超深沉井下沉施工技术分析

超深沉井下沉施工技术分析

苏现月

摘要：沉井基础是以沉井法施工的地下结构物和深基础的一种型式。是先在地表制作成一个井筒状的结构物（沉井），然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土，使沉井在自重作用下逐渐下沉，达到预定设计标高后，再进行封底，构筑内部结构。广泛应用于桥梁、烟囱、水塔的基础；水泵房、地下油库、水池竖井等深井构筑物和盾构或顶管的工作井。而沉井下沉是沉井施工比较难以控制的关键工序，本文以上海城市环境APL三期（LOAN 7707-CHA）城市污水管理子项目白龙港片区南线输送干线完善工程（过江管及连接管）SST1.2标过江管及浦东连接管工程为例，主要阐述在制作顶管穿越黄浦江工作井中,进行超深沉井下沉的施工工艺的施工流程、关键技术以及应对措施等，着重阐述了排水下沉、不排水下沉以及沉井下沉的减摩、防止超沉、防止倾斜等措施的关键技术，为今后超深沉井下沉施工提供了可以借鉴的经验。

关键词：超深沉井排水下沉不排水下沉

1、工程概况

本标段为污水管管道自华泾路提升泵站穿越黄浦江，沿林浦路，S20路至济阳路交汇井，总长3705m，其中过江管Φ2700，L=1105m；浦江连接管Φ2700，L=2575m，均采用“F”型钢承口式钢筋砼管，楔形橡胶圈接口，管道平均埋深6.00～10.20m,沿线需要穿越黄浦江、M8号线、S20立交等重要构筑物。本工程包括工作井3座、接收井4座，采用沉井、钻孔灌注桩、旋喷桩等围护结构形式。W2号工作井为沉井是顶管穿越黄浦江的工作井。W2沉井总高度30.61m,最大直径13.6m，沉井高度大、直径小，长细比为2.25:1，对沉井下沉垂直度控制、下沉稳定性控制难度高，井位西南方向距离井边12.70m处有砖砌一层民房，民房基础较浅，对地下土体的扰动反应敏感，沉井下沉时，周围土体沉降容易造成民房墙体开裂等破坏影响，对周围构（建）筑物保护措施要求高，在上海地区实属罕见。地层特性见表1，地基承载力设计值见表2。

表1 地层特性表

表2 地基承载力设计值参数表

沉井施工时主要涉及的土层为：①1杂填土、②1褐黄色粉质粘土、②2灰黄色粉质粘土、③1灰色淤泥质粉质粘土、③t灰色粘质粉土、④1灰色淤泥质粘土、⑤1灰色粘土、⑤2-1灰色砂质粉土夹粉质粘土、⑤2t灰色粉质粘土夹粘质粉土、⑤2-2灰色粉砂、⑤3-1灰色粉质粘土。沉井封底时，刃脚处于⑤3-1灰色粉质粘土。

对本工程基础有直接影响的主要为浅部土层的潜水，其补给来源主要为大气降水与周边河道。勘测期间地下水埋深0.60～2.30m，平均1.38m。根据上海市地区经验，潜水埋深一般为地表下0.3～1.5m,粘平均地下水位为地表下0.5～0.7m。

场地中下部分布有微承压水（⑤2-1、⑤2-2）和承压水（⑦2），根据上海区域水文地质资料，⑤2-1层顶埋深约12.6～19.2m。

2、沉井制作总体概况

沉井内径为ф11m，距离外径3m处采用双排ф850（搭接250）水泥搅拌桩加固，桩长31m；两个出洞口加固范围为8m×8m×8m，采用水泥搅拌桩地基加固。根据设计图纸要求和地质情况分析，。沉井高度30.61m，井壁厚度分别为1.3m、1.4 m两阶。沉井井壁、底板混凝土强度等级为C35，抗渗等级为P10，混凝土垫层强度等级为C25水下混凝土。

