中国水利水电第八工程局有限公司 湖南长沙 41000
一、工程概况
本项目取水泵房沉井平面净尺寸为34.1m×18.6m，设计净高度24.5m，分三节制作，第一节8.47m，第二节8m，第三节8m。实际施工中第三节制作高度为5m，剩余3m留待沉井下沉后与顶层梁、板一起浇筑，因此沉井制作期施工总高度为21.47m（包含钢筋混凝土地板以下的刃脚部分）沉井制作时刃脚底高程为5.5m，设计底高程为-12m，沉井实际下沉深度为21.5m。
二、沉井施工介绍
沉井按照设计的坐标位置进行测量放样，在沉井的纵横向轴线延长线上设置放样桩，然后按照沉井的平面尺寸放出沉井制作基坑开挖地边线和放坡线，用于指导挖掘机进行基坑开挖。根据现有地质资料沉井施工区域主要以砂层为主，因此，沉井制作基坑开挖深度按照3.5m控制，然后进行砂垫层的回填和夯实。砂垫层厚度按经验公式计算原则进行校核选定。根据现有的砂质地层的地耐力情况，砂垫层厚度初步按照3m控制。
针对本工程的实际施工条件，就工期、质量、安全等因素，对分次下沉、一次下沉进行综合对比、分析考虑，我公司对本工程循环水泵房沉井采取“三节制作、一次下沉”的施工工艺。井筒接高时，必须将接高面混凝土凿毛洗刷干净，先铺上与混凝土同标号的砂浆一层，然后再浇筑混凝土，按混凝土施工要求进行振捣，确保新老混凝土良好结合。为保证施工缝混凝土止水效果，在井壁混凝土接缝中部预埋一圈钢止水板（厚3-4mm，高300mm）。上部剩余井壁结构待下沉到位后接高时，与顶部梁板一起施工。
沉井下沉时，采用深井降水配合降低地下水位，以减小井内外水头，减少土体扰动，充分降低地下水浮力对沉井下沉的影响。沉井下沉开始时采用排水法下沉，当井内土体失稳，发生涌土现象时，即转入不排水法下沉施工。第一节、第二节混凝土强度达到设计强度的100%，第三节混凝土强度达到设计强度的75%，方可进行沉井下沉。
沉井下沉到位后，及时进行素混凝土封底浇筑，待封底混凝土强度满足抽水要求后，排干井内积水后绑扎底板钢筋和浇筑混凝土底板。满足后续施工强度要求后开始顶管设备的安装和调试。
三、沉井施工
3.1、施工测量
根据本工程结构特点，本工程施工坐标放线用全站仪进行放线，根据甲方提供的两个以上的坐标点进行定位，严格按工程测量规范要求，准确地测设出建筑物的轴线和标高，并设置轴线引测和水准测控网，对整个工程进行控制。高程控制采用水准仪。
3.2、沉井基础处理
3.2.1、基坑开挖
根据地质勘探资料显示的施工区地质条件及地下水位和地表下各土层的承载能力情况，确定基坑开挖深度。
根据设计图纸测量放样，定出沉井中心桩纵横轴线控制桩及基坑边线。基坑深度为3.5m。
基坑分层开挖，基坑壁坡1：0.75。
基坑底部四周应布置排水沟和集水井，并及时抽水，保持坑底土层的疏干。制作沉井的地基土必须有足够的承载力，开挖基坑底部若遇松软的土质全部予以清除，并以中粗砂回填、整平、夯实，以防止在沉井制作过程中发生不均匀沉降，造成井壁开裂。在接近基坑底标高0.3m时采用人工清底和理坡，弃土用自卸车运至业主指定的弃土场，不得就近堆放，以减少堆土对基坑边坡的稳定影响。
3.2.2、砂垫层铺设
根据现有地质资料显示，新开基坑底部地基承载力较低，为保证沉井制作时的稳定，刃脚底部需采用砂垫层进行换基，以提高地基承载力。
砂垫层采取分层洒水铺设，层厚控制在30-40cm，采用挖掘机和平板振动器进行分层碾压夯实。
3.3、沉井制作
3.3.1、模板
3.3.1.1 砖胎模
