浅谈不排水下沉法在沉井施工中的应用

浅谈不排水下沉法在沉井施工中的应用

蔡伟军

随着我国国民经济的高速增长，城市基础设施建设飞速发展，沉井在城市污水处理配套管网中的应用日益增多。采用不排水下沉法，避免在城市基础设施建设中因降水施工沉井而导致周边建（构）筑物和道路的不均匀下沉。

★工程概况★

漳州市污水处理厂配套管网工程是2002年福建省重点国债建设项目。期间，铺设管道61.60km，设置大小沉井25个，其中4个采用不排水下沉法。在沉井施工过程中，根据不同的地质条件、现有场地的排水现状及对邻近建筑物的安全保护等方面综合因素，既有采用排水下沉法，亦有采用不排水下沉法。漳州市几十年来均采用排水下沉法进行沉井施工，积累了不少实际操作经验，而不排水下沉法可谓首次付诸实施。

★不排水下沉法的适用条件★

采用不排水下沉法施工沉井，应考虑以下几方面的施工条件。

1、当沉井在下沉的深度范围内有地下水，降水施工可能引起沉井周边建（构）筑物地基基础和道路的不均匀沉陷，从而导致建（构）筑物上部主体的倾斜。

2、在沉井下沉深度范围内，土层中存在着承压水隔水层，沉井下沉破坏隔水层，从而导致涌土、涌砂、冒水、位移、倾斜以及沉井在终沉阶段下蹿较快，继而可能越过设计标高，应向井内灌水。

3、沉井下沉系数及稳定系数是衡量是否采用不排水下沉法的两项考核指标。

沉井下沉系数：

K 0= ————（1）

式中G k —井体自重标准值（KN ）

F k —下沉过程中地下水浮力标准值（KN ）

T f —井壁总摩阻力（KN ）

K 0—下沉系数，一般取值范围宜在1.05~1.25。

沉井稳定性系数：

K 0’= ————（2）

式中R —沉井刃脚、隔墙和横梁下地基土反力之和（KN ）

K 0’—稳定系数，一般取值范围宜在0.80~0.90。

若下沉系数超过1.30，稳定系数小于0.80，宜采用不排水下沉法。

4、施工场地应满足机械取土、吸取泥浆、泥浆外运的作业要求；吸泥机械吸取的大量泥浆需要现场有较宽敞的场地设置泥浆沉淀，晒干后外运，这就要求市区周边有适当的卸浆地点，否则必将造成人为的环境污染。一般来讲，沉井内排出的泥浆，可弃于沉井附近低洼之处或填浜造田，亦可经排泥管路或沟槽排至较远的地方。只有当沉井在深水处下沉而水流甚急时，或沉井位于河滩地段时，方能在沉井附近排弃泥浆。此时，最好排弃于沉井下游一侧。

5、施工场地周边拥有充足的供水点，以保证高压水枪的用水来源。有时，沉井下沉施工地点距离水源较远，但又要求水力机械具有很高的水压力。这时，常采用水泵串联的方法来解决，前级用压力较低的水泵设在水边，通过供水管路向设在沉井上（内）的后级高压水泵供水。

★不排水下沉法的沉井施工要领和质量控制★

不排水下沉方法沉井施工主要有冲抓锥（或抓斗）在水中取土下f k k T F G -R T F G f k k +-

沉和水力机械冲土下沉两种。

1、冲抓锥（或抓斗）挖土

对于小型单孔沉井，在沉井锅底均匀抓土，沉井便可下沉。沉井若由多个井孔组成时，每个井孔宜配备一台冲抓锥（或抓斗）。如用一台冲抓锥（或抓斗）抓土时，应对称逐孔轮流进行，使其均匀下沉，各井孔内土顶面高差应不大于0.50m。当抓土设备数量有限时，可用一套设备逐孔轮流抓土，抓土次序视沉井倾斜和土质情况而定。

在井面上搭架放置冲抓锥或用吊车配合抓斗先挖掘井内中央部分的土体，沿沉井刃脚四周保留土堤，使沉井挤土下沉，再续挖刃脚周边的土堤，如此往复，最终使沉井底面形成锅底。我们在实施中认识到，在砂或砾石类土中，一般当锅底比刃脚低1~1.5m时，沉井即可靠自重下沉。在粘质土或中粗砂层中，刃脚下土体不会向中央塌落，则应配以射水管松土。

同时，沉井用抓土斗抓土下沉时，抓土机具的生产率随下沉深度增加而降低，这不仅因为抓土斗升降时间增长，还因沉井下沉很深时，抓土斗的钢丝绳互相绞缠，影响抓土效率。此外，地层土层的性质对抓土生产率也有影响，一般砂质土抓土后坑壁即会向坑底坍塌。而泥质土不易坍塌，往往形成深坑，使抓泥斗不易落正，抓土往往不能满斗，影响抓土的生产率。因此，要求施工人员在操作时十分注意。

有时，为了使抓土斗能在井孔靠边的位置上抓土，如图1所示，可在井孔顶部周围预埋几根钢筋挂钩。偏抓时，当抓土斗落至井底后，将抓斗张口用的钢丝绳挂在钢筋钩上，并将抓土斗提起后突然松下，

抓土斗即偏向井壁落下，再收紧闭口用

的钢丝绳，如此即可达到偏抓的目的。

另外，当抓淤泥时，抓土斗将近被淤泥

吸住，当提抓斗时，须注意不要用力过

猛，并要考虑抓土机具适当的超载安全

系数，抓铲需加足够的配重，以防机具倾覆。

采用冲抓锥（或吊车配合抓斗）取土不排水下沉施工，在水下作业环境中不利于挖土均匀，下沉至淤泥层时，易造成下沉速度过快及扭斜等质量事故。

由于冲抓锥在漳州市水利枢纽工程、防洪排涝工程中得到普遍应用，因此在沉井周边缺乏充足的供水点或不具备水力机械冲土设备的条件下，适合采用冲抓锥进行不排水作业。

2、水力机械冲土原理

在沉井下沉施工中，实现水力机械化，即用高压射水冲碎土层后，用水力吸泥机将泥浆及土的碎块排到井外，使沉井下沉。这种施工方法，设备简单，效果显著，采用这种方法进行沉井下沉，可以达到加快施工进度的目的。

（1）运行机理

主要是利用高压水泵将高压水流通过进水管分别流进沉井内的高压水枪和水力吸泥机，利用高压水枪射出的高压水流冲刷土层，使其形成一定稠度的泥浆汇流至集泥坑，然后用水力吸泥机（或空气吸泥机）将泥浆吸出，从排泥管排出井外。特别强调的是，冲粘性土时应使喷嘴接近90o 角冲刷立面，将立面底部冲成缺口使之塌落。

沉井水力机械除土的主要特点是利用高压射水来代替人工进行沉井下沉的全部作业，它包括土的切割、冲刷、搅动及所形成泥浆的排除，如图2所示。

沉井下沉所使用的水力机械设备主要由水泵、进水管路、水力冲泥机、水力吸泥机以及排泥管路等组成。一般情况下，每套6英寸水