摘要：以工程为例，对比分析既有检修库深基坑开挖支护方案对建筑物的影响，介绍沉井施工技术。
关键词：深基坑；沉井；支护；
对于老建筑物内的改造，一直存在新旧施工矛盾，本文详细介绍在不影响老旧库房安全的情况下，利用沉井施工解决老基础附件开挖的施工难题。
1 工程概况
济南西机务段既有中修库内新增2套地坑式架车机，设备基础由2个长、宽、高分别为8.09m、6.55m、6.7m的混凝土箱体组成。箱体平面位置及尺寸如图1所示。
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图1 设备基础平面位置图
库房为单层钢筋混凝土排架结构，钢筋混凝土杯形独立基础。现场实际测量发现，在满足线路的前提下，设备基础中心线与既有库房独立基础中心线距离为5.95m，两基础平面位置冲突，如图2所示。
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图2 设备基础与杯形基础关系图
设备基础远比既有杯型基础深，基坑开挖时，对既有建筑结构产生较大影响，需采取有效措施，确保施工安全。
2 施工方案确定
由于检修库为预制桩的排架结构，架车机基础与杯形独立基础紧邻（部分相交），基底为埋土层，地下水位高，基坑无法放坡开挖，应采取支护方式开挖。
（1）排桩支护。原设计采用排桩支护（图3所示），钢筋混凝土灌注桩直径600mm，桩长10m。经分析，桩基施工工期长，无论采用何种钻孔方法，对周围土质扰动大，严重影响杯形基础，且成本较高。
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图3排桩支护
（2）钢板桩支护。经研究，采用拉森钢板桩能加快施工进度，节约成本，但靠近排架桩一侧作为挡土作用，应永久埋入土中。由于库内高度限制，桩机无法架起，且振动大，对杯形基础地基影响大，无法实施。
（3）钢筋混凝土沉井。经现场调研、专家论证，采用钢筋混凝土沉井方案。一是施工时对杯形基础基底的土方扰动小，二是施工简便，能加快施工进度，三是造价合理。
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图4 沉井支护
3 方案实施
沉井支护方案如图4所示。为方便施工，沉井分两次浇筑，第一次箱体浇筑到变截面处，待沉井下沉到杯形基础底标高上部10cm时，进行第二步箱体浇筑。第一次箱体预制时，土方开挖至杯形基底处。
3.1 沉井下沉验算
沉井下沉前，应对箱体在靠混凝土自重情况下能否下沉进行验算。下沉时，箱体主要受箱壁与土间的摩阻力和地层对刃脚的反力，其比值称为下沉系数K，下沉系数不小于1.15~1.25。本工程土方前期已清理至-1.9m处，箱体实际下沉为5.6米。井壁与箱壁四周土方的摩阻力计算，一般方法是：假定摩阻力随土深而加大，5m以下时保持常值。计算简图如图5所示。
沉井下沉系数的验算公式为：K=（Q-B）/（T+R）
式中：K——下沉安全系数，一般应大于1.15~1.25
Q——沉井自重及附加荷载（kN）
B——被井壁排出的水量（kN），本工程为排水施工， B=0
T——沉井与土间的摩阻力（kN），T=L（H-2.5）•f
L——沉井外围周长（m）
H——沉井下沉深度（m）
f——井壁与土间的摩阻系数（KPa），由
地质资料提供f=25KPa
R——刃脚反力（kN），如将刃脚底部及斜面的
土方挖空，则R=0
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图5 沉井计算简图
沉井外包尺寸6.55m*8.09m，井内尺寸5.35m*6.89m，壁厚0.6m沉井全高7.5m，分两节制作。第一节沉井高度为4.74m，第二节沉井高度2.76m。第一节沉井混凝土用量73.1m³，第二节用量49.8 m³.