沉井刃脚内侧斜面采用砖胎模成形，沿井壁中轴线浇筑C20素混凝土垫层，厚度200mm。在混凝土面上砌筑砖模。砖模采用标准砖，水泥砂浆砌筑，间隔0.8～0.9m预留20-30mm垂直缝，便于立模时的对拉螺栓拉紧外模和日后砖模的拆除。
3.3.1.2 井壁及其它模板
井壁及其它模板均采用20mm厚1000×2000mm优质涂塑胶合大模板，模板固定采用Ф14mm对拉螺栓两端加3型扣件加固于内外模板的外侧横、立杆上，使其上下左右连成整体。木模表面刨光，，所有模板表面涂隔离剂。模板立好后，应检查其位置、标高和垂直度。
3.3.2、脚手架
脚手架使用Ф50无缝钢管，随沉井的升高而升高。所有脚手均与模板脱离，防止浇筑时沉井产生沉降而使脚手架与模板变形。
3.3.3、钢筋加工与绑扎
沉井钢筋按图纸要求，工地现场下料加工成形。所有钢筋按图绑扎就位后挂上保护层垫块，垫块现场用高标号砂浆制作，厚度根据不同部位要求确定，垫块纵横向均匀布置。关模前应详细检查各预埋件、套管等轴线、标高及平面位置，确保安装牢固，无遗漏和移位。
3.3.4、混凝土浇筑
混凝土由甲方进行统一供料，浇筑采用分层平铺法施工，下料前先在浇筑仓内铺3-5cm同标号砂浆，然后再用混凝土泵输送至各下料点，各处摊铺厚度控制在30-50cm，混凝土浇筑过程中，混凝土面应保持同步均匀上升，并密切观测沉降。
3.3.5、施工缝
每节沉井混凝土浇至预定标高时，沿井壁中心轴线将止水钢板按要求安装固定，在未达到70％设计强度前避免碰撞或松动。井壁施工缝设置300mm*3mm折边止水钢板。井壁竖向二次钢筋绑扎及砼浇捣前，必须将新老结合施工缝处松动石子、浮混凝土凿除，清除干净，湿润后才能进行浇捣混凝土。
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3.3.6、拆模
沉井的侧壁模板在混凝土达到50％的设计强度后方可拆除。拆模时应采用专用工具进行，防止对混凝土表面产生损伤，影响井壁的整体外观质量和抗渗标准。
3.4、沉井下沉
3.4.1、沉井下沉（排水下沉与不排水下沉）
本工程取土采用高压水枪配合泥浆泵取土，由高压水枪将土体液化后由泥浆泵吸至排土场，对井四周土体扰动很小。
沉井下沉的方案有两种：（1）排水法下沉（2）不排水法下沉
沉井下沉前，第一节、第二节混凝土必须达到100％设计强度时方可进行。
准备工作包含：杂物清理、防渗处理、接触面凿毛、混凝土垫层拆除、取水洞口处理以及测控系统及测量方案的设计要求记录。
3.4.2、水力机械排水法下沉（一）
待第一节沉井砼强度达到100%强度时即可进行沉井下沉。沉井下沉首先考虑使用水力机械进行（即排水开挖下沉）。由于排泥场离现场较远约，需给每套机组加设接力泵。施工时应严密监测地下水为的变化和渗水量的变化情况，保障机械及操作人员的人身安全。
水力机械取土下沉工作原理
用高压水将土体冲成小泥块或泥浆，由泥浆泵或潜污泵吸排至井外，当井深较大或扬程较高时，可通过增设增压泵来满足要求。
取土方法
先在墙板所包围的区域内取土，待形成锅底后（深度约1～1.5m）再开动其他机组在周边区域内取土，待形成下沉轨迹后所有机组方可正常运转，只有当需加快下沉速度或纠偏时方可在井壁周边区域内有控制地取土。下沉取土时应统一协调，地梁、刃脚部位应严格控制取土，然后在沉井偏差不大的情况下向四周分层、对称、均匀取土，刃脚部位需保留1.0～2.0m左右宽的土堤。
3.4.3、排水下沉转入不排水下沉的时机掌握
当排水下沉时，发现井内土体扰动异常，发生涌土、涌水现象、排水下沉施工难以进行时，需立即转入不排水法下沉，绝不冒险施工
