天津市五市政公路工程有限公司，天津 30012
[摘要] 通过对大型沉井多次制作，多次下沉的常规施工工艺的改进, 采用多次制作，一次下沉的施工工艺, 使下沉深度分别为9m 和6m相邻的大型沉井稳定准确的达到预沉位置， 其施工工艺是可行的。
[关键词] 大型矩型沉井; 基础处理; 沉井制作；地基承载力
1 前 言
沉井施工是地下工程施工的一种方法, 其主要优点是, 与放坡明开施工工艺相比较, 挖土量少, 对邻近建筑物影响较小, 施工操作简便, 因而在市政工程上广泛应用。传统的沉井施工工艺是先在地面以上制作井身, 待井身达到强度后, 在井内不断取土, 借助井体自重, 克服井壁与土体的摩擦阻力、土体对刃脚、梁、隔墙的反力, 逐步下沉至计设标高。本文介绍的主体泵房与进水闸井均为沉井施工工艺,分四次浇筑制作;，一次排水下沉的施工工艺。本工程突破了大型沉井多次制作多次下沉的施工工艺,同时克服了两座沉井间距过近（5.8m）相互影响的困难，有效缩短了工程建设周期。
2 工程概况
本泵站为雨污水合建泵站，沉井施工主要工程内容分为两部分：
（1）进水闸门井（平面尺寸19m×16m）结构高度12.5m，下沉深度6m，
（2）泵站（平面尺寸30m×25m）结构高度15 m，下沉深度9m
其结构均采用钢筋混凝土框架结构，采用排水下沉、干封底沉井工艺施工，沉井底板下地基土采用压密注浆加固，下沉前池壁预留孔洞采用砖砌体封填。
3 分部制作一次下沉
3.1 沉井启沉标高
原设计基坑开挖面在2.5m 高程(启沉标高) , 处于⑥2淤泥质粉质粘土层, 厚度分布不均匀, 地基承载力仅75kPa,如果在该层进行沉井制作,无法保证沉井稳定和制作安全。但根据地勘报告所反映的地质情况, ⑥3层为粉土层, 分布连续稳定, 地基承载力为125kPa , 工程地质性良好, 为沉井较为良好的天然地基持力层,因此本工程将沉井启沉标高降低, 沉井基础处于⑥3粉土层。同时也减少沉井下沉施工时的土方开挖量,
3.2沉井施工
为防止沉井在浇筑过程中产生不均匀沉陷，必须对沉井重力作用面进行地基加固处理。为确保沉井在制作时的稳定，基础采用碎石、灰土垫层上加混凝土面层。碎石层厚35cm；3:7灰土60cm；承载力需按设计要求达到150KPa，然后铺设C25 25cm混凝土垫层，共计厚度为120cm。其中素砼的有效宽度为1.5m,灰土垫层的有效宽度为2.5 m。
3.2.1 沉井基础验算
①垫层承载力验算
沉井砼浇筑方量：1800m3
沉井总重量：G0=1800×25=45000KN
C25素砼厚度：结合以往施工经验确定h1=0.25m
因素砼压力扩散角度为45o，所以确定垫层有效宽度为L1=0.9m+0.25×2=1.4m，实际取L1=1.5m。
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C25素砼垫层面积A1：A井壁=149.55㎡ A隔墙=96.64㎡ A底梁=101.59㎡
A1= A井壁+ A隔墙+ A底梁= 347.78㎡
C25素砼下承载面积：A1=347.78㎡
C25素砼下垫层所受荷载：PK1= G0/A1=45000/347.78=129.39 KPa
垫层承载力【P】=150KPa
PK1＜【P】满足垫层承载力要求
②垫层下卧层验算
沉井总重量：G0=1800×25=45000KN
垫层下卧层压力扩散角度α=30o
垫层下卧层有效受力宽度L2= L1+2tanα=2.5m
垫层厚度hs= h1+ h2=1.2m (h2=0.95m)
垫层重度γs=19 KN
垫层下卧层有效受力面积：A2=477㎡
垫层下卧层所受荷载：PK2= G0/A2+γs×hs=45000/477+19×1.2=117.14 KPa
垫层下卧层承载力【P】=125KPa
PK2＜【P】满足承载力要求
3.2.2 沉井下沉验算
沉井下沉时，必须克服井壁与土体间的摩阻力和地层对刃脚的反力，其比值称为下沉系数K，一般不应小于1.15。
因泵站结构尺寸比进水闸井大，沉井施工时先进行泵站的沉井施工，而后进行进水闸井的沉井施工，故仅需对泵站沉井下沉进行验算。
沉井下沉系数的验算公式为：K=(Q-B)/(T+R)
Q—沉井自重及附加荷载KN，泵站45000KN
B—被井壁排出的水量（KN），如采取排水下沉法时，B=0
T—沉井与土间的摩擦力（ KN），T=L·(H-2.5) ·f
L—沉井外周长（m）
H—沉井全高（m）
f—井壁与土间的摩擦系数（KPa），由地质资料提供。
