中建二局三公司天津分公司 天津 300011
摘要：随着现代社会的不断发展，现代建筑不仅向空间发展，并且正不断地向地下发展。由于地下地质情况复杂、多变，给施工带来很高的技术要求，沉井、沉箱作为地下施工的一种特殊工艺被广泛应用。本文结合北京某项目的实际施工情况，通过对传统形式沉箱的改良，提出并采用了改良沉箱阻水施工技术。在基坑内局部深坑位置降水困难或由于其它原因无法大面积降水时，运用此技术可阻隔地下水，从而保证结构施工顺利进行，供类似情况的工程建设选择方案。
关键词：沉箱；局部深坑施工；阻水施工技术。
1．沉箱的发展概况
通过控制沉箱（一般为一种钢制的箱体）内的水量，使漂浮在坑内沉箱自然下沉入坑中的方式，即沉箱，相应的施工方法为沉箱工法。
沉箱工法多使用在河湖内施工或地下水位高且降水困难的基坑施工中。其优点是躯体刚度大、断面可大可小、承载力大、抗渗能力强、耐久性好、施工占地面积小、出土量少、成本低、可靠性好、适用的土质范围广、施工深度深，特别是沉箱工法对大深度施工有着得天独厚的优势。
就沉箱工法而言，以往以纯自沉工法为多，这种方法的优点是施工设备简单易行。其缺点是：1、只适用于一些软地层及沉设深度不深的情形。2、由于下沉过程中没有有效地控制竖直精度的措施，所以下沉的竖直精度不易控制。3、为了避免沉不下去的现象发生，有人采用增加箱体外壁厚度（增加井筒自重力）的方法。这样造成了成本大增。由于上述原因，该工法自20世纪90年代以来，在国外一些发达国家已被弃之不用。取而代之的是压沉法、SS（Space System Caisson）工法、SOCS（Super Open Caisson System，即自动化沉井）工法。这些工法都是近年来针对克服纯自沉工法的弊病所提出的新工法[1]。
2.北京某项目的问题与特点
北京某项目位于北京市丰台区南苑乡，南距玉林南路约150m，西距菜户营南路约500m，北侧紧邻在建北京地铁14号线西铁营站，东侧紧邻在施规划路。基础形式为独立基础加防水板和筏板基础，基础持力层为层卵石。地勘报告显示，地下水位埋深为22.16～23.00m，相应水位标高为19.31～19.60m，地下水类型为潜水，含水层为卵石⑤层（层厚6.60～10.50m）、卵石⑥层（层厚13.10～16.60m），含水层厚度为19.7m~27.1m，施工时测得地下水静止水位标高-24.2m，基坑范围内局部深坑主要为电梯坑、集水坑，统计如下表：
（2）电梯基坑、集水坑结构不同程度都在地下水位以下，由于基坑有水的存在，无法进行基础垫层施工。
3.改良钢沉箱的施工
基于施工中遇到的降水困难且无效果的问题，根据传统沉箱的施工工艺，按照电梯坑或集水坑的尺寸制作有底无盖的钢沉箱，通过控制沉箱内水量来控制沉箱标高，当沉箱沉至指定标高后，对沉箱四周及底部浇筑混凝土，待混凝土达到强度后将沉箱内的水抽出，进行对应电梯坑、集水坑及上部结构的施工。
3.1改良钢沉箱的制作
钢沉箱采用30mm厚的Q235钢板，箱体截面尺寸略大于电梯坑或集水坑，高度略大于电梯坑或集水坑深度，钢板的各个焊口必须满焊，防止漏水。为保证箱体刚度，防止箱体在下沉过程中发生变形，对箱体采取焊接工字钢水平楞的加固措施。沉箱底部安装阀门用于高压注浆，箱体外侧周围焊接直径25锚固钢筋。
3.2基坑开挖的要求