测量监控：在下沉前在沉井四周设监控点，从制作期间即开始测量，制作期每加载一次均需持续监测；下沉后更需加大测量密度，尤其是在排水下沉到不排水下沉转换临界点附近时测量密度应加强。通过观测井四周地面的沉降，如发现沉降速度有异常时，应立即转入不排水法下沉。
施工观察：发生涌土，通常由于地下水管涌从而引起井内涌土或土体破坏后直接泥沙与水的混合物涌入井内。故施工中的观察非常重要，发生管涌时（地下水会发生管涌或无地下水涌进但出现土体隆起时），在观察到有这两种现象发生时，应及早转入不排水法下沉。
3.4.4、水力机械不排水下沉（二）
使用水利机械不排水法下沉时，需另外使用2-3台潜水泵或泥浆泵向井内补水，井内补水后的水面应保持高于地下水位1-2米。
此法作为下沉方案之一，作为在排水下沉法不能继续施工时的首选方案。
A、取土机械和方法
向井内注水并保持井内水位高于井外地下水位1-2m，将泥浆泵改装为水下吸泥机组：在吸泥口接一节软管和一节钢管深入水底，将高压水枪绑在钢制吸泥口上，水面用4只浮筒制成浮式操作平台，泥浆泵主机安装在平台上，操作人员在平台上通过系在井格内的4根缆绳移动平台位置、调整取土范围。
B、要点
此阶段，应根据沉井下沉系数确定或调整刃脚需保留的土体厚度。并通过调节井内水深和取土范围控制下沉速度。
3.4.5、沉井下沉速率控制
其目的为通过控制井内取土，使沉井下沉速率控制在合适的范围，从而保证下沉偏差符合设计和规范要求。
A、初沉阶段
即下沉深度2.0m内，为使沉井形成稳定准确的下沉轨迹，此时应以慢为主，速率宜控制在0.3～0.5m/d，此时应在锅底取土，严格控制刃脚掏空。
B、中沉阶段
即距设计标高2.0m前，速率可适当加快，根据计算的下沉系数和偏差情况可局部或大部加深锅底，但仍应严格控制刃脚处取土。
C、终沉阶段
即距设计标高2.5m内，此时应减慢下沉速率，以纠偏为主，做到有偏必纠，严格控制底梁下取土，锅底挖深应减小，使沉井终沉标高控制在规范允许范围。
3.5、沉井封底
沉井下沉达到设计标高（预留一定的终沉高度，一般为20cm左右，视施工具体情况而定），经8小时沉降观测，当累计下沉量不大于10mm后即应组织封底工作。
本工程拟采用的是水下封底。
施工工艺流程
清除井底浮泥→井壁接触部位清洗→抛填块石、碎石、整平→水下素混凝土浇筑→养护、抽水→整平、防渗处理→钢筋混凝土底板施工。沉井在清除井底浮泥的过程中出现沉井继续下沉时，可向井内抛填适量大块石挤淤，并由潜水员水下将块石填至刃脚下，从而改善底基层的承载力，然后将块石层上的淤泥清除，再在块石层上铺碎石，然后灌注水下砼。
3.6、钢筋混凝土底板施工
当封底混凝土强度达到设计强度的80%时，进行钢筋混凝土底板的浇筑。
4、沉井上部结构施工
沉井钢筋混凝土底板施工完成后，待底板强度达到或接近设计强度，即可开始循环水泵站顶部梁板施工。此处施工方法同建筑业通用的方法，此处不再赘述。
四、结束语
该施工方法对传统的管道施工方法进行了改良，具有较高的实际应用价值和理论研究价值，同时提高工程施工的安全性，降低施工成本，加快施工进度，对类似工程有很好的借鉴作用，而我们单位对于该类型的施工方法接触较少，值得大力推广和应用。
论文作者:汤海春
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第21期
论文发表时间:2018/1/2
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