摘要：作为一种地下建筑系统，沉井排水施工技术将会使排水系统更加完善。大型沉井排水下沉井技术会受到许多物理因素的影响，好比施工的环境、天气、土质等，这些影响都将使施工技术变得困难和复杂。本文将对这一问题展开讨论与分析。
关键词：排水措施；沉井排水；下沉技术
引言
由于大型沉井排水下沉施工技术在真正实施的过程中会遇到很多不确定的因素，土层在排水的过程中会遇到土壤下沉、深沉、突沉等突发因数。为了最大限度的避免这一些问题的出现，本文将对大型沉井排水下沉施工技术中的物理结构进行力学分析。通过对沉井下沉的稳定系数、抗浮能力、抗滑移能力和抗倾覆稳定性对沉井排水下沉技术展开分析。
1、大型沉井排水下沉施工技术概述
1.1大型沉井排水下沉施工技术的实施
大型沉井排水下沉施工技术首先要先用混凝土构建一个类似于“水井”的形状，当混凝土的强度达到一定抗压能力时，用机械将表面的土壤给挖出，再利用其自身的重量克服土壤之间的摩擦力而下沉。此外，施工的过程要注意建立好安全防护系统，确保施工者和机械的安全。该施工技术将会使地下的排水系统能够在不破坏地质层的条件下，对地下水进行排放。
1.2大型沉井排水下沉施工技术特点
（1）大型沉井排水下沉施工技术是作用于面积较大和地层很深的建筑施工，有较好的承压能力和渗透性。
（2）大型沉井排水下沉施工技术在实施的过程中都到外界的影响相对于其它排水技术有较大的优越性。由于地层的排水系统很深，所以最施工的过程中不会受排水的影响。
（3）大型沉井排水下沉施工技术由于是在地下，是否这种排水系统会对周围建筑物造成有一定的影响？其实，这种排水技术可以克服各种复杂和狭窄的地形，对周围的建筑物几乎不会造成影响。
（4）大型沉井排水下沉施工技术的实施可以依靠机械施工，减少了人力资源。
2、大型沉井排水下沉施工技术的排水方法
大型沉井排水下沉施工技术有两种排水方法，排水下沉干式沉井和不排水下沉湿式沉井。排水下沉干式沉井是适用土壤渗透量少的土质，有稳定黏性，可以在施工的过程中减少土壤塌陷的危险，保障了施工的安全性和复杂性。不排水下沉湿式沉井会用于较深的沉井或者有严重流沙的土壤，这一种土质相对于前一种土质来说增大了施工的难度系数，在施工前期，施工队伍需要针对这一类型的土壤展开计算和力学分析，保证在施工的过程中能够更有效率和更有技术的完成这一项工程。不排水下沉湿式沉井的步骤主要分为人工挖土下沉、机具挖土下沉、水力机具下沉这三种，通过这三种过程使得这一项工程能够更加有逻辑和有效率的完成。
3、大型沉井排水下沉施工技术的排水的方案
3.1首先抽除承垫木
当沉井的过程中如果遇到因为土质和地下水的原因而造成流沙坍塌，则会导致工程的失败。为了避免和解决这一类问题，工程师依据土质创造了一套泥浆套下沉法，利用井壁与土壤之间的阻力，使沉井能够在不受地下水流的影响稳定的下沉。这一种方法在最开始的实施中首先要抽除承垫木，垫木抽除的好坏会直接对沉井的下沉量有巨大的影响，所以在抽除垫木的过程中一定要有规律和均匀的抽除，以确保沉井的井壁与地基土壤之间的受力平衡，从而确保沉井结构的受力均衡。在对垫木抽除时，首先对垫木进行明确的编号和分组，依次有规律的抽除，其中最为重要的一点就是“定位垫木”要放在最后抽除。在对沉井的垫木抽出后，要对沉井的刃脚高和中心线测量，选用最备好的器具对沉井的四角进行测量，其测量的标尺如图1：
图1 沉井的刃脚高和中心线测量
3.2其次沉井排水下沉的措施
