大型沉井施工技术研究

大型沉井施工技术研究

摘要：中小型沉井施工在我国应用广泛，成功案例较多。但大型沉井施工由于

平面尺寸及深度大，沉井主体结构重，沉降结果很难精准达到设计工艺要求，一

旦超出标准，前功尽弃，将造成不可挽回的经济损失。因此，大型沉井施工组织

困难较多，风险极大，可借鉴的成功案例少，尤其在北方地质条件较复杂的情况

下应用很少。

关键词：大型沉井；施工技术；措施

由于沉井的埋置深度可以较深，整体刚度大、稳定性较好，能承受较大的垂

直和水平荷载，施工时井壁可以起到支护的作用而无需专门施工支护结构和支撑，而且沉井的施工工艺较为简单，相关技术也安全可靠，并且对设备要求不高，可

以有效地避免过大沉降，故被广泛地应用在城市建筑、市政、港口和水利等深基

础或地下结构中。

一、沉井的适用范围和工艺选择

沉井适用于在其影响范围内无重要建（构）筑物及地下管线等的环境。沉井

可根据工程地质、水文地质和周边环境等条件，因地制宜，合理选择施工工艺，

沉井下沉可选用排水下沉法、不排水下沉法施工。排水法下沉通常适用于渗透系

数不小于10-4cm/s、稳定的黏性土层、渗水量大但是排水便捷的砂砾层中。排水

法下沉主要有明沟排水下沉、井点系统排水以及两者的结合3种排水形式，不排

水法下沉适用于流砂严重的地层、含水量大于60%淤泥层、排水不便捷的渗水量

大的砂砾层、地下水无法排除或大量排水会影响附近建（构）筑物安全的情况。

二、大型沉井施工技术

1.沉井井壁内力分析及强度、刚度校核因为沉井下沉施工至原地面以下

17.100，进行封底板施工之前，沉井下端处于敞口状态。在土压力作用下，下端

口壁板的强度和刚度是否满足沉井施工要求须进行校核。

2.准备工作。沉井下沉前在井外壁画出观测标尺及轴线控制点。在井点四周

设置四个沉降观测点，并在井壁内每格孔四周中线处画出垂直中心线，悬挂铅锤。通过临时水准点观测沉井的下沉量与倾斜度，以便在下沉过程中控制沉井的下沉

深度，并及时纠偏。

3.下沉施工。一是不排水下沉操作要点。由于沉井下沉通过的土层多为淤泥

和淤泥质黏土，且地下水位较高。在通过此土层下沉采用不排水下沉法施工。该

法主要是采用高压水枪射水冲泥，按照“定位正确、先中后边、对称钻吸，深度适当”的原则施工。即：先从沉井的中央开始，应分层均匀、对称地扩向刃脚，使井底开挖的泥面处于“锅底”状态。相邻格井的锅底高差宜掌握使沉井保持均匀、平