因周边有房屋和高压电线杆要保护，且沉井深度深，又有承压水等因素，为确保安全，根据地下土质以及地下水分布情况，将采用排水下沉和不排水下沉相结合的方法进行下沉施工。在井的外围采用搅拌桩帷幕做隔离保护，以确保沉井和周边环境的安全。

该沉井拟采用五次制作两次下沉，第一次、第二次、第三次制作共15.00米，

采用排水下沉；第四次、第五次制作共14.00米，采用不排水下沉，水下封底；剩

余1.61m待沉井下沉至设计标高，水下封底完成后制作。

起沉标高为+3.36m,第一次制作 5.50m(-25.64m～-20.14m),第二次制作

5.00m(-20.14m～-15.14m),第三次制作4.50m(-15.14m～-10.64m),第一次下沉高度

14.00 m（标高：+3.36～-10.64m）；

第四次制作7.00m(-10.64m～-3.64),第五次制作7.00m(-3.64m～+3.36m)；第

二次下沉至沉井设计标高-25.64。

沉井第一次下沉排水下沉，用水力冲泥取土，泥浆泵排泥；不排水下沉用水力

冲泥、空气吸泥机排泥。

3、沉井下沉

3.1第一次下沉

第一次下沉采用排水下沉，利用高压水枪冲碎土层后，再用泥浆泵将

泥浆及土的碎块排到井外，使沉井下沉。下沉时在井壁外周采用膨润土

浆减阻措施，以保证沉井顺利下沉。

挖土下沉应遵从均匀、对称的原则。挖土顺序为先中后边。下沉发生倾斜时，通过调整挖土的方法随挖随纠。沉井下沉至预订高度2m以内时，应先挖靠近刃脚及地梁下土体，并形成“反锅底”状，然后逐步挖中央部分，随“反锅底”趋近平缓，沉井亦缓缓到位。

挖土设备：水力机械化挖土设备，水力机械化开挖下沉，是利用水枪的高压射流冲碎土层，同时搅拌形成泥浆，汇集于井底的集泥坑，由水力吸泥机吸出地面排放。水力机械化挖土设备主要由高压水泵、高压供水管路、水力冲枪、水力吸泥机以及排泥水管路组成。现场配置2台水力冲枪和1只水力吸泥机。

①第一次下沉系数计算

注：当井壁外侧为阶梯性并采用灌砂助沉时，灌砂段的单位摩擦力标准值可取7～10kPa。

沉井第一次下沉采用排水下沉，下沉采用触变泥浆减摩方法，沉井下沉的摩阻力取f

k

=7kPa；第一次下沉深度为14m，下沉时刅脚部份拆插入土中，下沉系数应≥1.05；

K st1= (G

k

－F

fw,k

) /( F

fk

+R)

式中K st1—第一次下沉系数；

G

1k

—沉井自重标标准值（kN）；

F

fw,k

—下沉过程中水的浮托力标准值（kN）；

F

fk

—井壁总摩擦阻力标准值（kN）；

F

fk

=U×(H-2.5)×f =43.33×(14-2.5)×7=3488.07kN

F取刅脚外凸面和井壁的加权平均值，周边刅脚下不挖土。

R=12.5×3.14×0.5×290=5691.25

代入数值得：

K st1= (G k－F fw,k) /( F fk+R)= （22278.25-0）/(3488.07+5691.25)=2.43＞1.05；满足要求。

②第一次下沉稳定性进行验算

第一次下沉系数较大，应对沉井的下沉稳定性进行验算，并符合k

st,s

﹤1.0，第一次下沉深度为H=14m。

K

st，s = (G

k

－F′

fw,k

) /( F′

fk

+ R

b

)

式中K st

，s

—下沉稳定系数；

G

k

—沉井自重标准值（包括外加助沉重量的标准值kN）；

F′

fw,k

—验算状态下水的浮托力标准值（kN）；

F′

fk

—验算状态下井壁总摩阻力标准值（kN）。