鋼筋、砂石袋加壓)。

　　②因刃腳一側被障礙物攔住引起沉井傾斜面的糾偏方法為：

　　如遇較小孤石，可將四周土掏空后將孤石取出;較大孤石可用風動工具或松動爆的方法將大孤石破碎成小塊取出;

　　2.3.2.2、沉井位移

　　(1)原因分析

　　沉井下沉中發現位移，大多是由于傾斜引起的，當發生傾斜時，井身常向一側的下部增加較大壓力，因而產生一定位移。位移的大小隨土質情況及向一側傾斜的次數而定。

　　(2)糾正位移的方法

　　①控制沉井不再偏移的方向傾斜。

　　②有意使沉井向偏移的相反方向傾斜，當幾次傾斜糾正后，即可恢復到正確位置。

　　2.3.2.3、 防止沉井下沉過快、突沉的措施

　　(1)原因分析

　　1)一般為遇軟弱土層，土的抗剪強度小，使下沉的速度超過水力機械沖土速度，嚴重的不用水力機械沖土也下沉。

　　2)沉井外壁的土受水浸泡，外壁與土之間的摩阻力減小。

　　(2)、預防措施及處理方法

　　1)沉井一般在剛開始下沉及沉井井筒入土深度小于沉井井筒高度的1/4時，沉井下沉速度較快，且易產生偏斜，此時應在刃腳處少用水力機械沖土或不用水力機械沖土，控制下沉量。

　　2)加大摩阻力。可采取排除井外壁附近的積水或在沉井外壁四周填粗糙材料或填土夯實，加大摩阻力。

　　2.3.2.4、沉井下沉施工記錄

　　沉井下沉施工記錄是將沉井過程中測量的結果及觀察分析的有關情況準確無誤地記錄下來，并及進通報給有關人員。該記錄的作用是及時準確地提供沉井下沉施工質量和土層、地下水等變化的信息，據此控制沉井下沉過程中的質量，并作為技術檔案備查。

　　沉井下沉的施工記錄是動態的施工記錄。主要記載沉井下沉過程中刃腳踏面各點不同計算出相應的下沉深度及偏斜;描述沉井糾偏及土層、地下水變化情況;記錄沉井施工至封底前出現的問題及采取的解決問題的措施和效果。

　　沉井下沉施工記錄應有專人負責填寫，并經審核人、項目負責人簽字后存檔備查。其記錄表格如下表：

　　填表說明：

　　1沉井下沉施工時，每次下沉前、后都應進行量測，并認真填寫本表;

　　②、A、B、C、D各點是預先設定的沉井軸線上的4個固定點;

　　③、沉井各點的下沉深度，指每次下沉各點相對的深度;

　　④、沉井距設計高差，指沉井下沉施工中踏面，當前的高程與設計高程之差;

　　⑤、情況描述，指對應第1項“時間一欄當時下沉及糾偏情況，土層、地下水變化，下沉中的問題，采取的措施及附近地面、建筑物等變化情況的描述。

　　附頁：每天的沉降觀測統計圖及變化曲線。

　　3在施工過程中存在的施工技術問題的探討

　　3.1沉井下沉和大開挖的優劣對比

　　沉井施工工藝的優點是：可在場地狹窄情況下施工較深(可達 50 余米)的地下工程，且對周圍環境影響較小;可在地質、水文條件復雜地區施工;施工不需復雜的機具設備;與大開挖相比，可減少挖、運和回填的土方量。其缺點是施工工序較多;技術要求高、質量控制難。

　　大開挖方式的基坑施工由于深度較深的前提條件和受地質條件的限制，往往需要多級放坡和較大的放坡比例，對周圍的待建建筑的開工時間造成了不可避免的影響，對已建項目帶來了安全隱患，而且開挖完后還要做護坡等必不可少的防護措施，以防被水浸泡后發生塌方的危險，增加不必要的開支。根據以往的施工經驗，10米以上的大基坑開挖往往占全部工期較大的比例，還增加了在材料運輸的成本。

　　沉井施工相對于大開挖施工有較大的優勢。

　　3.2砂墊層與混凝土墊層的工程技術對比

　　在大開挖到-6.00m基底時澆筑混凝土墊層還是直接鋪砂墊層的問題,這個問題看上去雖簡單,但是在施工過程中,由于沒有事先考慮到在下沉的過程中需要破除該層墊層和破除后向外吊運的工作,不但給下道工序的施工帶來了麻煩,還增加了成本.

　　3.3三種刃腳模板的制作方式的工程技術對比

　　在刃腳的模板支設上備選的技術措施有墊架法、磚砌墊座和土模. 墊架法不僅可以將上部沉井重量均勻傳給地基，使沉井井身澆筑過程中不會產生過大不均勻沉降，使刃腳和井身產生裂縫而破壞;使井身保持垂直;便于拆除模板和支撐。采用墊架法施工時，應計算井身一次澆筑高度，使其不超過地耐力，其下砂墊層厚度亦需計算確定。當采用磚墊座不僅在制作的時候耗時極大(不僅需要制作砂漿的備料,攪拌機的準備,大量砌磚工人的調用),就是在刃腳澆筑完后進行拆除時也會白白增加工作量,且拆除的大量的磚既無處使用也無處堆放,給現場的文明施工帶來了很大的困難.而且還要在磚墊座內壁用水泥砂漿抹面。采用土胎模時,不僅挖土費時費力,且刃腳的形狀及高度亦非常難以挖成形。

　　3.4不排水水沖法和排水水沖法的對比

　　如果根據此工程施工的特殊性，采用不排水水沖法和地下水水量較低時采用排水水沖法的施工方式并無二致，但是也存在另一種情況：在地質條件較差，可能發生涌土、涌砂、冒水或沉井產生位移、傾斜及沉井終沉階段下沉較快有超沉可能時，為了保證池體內外壓力的保持平衡，不但不向外排水，反而還要向里灌水。當地質情況較好時，最次的考慮因素是，有流砂發生的情況，可在沉井外側采用井點降水的方式進行施工，所以本工程有其特殊性，需在現場實際操作中因地制宜，不可生搬硬套。

　　3.5水沖法和干挖法下沉的對比

　　干挖法的施工方式為：對普通土層從沉井中間開始逐漸挖向四周，每層挖土厚0.4~0.5m，沿刃腳周圍保留0.5~1.5m 土堤，然后再沿沉井壁，每2~3m 一段向刃腳方向逐層全面、對稱、均勻地削薄土層，每次削5~10cm，當土層經不住刃腳的擠壓而破裂，沉井便在自重作用下均勻垂直擠土下沉，使不產生過大傾斜。本法可有效地提高工作效率。但是當下沉很少或不下沉，可再從中間向下挖0.4~0.5m，并繼續向四周均勻掏挖，使沉井平穩下沉。但是如果此處地質條件較為復雜，則不可輕易向刃腳部靠攏，以 免發生危險，這個時候就顯示出水沖法的優勢：可以以較遠的距離的完成下沉的任務。