沉井排水体系不同于其它排水体系，它的功能是一种较为成熟的排水体统，可以解决施工的环境不好、机械挖土不准确、沉井下沉不均衡、土中有障碍物等困难。此外，沉井在下沉中也会出现一些不可避免的问题，就好比在下沉的过程中，沉井的下沉位置发生倾斜，在没有到达预期的下沉位置，最后导致沉井的稳定性不高，容易在排水的过程中发生坍塌对周围的地质层有所破坏。所以，在沉井之前一定要对设定的沉井位置进行一个合理的规划与调查，根据当地的土质和周围的建筑物来确定沉井位置。在确定好沉井位置之后可以在沉井井壁外围埋设深于井底0.6m~1.2m的滤水管，这一种措施可以有效地解决沉井过程中如果遇到地下水较为丰富的区域，容易造成沉井坍塌的问题。通过将滤水管与总管道相连的方法，保证了在无水的条件下进行开挖内土方，使得沉井能够正确和顺利的下沉，这种方法称为井点降低低下水位法，完美的避免了由于井内突然涌入大量的地下水、冒泥、翻浆等问题，在一定的程度上还可以解决流沙问题，很大限度的降低了施工的难度和复杂性。井点降低低下水位法将会在各大城市的沉井排水下沉施工技术中得到运用，帮助工程队节约施工时间，提高施工进度。
3.3、沉井下沉施工工艺以深圳市北线引水工程（含龙茜供水改造工程）为例：
提前做好下沉前的各项准备工作，在混凝土达到设计强度的70%后拆模，拆除模板时，对混凝土表面进行外观检查，同时将井筒内外的脚手架全部拆除，各项准备工作就绪，混凝土强度达到85%后进行挖土下沉。沉井下沉时，主要是通过从井筒除土，清除刃脚上正面阻力及沉井内壁阻力、依靠沉井自重下沉。初沉是沉井下沉最关键的工序，此时四壁无约束无摩擦力，全部重量靠垫层承担，下沉系数很大，沉井重心又高，开挖若不均匀，就可能倾斜位移。下沉过程中，应随时掌握土层情况，做好下沉观测记录，分析和检验土的阻力与沉井重力的关系，选择最优下沉方案。
在沉井内设置4口集水井，采用泥浆泵进行抽水降水，在沉井旋喷桩外侧顶进方向设置一座大口井集水，同时以备在顶管机进洞时顶管注浆前临时抽水用。
正常下沉时，应自沉井中间至刃脚处对称除土，并安排指挥员随时观测井底挖土情况，严禁单边开挖，保持沉井竖直下沉。沉井入土后，采用长臂反铲分层、均匀、对称的进行挖土，分层厚以30cm左右一层为宜，工作面受限时，吊放一台小型挖机至井内辅助长臂挖机进行开挖，保证开挖均匀、对称；当长臂挖机不能满足开挖要求后，采用抓斗进行出土，直至开挖至设计高程。井内土面高差一般应控制在0.5m以内，为防止突沉，靠近刃脚处尽可能不掏土。当沉井下沉系数过大时，先挖锅底中间部分土方，沿井刃脚周围保留土堤，使沉井挤土下沉。
沉井挖土连续作业，中途不停顿，确保沉井连续、安全地下沉就位。当刃脚距离设计标高在1.5米时，沉井下沉速度应逐渐放缓，挖土高差控制在50cm内，如发现特殊土质，应及时报告建设单位、设计单位、监理单位，提前做好防止措施。
发现沉井倾斜，应及时纠偏，如出现突沉，应分析原因，及时采取措施。突沉原因可能由于沉井基底压力大于基础土的承载力，土体发生整体剪切破坏而造成突沉，或由于基础土体发生流砂情况。
图1 沉井下沉开挖图
3.4、沉井助沉措施
当下沉系数小时出现下沉困难，可采用泥浆减阻，泥浆减阻工作原理一般同于施工顶进，采用泥浆减阻应设置套井，套井顶面应高出地面500mm，套井用砖进行护砌，并采用水泥砂浆抹面厚20mm，为防止泥浆失水，沉井外围亦分台阶形设置泥浆槽，槽底浇筑C10砼，上抹1：2水泥砂浆抹面，台阶宽度宜为100～200mm，距刃角踏面的高度宜大于3.0m，以便有足够的势能将泥浆压入沉井外壁，达到下沉减阻目的。
3.5、沉降观察
沉井在下沉过程中，必须随时测定沉井标高，确保均匀下沉，并做好沉井下沉记录。当沉井在8小时内的累计下沉量不大于10mm时，方可浇捣混凝土封底。
3.6、下沉纠偏
在沉井下沉过程，刃脚标高每2h至少测量一次，轴线位移每1d测一次，当沉井每次下沉稳定后进行高差和中心位移测量。