开挖基坑尺寸大于沉箱尺寸，便于侧壁浇筑混凝土稳定沉箱，深度大于沉箱深度，避免出现沉箱标高不满足要求的情况。由于土层是砂石层，开挖需按60°放坡，避免浸泡、抵消水冲刷导致基坑坍塌。为保证钢板箱不发生位移和偏斜，开挖面要尽量保证平整。
3.3下钢沉箱
沉箱放入基坑后需要先搭设脚手架固定沉箱位置，脚手架需要增加地锚以增加其稳定性。在下沉的过程中，向箱内注水保证沉箱顺利下沉，待箱体下沉到指定的标高即停止注水。
3.4浇筑混凝土及抽水
沉箱放入基坑下沉至标高固定后，浇筑混凝土来固定沉箱，浇筑分两次完成：第一次先在沉箱四周浇筑1500mm厚抗渗混凝土，必须从四周均匀下料，防止浇筑混凝土时沉箱位移。在第一次浇筑混凝土强度达到80%时开始箱内抽水，进行第二次浇筑。第二次从沉箱阀门注浆管高压灌注水灰比为0.55的水泥砂浆，注浆压力为2.5~4Mpa，待底部水泥砂浆灌满四周停止注浆。
3.5砌筑、回填及施工上部结构
在混凝土浇筑完成后，箱体四周砌筑240mm厚砖胎膜。为防止周围地下水水位升高而影响施工，在集水坑、电梯坑四周埋设滤水管，将周围地下水引入雨水收集池。砌筑完成后开始回填土，夯填至筏板垫层底标高。回填完成后方可进行垫层、防水及上部结构的施工。
4.改良沉箱施工要点
4.1沉箱偏斜处理措施
（一）事故现象
箱体发生偏斜，致使箱内的实际有效断面减少，箱体侧壁不直，箱内最上部的各个基准点之间出现水平高差。
（二）分析原因
1、开挖面不均，局部超挖过深，使沉箱正面阻力不均匀、不对称。
2、不抽水下沉的沉箱，在中途盲目排水迫沉。
3、浇筑混凝土时，沉箱未固定稳定。
4、下沉过程中未及时采取防偏措施。
（三）治理方法
在初沉阶段发现偏沉，一般可采取人工清槽来处理基坑；在终沉阶段，一般可采用在底部放置混凝土块来平衡沉箱，浇筑时应用钢管架稳定住沉箱。
4.2沉箱停沉处理措施
（一）事故现象
主要表现为沉箱无法下沉。
（二）分析原因
1、开挖面尺寸和深度不够，正面阻力过大。
2、遇坚硬土层或大块砂石，下沉困难。
3、沉箱偏斜，致使沉箱下局部土体不能挖除，形成正面阻力。
（三）治理方法
1、适当增大挖土范围深度，接高箱壁，或加载助沉。
2、下沉前先用挖掘机清除槽底杂物。
3、下个过程中保证沉箱水平均匀下沉。
4.3沉箱超沉或欠沉处理措施
（一）事故现象
下沉完的沉箱，箱底平均标高超过允许偏差值。
（二）原因分析
下沉过程中沉箱内水量控制不到位。
（三）治理方法
当沉箱底标高高于预期值时，应继续加水使其下沉，并做好固定措施；当沉箱底标高低于预期值时，应在稳固沉箱前抽出部分沉箱内的水，使其上浮。
5.主要结论
利用沉箱工作的原理，在坑中坑小坑降水困难的情况下，制作并运用改良钢沉箱来阻水后，施工上部结构的方法是可行的。在施工过程中要对各个环节的质量严格把控，出现沉箱偏沉、超沉、欠沉等常见问题立即采取有效纠偏措施，沉箱这一环节的施工顺利完成后即可施工上部结构。
参考文献
[1]张凤祥，傅德明，张冠军，沉井与沉箱[M]．北京：中国铁道出版社，2001.
论文作者:杨志国,谷彦霖,倪东伟,何勇
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/19
标签：沉箱论文; 标高论文; 基坑论文; 箱体论文; 混凝土论文; 工法论文; 深度论文; 《建筑学研究前沿》2017年第19期论文;