R—刃脚反力（KN），如将刃脚底部及斜面的土方挖空，则R=0
本工程沉井验算条件为：
沉井下沉高度：泵站9 m；
沉井外周长：泵站110m；
井壁摩阻系数：粉质粘土f=13KPa；
刃脚底面积：泵站180m2
地基土承载力：粉土=125KPa，粉质粘土fak=90KPa；
沉井开始下沉时下沉系数K1
泵站K1=45000/(125*180)=2.0
沉井下称降至设计标高时下沉系数K2
泵站K2=45000/T+R=45000/[110*(9 -2.5)*13+300*180]=0.71
通过计算泵站开始下沉时上部荷载与地基承载力比值较大，拆除刃脚下砖模时，要缓慢、对称拆除，不能够大面积拆除砖模。泵站下沉降至设计标高时，因按照粉质粘土极限值fak=300KPa计算下沉系数比较理想，但下沉挖土时，不得挖框架梁下土体，并准备好刃脚四周加固材料，防止超沉，突沉。
通过对垫层承载力验算、垫层下卧层验算和下沉系数的验算，主体泵房与进水闸门井的分步沉井制作一次下沉施工工艺, 是可行的。
3.2.3 降水井布置
由于本次沉井采用的是排水法沉井施工，我们在土方开挖前完成大口井施工，泵站和进水闸井基坑内共打大口井10眼，井径500mm，井深17m，每个井内安装一台2寸泵，并冷备2寸泵4台。在土方开挖前10天开始抽水，沉井下沉期间通过4口观察井观测地下水水位情况，使沉井期间的地下水位保持低于标高-14.6m（低于刃脚2m）。在沉井封底完成后要继续抽水控制地下水位在标高-4.00m一下，直至上部结构施工完毕，再停止抽水。
3.2.4沉井制作
（1）刃角制作
基坑开挖到位后打素砼C25一层，厚25厘米，宽1.5米，上部砌刃脚砖胎，在砌刃砖胎时，应予埋对拉螺栓，配合底梁的甩筋，底板钢筋甩到预留位置；对外支撑保证外模的牢固。
（2）井壁的制作
沉井部分结构共10米（包括刃脚高度），沉井分为四步，一次下沉。第一步高2米（包括刃脚高度及支撑梁），第二步3.5米待第一节混凝土强度达到设计强度的的75%时，可行浇筑，第三步3.5米待第二步混凝土强度达到设计强度的的75%时，可行浇筑，第四步1米待第三步混凝土强度达到设计强度的的75%时，可行浇筑待。前四部强度达到100%时开始按照设计要求进行压密注浆，然后进行沉井工作，待井体下沉到位后，浇筑封底混凝土，然后浇注底板。当底板混凝土强度达到80%以上时开始搭设脚手架做内部结构，最后进行上部结构的施工。
3.3沉井下沉
为避免俩沉井作业中相互影响，决定先进行泵站主体沉井施工，待泵站主体沉井就位后，再进行进行进水闸门井沉井施工。
3.3.1 沉井下沉观测
沉井下沉期间应加强位置，垂直度和标高（沉降值）的观测，每2h测一次，接近设计标高时应加强观测，每1h一次，预防超沉，并由专人负责作好记录。
测量控制：
沉井下沉过程中,自始至终对沉井高程进行测控,具体方法如下:
在沉井四角井壁上每隔1m设置四个相同的标尺作为沉井水平观测点。在下沉中测量人员两班运转，采用水准仪每隔2小时全方位观测一次，做好记录,如发现倾斜立即纠偏；终沉严格控制刃脚标高及周边高差，控制在设计充许的范围内。
3.3.2 挖土下沉
沉井下沉挖土时从沉井中间开始逐渐向四周挖土，每层挖土厚0.3m，沿刃脚周围保留1.2m土堤。先挖两层后（形同锅底），再集中人力由中间向四周，每2m一段向刃脚方向逐层、对称均匀地削薄土层，每次削300mm，使沉井在自重作用下均匀垂直切土下沉，然后再重复前面程序，每天下沉深度一般控制在500mm左右。
沉井下沉最初4m内要特别注意保持平面高程与垂直度，要有专人负责沉降观测，勤观察勤调整，防止发生倾斜或突沉造成质量、安全事故。
3.3.3 沉井封底
沉井下沉到设计标高后,根据规范要求8h累计下沉量不大于10mm，方可进行封底工作，本工程采用排水法干封底。
干封底施工要点：
（1）先对井底进行修整使其平整，在井管顶设法兰盲板。
（2）封底材料在刃脚下必须填实，混凝土垫层应振捣密实，以保证沉井的最后稳定。
（3）保证新浇的混凝土水泥浆与井壁接触，采用振动棒振捣后再用平板振动器振捣密实。
4 结 语
通过本工程实践表明, 多个相邻构筑物下沉,采用分部多次制作,分别进行一次下沉的施工工艺是可以达到理想的施工效果。
论文作者:宋亚华
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第9期
论文发表时间:2019/9/2
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