沉井初沉阶段每1h至少测量一次，必要时连续观测，及时纠偏，终沉阶段每1h至少测量一次，当沉井下沉接近设计标高时增加观测密度。
尤其是本工程中沉井开始时的下沉系数较大，在施工时必须慎重，特别要控制好初沉，尽量在深度不深的情况下纠偏，符合要求后方可继续下沉。下沉初始阶段是沉井易发生偏差的时候，同时也较易纠正，这时应以纠偏为主，次数可增多，以使沉井形成一个良好的下沉趋势。
下沉过程中，应做到均匀，对称出土，严格控制泥面高差，当出现平面位置和四角高差出现偏差时应及时纠正，纠偏时不可大起大落，避免沉井偏离轴线，同时应注意纠偏幅度不宜过大，频率不宜过高。
沉井在终沉阶段应以纠偏为主，应在沉井下沉至距设计标高1m以上时基本纠正好，纠正后应谨慎下沉，在沉井刃脚接近设计标高30cm以内时，必须不再有超出容许范围的位置及方向偏差，否则难于纠正。沉井下沉过程中，可能会出现倾斜、位移及扭转等情况，应加强观测，及时发现并采取措施纠正。
4、最后水力机械排水下沉技术
沉井排水技术的不断发展使排水的方式已经由一种人力修建沉井排水下沉系统转变为一种由水力机械排水下沉系统。该项技术的转变可以帮助工程项目组能够在规定时间内做完更有效率的事情，极大程度上节约了一定的人力和物力，水力机械排水下沉技术使用于靠近河边、土质松软、电源充沛的地方。之所以有这些特点，其主要原因是靠近河边和土质松软的地方水源比较的充沛，方便后期的排泥，也能使机械能够更加方便的对土壤进行挖掘。水力机械排水下沉技术的使用时利用高压水，将土体击破后与水混合成泥浆，之后再利用水力吸泥机将泥浆从沉井内吸出，排入到附近的河道中。在使用高压水时，其水泵出口的压力应该大于1.2MPa，大的压强会使土壤中的一些坚硬物质一起击碎，防止后期因为泥土中的大型坚硬物体对吸泥机造成内壁划破和出口堵塞。在施工的过程中要严格按照施工的机械来操作，以防施工过程中出现意外，导致工期延误。
图2 水力机械排水下沉工艺示意图
1-支架；2-高压水泵；3-进水管；4-水枪；5-吸泥管；6-阀门；7-排泥管
图3 水力机械排水下沉施工流程图
图4 水力机械冲吸泥施工示意图
1-四周开挖角；2-冲挖四角土堤；3-再冲挖四周土堤
5、大型沉井排水下沉施工技术的研究
本文对于大型沉井排水下沉施工技术的研究分析后发现沉井的基本结构要结合工程的实施特点开展，以一定物理学知识—利用力学对沉井下沉。选对合适的机械、合理的结构、节约的工程造价，对井壁、刃脚、隔壁、封底等结构进行优化和改进，使施工能够更加的顺利。在对沉井的受力进行分析是，一定要提前建立好数据模型，结合实际的下沉特点，保障施工环境的安全性。通过沉降监测指导施工，有效的控制降水施工对周围环境的影响，不能以牺牲周围环境为代价进行施工，这样不仅会导致施工的无效性，还会对环境造成破坏。
6、总结
通过对大型沉井排水下沉施工技术研究与应用能够解决传统的排水工艺所不能解决的问题，对大型沉井排水下沉施工技术的不同方法进行了研究与分析，针对不同的土质和环境条件选定不同的施工方法，节省施工的时间和人力，使工程项目能够更加有效率的完成，缩短施工日期。
参考文献：
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[3]丁蔚，赵公明，王凯，葛德宏.大型陆上沉井下沉控制技术.[J]. 工程与建设，2017-09-15.
论文作者:王清霞
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/22
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