稳下沉，并在每格井内配置一台泥浆泵，每台泥浆泵配备两支高压水枪。通过高

压水枪逐层将泥土捣成泥浆，冲刷成锅底状的集泥坑，然后由泥浆泵连续不断地

抽吸，经输泥管路将泥浆排到施工现场预设的泥浆沉淀池内。二是“突沉”现象的

预防。沉井在通过淤泥层时，为防止出现“突沉”，除在井外壁回填(厚粗砂，改变

沉井下沉摩阻力外，井内的水位应保持使沉井在外刃脚处挤土下沉，以减少对井

周土体的扰动程度。采取上述综合措施后，使沉井所受外力与其自重处于平衡状态，确保沉井慢慢下沉。三是水源的补充。沉井不排水下沉时，为保证高压水枪

用水及井内施工水位。下沉施工抽出的泥浆经沉淀池沉淀后，将沉淀水抽至井内，用于保持井内施工水位-高压水枪用水由泵房南侧溢流渠箱检查井用水泵抽取供给。

4.混凝土浇注措施:①沉井终沉到位后，对纵向中隔墙位置进行碎石回填，利

用碎石将分区墙与基底间的空隙封堵，然后逐区域进行封底浇注。封底导管需保

证数量(每仓至少2套)，并确保制作的质量，施工前对导管进行水密、抗拉试验

和管壁磨损度检验。每套导管配长度不等的调整节，调整节装于顶部，便于封底

时导管的提升和拆除，以控制导管的埋深，防止埋管。导管节段之间，料斗与导

管之间均通过法兰连接，安装防水垫圈。对封底混凝土配合比进行详细设计，合

理选择混凝土原材料，选择级配良好的砂、石料、性能优良的缓凝高效减水剂，

采用低水化热的矿渣水泥掺高品质的粉煤灰。浇注前对首批混凝土的数量进行计算，以满足导管埋深和填充的需要，同时用混凝土泵和布料机不间断地往集料斗

中供料。

三、沉井施工中常见的问题及处理

1.沉井倾斜。沉井下沉过程中，往往会有井体倾斜的现象出现，一般来说，

挖土不均匀、刃脚下土体软硬不均、刃脚底部出现局部障碍物、井外堆物或周边

荷载不均匀等情况会导致沉井出现倾斜，此时应及时纠偏，调整沉井井壁四周的

高差，保证高差在允许范围内，否则会出现难以纠偏的情况或者事故的发生。在

下沉过程中，应加强下沉过程中的观测和资料分析，发现倾斜要及时纠正。在井

内挖土时，保证均匀对称开挖，避免掏挖刃脚底部的土体。施工过程中，若沉井

发生倾斜，可采取井内偏出土或者井外射水等措施进行校正。

2.沉井出现流砂现象。在粉、细砂层中下沉的沉井经常会出现流砂现象。沉

井下沉过程中，井内的锅底开挖深度过大，井底以下土层为砂性且有承压水头，

沉井此时又采用的是排水法下沉，此时底部的土体不能抵抗承压水头的压力，就

会出现流砂的现象。流砂现象可能导致沉井出现严重的倾斜，也可能出现严重的

坍塌现象，有很大的安全隐患。在施工时，可以通过采用排水法下沉，避免掏空

刃脚下土体，防止大量流砂涌入，在锅底中间开挖，也不宜把锅底开挖较深。在

穿越砂层时应快速，最好增加荷载，使得沉井刃脚切入土体，还可以通过降低地

下水位的方法。采用不排水法下沉时，保持井内的水位高于井外水位，防止流砂

的涌入。若条件允许，还可以通过地基处理，改变土体的特性，对粉细砂层进行

加固，改变流砂产生的土体特性，从根本上防止这种现象的产生。

3.沉井接高不稳定。沉井在制作时，由于制作高度及混凝土浇筑质量的影响，一般来说都需要进行接高。接高时，地基承载力不能承受上部荷载时会出现边接

高边下沉的情况，此时对于混凝土的浇筑质量影响较大，由于浇筑不均匀还可能

会引起沉井的倾斜。在接高前，可根据接高的高度对此时的地基承载力进行验算，验算时所取的地基承载力按照极限值取，若此时地基极限承载力可以满足接高的

要求，认为接高是稳定的，不会给后续的施工带来影响。

4.减少对周边环境的影响。沉井下沉时，对井体周边的土体产生影响是在所

难免的。井外土体的破坏主要是由于沉井下沉时，井外的土压力壁受到的摩擦力

共同造成的。沉井对土体的影响范围除了与沉井下沉的深度有关外，还与沉井的

大小、穿越的土层情况和施工方法等相关。沉井的使用其实与环境的影响关系还

是很大的，正是由于沉井对周边环境的影响而限制了沉井在城市密集建筑群中的

使用，如何减少对周边环境的影响是需要研究解决的问题。目前常用的主要措施

如下。1）下沉前对沉井影响范围内的土体进行地基加固处理，把可能造成土体

破坏的区域先行加固，可以采用搅拌桩或者注浆等加固方法进行处理。2）下沉

过程中，加强观测的频率，沉井出现倾斜时立刻进行纠偏，不要出现较大的倾斜，做到勤测勤纠，这样可以减少对周边环境的影响。3）采用触变泥浆套进行下沉

施工，这样可以维持井壁外土体的稳定，又可以降低井壁受到的摩擦力，可以有