第一步下沉完成后，箱体实际入土深度为4.64
沉井自重Q=73.1×2×2.5×10=1827.4kn
沉井下沉系数验算：
K= 1827.4/（6.55+8.09）×2×（4.64-2.5）×25= 1827.4/1566.5= 1.16＞1.15
第二步下沉完成后，箱体实际入土深度为5.6
沉井自重Q=122.9×2.5×10=3072.5kn
沉井下沉系数验算：
K= 3072.5/（6.55+8.09）×2×（5.6-2.5）×25=3072.5/2269.2= 1.35＞1.15
沉井的下沉系数满足安全验算要求，可以实施。
3.2 沉井施工控制要点
3.2.1 布设测量控制网，加强沉井位置的测量
由于沉井的井壁尺寸与设备基础的外形尺寸紧密相关，若沉井发生偏差，将严重影响设备机械的安装。应提前设置测量控制网和水准基点，用于定位放线、沉井制作和下沉的依据。在沉井外部地面及井壁设置纵横十中心线和下沉控制水准基点，通过经纬仪和水准仪的经常测量和复核，以控制沉井轴线位置和顶部标高。
沉井位置标高的控制，是在沉井外部地面及井壁顶部四面设置纵横十字中心控制线、水准基点，以控制位置和标高。沉井垂直度的控制，是在井筒内按8等分标出垂直轴线，各吊线坠一个对准下部标板来控制，并定时用两台经纬仪进行垂直偏差观测。挖土时，随时观测垂直度，当线坠离墨线达50mm，或四面标高不一致时，即应纠正。沉井下沉的控制，系在井筒壁周围弹水平线，或在井外壁上两侧用白铅油画出标尺，用水平尺或水准仪来观测沉降。当下沉速度较快时，应加强观测，如发现偏斜、位移时，应及时纠正。
沉井垂直度的控制，是在井筒外壁设置垂直轴线的标记，箱体四边分别设置1个线坠，线坠与箱体中心线对齐，通过观察吊坠来观察箱体垂直度，并采用两台经纬仪进行垂直偏差观测，每天两次。挖土时，随时观测沉井的垂直度，当线坠偏离箱体四边中心线5mm时，或箱顶四角标高不一致时，以便及时采取纠偏措施。在井筒外壁四角弹出水平标尺控制线，用水准仪及时观测沉降值。沉井下沉测量控制平面示意图，如图6所示。
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图6 沉井下沉测量控制示意图
3.2.2 沉井预制
去除上部土方至杯形基础底部10cm处，根据测量放线定出箱体中心线及侧壁边线，延箱壁边线每边外扩10cm，浇筑15cm厚混凝土垫层，根据图纸要求进行箱体钢筋绑扎。沉井刃脚模板支设方式为垫架法，待沉井下沉时拆除。沉井混凝土采取两次制作浇捣，第一次浇筑高度为4.74米，第二次浇筑高度为2.76米，共7.6米。封底采取混凝土干封底。混凝土浇筑采用汽车泵直接灌注入模的方法。每节沉井浇混凝土连续进行，一次完成，不得留置施工缝。混凝土浇筑过程中采用加长振捣棒振捣，振捣棒插入点均匀排列，防止漏振，保证箱体混凝土密实，防止箱体沉降施工过程中，地下水渗漏至箱体内，对人工挖土及沉井下沉垂直度造成影响。混凝土浇筑完毕后12小时内应采取养护措施，可对混凝土表面复盖和浇水养护，井壁侧模拆除后应悬挂草包并浇水养护，每天浇水次数应满足能保持混凝土处于湿润状态的要求。浇水养护时间的规定为：采用普通硅酸盐水泥时不得少于7天，当混凝土中掺有缓凝型外加剂或有抗渗要求时不得少于14天。待混凝土强度达到100%后进行下沉，第一步下沉完成后，浇筑第二步混凝土时，应对箱体顶部进行凿毛处理，并清洗干净。
3.2.3 沉井下沉
挖土采用人工挖土，挖土应分层、均匀、对称地进行，使沉井能均匀竖直下沉，防止沉井倾斜。初始施工，工人通过爬梯进入箱体挖箱体内土，挖土时由箱体内壁向中心1：2放坡成坑，将土装入料斗（斗容积约1m³），斗满后由吊车将料斗吊出箱体外卸土堆放，料斗准备2个，循环使用以提高工作效率。每个沉井设置8人进行土方开挖，先进行短轴土方开挖，当短轴土方开挖完成后，在分人分段进行长轴土方开挖。长轴开挖，两侧均分为四人开挖，由现场技术人员控制开挖深度及开挖方向，做到统一指挥。沉井下沉过程中，每下一步至少测量1次。下沉过程中，如因摩擦力较大，致使沉井下沉困难时，可采取以下方法：用人工洛阳铲在箱体四周对称掏花眼空洞，以释放侧壁摩擦力，给箱体松绑，直到箱体沉至设计标高。最后箱体四周花眼空洞用水泥浆灌注至箱顶标高。纠偏前，应分析原因，然后采取相应措施，如有障碍物应首先排除。纠偏时，一般可采取除土、压重、顶部施加水平力或刃脚下支垫等方法进行。纠正位移时，可先除土，使沉井底面中心向设计中心倾斜，然后在对侧除土，使沉井竖直，如此反复进行。直至沉井逐步移近设计中心。沉井扭转，可在一对角线两角除土，在另外两角填土，借助刃脚下不相等土压力形成的扭矩，使沉井在下沉过称中逐步纠正其扭转角度。
4 结论
既有建筑物内增设深基础构造物，一是施工难度大，二是对既有建筑物结构产生较大影响。本文结合工程实际，通过方案优选，采用沉井结构解决了场地受限、地基承力层扰动的难题，加快了施工进度，具有应用借鉴价值。
参考文献：
[1]《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009
[2]《建筑施工手册》（第五版）
[3]《建筑施工计算手册》（第二版）
[4]《沉井施工工艺标准》QB-CNCEC J010406-2004
[5]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》
论文作者:杨怀壮
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/30