大型沉井排水下沉施工技术研究与应用

大型沉井排水下沉施工技术研究与应用

一、沉井施工技术概述

沉井是在地面上或基坑中，先制作钢筋混凝土井身，待达到一定强度后，在井筒内分层挖土、运土，随着井内土面逐渐降低，井身依靠自重克服与土壁之间的摩擦阻力及土体对刃脚踏面的反力，不断下沉就位，达到设计标高后进行封底的一种深基础或地下构筑物施工工艺。

沉井在深基础或地下构筑物施工中具有以下特点：结构截面尺寸和刚度大，承载力高，抗渗及耐久性好，施工时不需要板桩围护；与大开挖相比挖土量大大减少，能节省投资；无需特殊的专业施工设备，易于操作；占地面积小，可用于场地狭窄条件下施工，对邻近建筑物影响较小，技术上比较稳妥可靠；可用于各种复杂地形、地质，特别是地下水很丰富、土的渗透系数大，难以将地下水排干的土层情况下施工。因此，近年来，随着施工技术和施工机械的不断革新，沉井在国内外都得到了广泛的应用和发展。沉井开始多用于铁路和桥梁工程基础，之后在水工结构，特别是市政工程中的给、排水泵站中多有应用。

沉井作为一种基础工程，在施工控制方面，最重要的是下沉过程中纠偏、防止突沉、控制终沉。经过多年的实践，目前国内在沉井施工技术应用上已积累了比较丰富的施工经验。我局承建的广东金融技术服务区b区市政工程北区2#雨水泵站（土建）工程是该项技术成功应用的一个范例。

二、工程概况

该工程位于佛山市南海区海八路五丫口至健身体育公园路段以北、佛山水道以南地块的拟建华翠北路与滨江二路交汇处的东北部，占地面积约5500平方米。

2.1 沉井结构尺寸

沉井高13.05m，下沉高度11.75m，长31.2m、宽26.4m；刃脚部位高3.70m，宽0.85m；井壁中上部宽0.70m，刃脚踏面均为0.40m，起沉标高+1.40m，刃脚终标高-10.35m。沉井分大小20格，隔墙、底梁底面宽0.60m。沉井设计为分三节浇筑，一次下沉，下沉方法为排水下沉。

2.2 工程地质水文

1、土层分布：

层①素填土：层厚1.4～2.8米，平均厚度1.74米，层底高程0.57～1.20米。

层②淤泥、淤泥质土：层厚2.0～4.0米，厚度变化稍大，南厚北薄，西厚东薄，平均厚度3.06米，顶板埋深1.4～2.8米，层顶高程0.57～1.2米。

层③粉砂：层厚3.5～5.7米，厚度变化稍大，大致南、北厚，中部稍薄，平均厚度4.88米，顶板埋深4.0～5.5米，层顶高程

-1.43～-2.88米。

层④粉质粘土：呈薄透镜状分布，层厚0.8米，顶板埋深10.5米，顶板高程-7.13米，土层呈灰黄色，饱和软塑，土质较纯，粘

塑性强。

层⑤粉（细）砂：层厚4.3～5.5米，平均厚度4.8米，顶板埋深9.0～11.3米，层顶高程-6.38～-8.18米，沉井座落在该层。层⑥中砂：层厚1.6～3.7米，平均厚度为2.62米，埋深13.6～16.0米，层顶高程-11.0～-12.63米。

3、地下水位埋深为1.10～1.90m，高程为0.97～1.47m。

三、受力计算模型及下沉系数验算

1、排水下沉的受力计算模型

沉井排水下沉时，可以看作是沉井自重克服井壁摩阻力和刃脚反力（及部分隔墙、底梁反力）下沉的过程。

井壁摩阻力沿井壁深度方向的分布，根据工程经验和习惯用法，可按如下假定计算：在深度0～5m深度范围内，单位面积摩阻力按直线规律自零值起逐渐增加，在深度5m以下，单位面积摩阻力为一常数。

四、下沉时降水方案设计与施工

（3）管井单井允许最大进水量的计算

管井的单井最大允许的出水量由管井的过滤器直径、过滤器长度和该场地的地下水的渗透系数共同影响。

计算公式：

式中 -过滤器半径，， -过滤器长度， -渗透系数

考虑到该地区的地下水较丰富，故管井深度应尽量多的深入到降水目的层中，根据地质报告，确定管井的深度为20米，最大降深

时有效过滤器长度为5m，沉井后期降水井过滤器所在层为粉砂，渗透系数为1.1m/d。

计算得：

（4）管井数量的确定

一般情况下，管井数量，根据现场地质水文条件，通常位于水道边的降水工程，由于受水道平行补给的水流影响，易于导致管井损坏，故经常需要在沉井周边增设一定数量的备用井，本该工程增设管井1口，合计9口。

（5）管井布置

根据沉井的尺寸，9口管井在沉井周围大致为均匀分布，其中靠近水道侧为4口，其他侧为3口，管井距沉井井壁8米，管井间均匀分布，有顶管的一侧适当避开顶管，具体分布见附图

（6）管井施工

工艺流程：井位放样→钻机就位→钻孔→清空→吊放滤网井管→井管四周回填砂滤层→洗井→安装潜水泵。

本工程采用工农150型大型回转式钻机成孔，井管材料使用ф300波纹井管，外包滤布，井管与孔壁间填充直径为1mm左右的中粗沙作为过滤层。填完滤料后，立即进行洗井。洗井时用潜水泵注水，将注水口伸至井底，让循环水带走井内四周及外滤层中的细颗粒，直至出水清澈。抽水时用多级泵，边抽水边让潜水泵逐渐下降，重复数次使管井周边密实。

五、沉井制作施工工艺

1、施工工艺流程

6、刃脚砖胎模

7、钢筋砼

各节钢筋砼施工采用常规施工方法，内外搭设钢管脚手架进行施工。

六、沉井排水下沉施工工艺

1、施工工艺流程

施工准备→启动降水井→冲吸泥下沉→到位干封底

2、施工准备

沉井下沉施工准备工作包括：开挖泥砂沉淀池、降水井施工、清理井内外杂物、安装冲吸排设备、布置控制台、设置观测设施等。

3、下沉施工

下沉施工包括初沉、中沉及终沉三个阶段。初沉阶段，先凿除砖模及砼垫层，然后冲吸排砂垫层。冲吸排时，坚持全面对称均匀原则，先排沉井中部，形成小锅底，逐步形成大锅底，沉井刃脚四周保留砂土堤1.2～1.5m，让沉井挤土下沉。在下沉过程中，定时观测，调整吸泥位置、深度，让沉井顺利下沉，进入良好下沉轨道。沉井沉入轨道2m处，进入中沉阶段，中沉阶段可适当加快沉速。当沉井距设计标高1.5m左右时，进入终沉阶段。此时应减慢下沉速度，加强沉井的观测，纠偏为主，严格控制取土深度和速度，减少锅底深度，必要时可停机观察。既要考虑既能克服外摩阻力、刃脚踏面反力顺利下沉，但又要注意沉井到位时沉井稳定，不再往下