摘要：沉井在城市建设、市政、港口、水利基础或地下结构起着重要的作用，但大型沉井在大型地下空间开挖的深度，常常会引起周围地下水降低沉降，土壤，甚至引起地面塌陷等问题。为此，对沉井施工过程中容易发生的问题进行了分析和研究。
关键词：沉井施工；常见问题；应对措施
1前言
随着城市开发建设的不断深入，土地资源也越来越稀缺，城市地下空间的开发将越来越成为未来城市发展的趋势和主流方向。在城市中心建筑物密集区开挖建设大深度地下空间，往往面临施工场地狭小、周围环境复杂的情况，而且在开挖时往往会引起地下水位的降低，导致周边地面的沉降和土体的位移，严重时可能会引起周围地面的塌陷，给邻近区域带来较为严重的影响。
2沉井的适用范围和工艺选择
沉井适用于在其影响范围内无重要建（构）筑物及地下管线等的环境。沉井可根据工程地质、水文地质和周边环境等条件，因地制宜，合理选择施工工艺，沉井下沉可选用排水下沉法、不排水下沉法施工。
排水法下沉通常适用于渗透系数不小于10-4 cm/s、稳定的黏性土层、渗水量大但是排水便捷的砂砾层中。排水法下沉主要有明沟排水下沉、井点系统排水以及两者的结合3种排水形式，这3种排水方法。不排水法下沉适用于流砂严重的地层、含水量大于60%淤泥层、排水不便捷的渗水量大的砂砾层、地下水无法排除或大量排水会影响附近建（构）筑物安全的情况。
沉井施工前应具备相关的资料并应进行掌握和研究，比如设计施工图、施工区域内的气象和水文资料、岩土工程勘察报告、施工影响范围内的建（构）筑物、地下管线和障碍物等资料、测量基线和水准点资料、施工组织设计及施工方案、防洪、防汛、防台风和环境保护的有关规定编制施工组织设计时还应对垫层厚度、下沉系数、接高稳定性、封底混凝土等内容进行计算与验算。
3沉井施工中常见的问题及处理
沉井施工中存在一些问题，本文将着重对此进行研究和分析，并给出一些解决方案。
3.1沉井下沉困难
沉井下沉困难指的是沉井下沉系数小于1.0，此时说明下沉过程中向下的主动下沉力小于沉井本身的阻力。沉井下沉困难这种情况在施工中还是比较常见的，一般来说在施工中可以采用触变泥浆、空气幕、桩基反压法、压重法等助沉法配合沉井下沉，施工中根据实际情况可选用一种或多种助沉措施。
1）采用触变泥浆助沉时，一般来说要求沉井的井壁预留外台阶，外台阶宽度常为100～200 mm。触变泥浆物理力学指标可根据沉井下沉时所通过的不同土层。在沉井下沉到设计标高后，可采用水泥浆或水泥砂浆来置换触变泥浆，在沉井使用过程中提供一定的摩阻力，防止沉井后期上浮。
2）采用空气幕助沉时，在施工前应根据计算确定空压机和储气包的数量，在刃脚外踏面处应设置密封装置，同时设定空气幕压力值。在施工中应严格控制空气幕的助沉时间，一般不宜超过2h。
3）采用桩基反压法助沉时，可根据实际计算合理布置反压桩，同时保证反压桩的抗拔承载力应满足助沉反压力。一般反压桩可采用钻孔灌注桩，根据具体情况可采用桩侧后注浆或者桩端后注浆来提高其抗拔承载力。
4）压重法助沉即是采用堆载重物的方法，在加重时应均匀对称加重。堆载施工时应确保下沉施工的空间及作业人员的安全。对于采用桩基反压助沉及压重法助沉时，实质上都是在增加沉井下沉的主动力。
3.2沉井突沉
突沉也就是指的沉井在下沉阶段，沉井内不断大量出土，沉井仍旧不下沉，在某一时刻突然又急剧下沉的现象。突沉的时间一般都是极短的，也就几秒钟，沉井有可能下沉数米。据统计的300多座沉井，约7%的沉井发生过突沉现象，有一个沉井在下沉13 m后，在其后的26 m下沉过程中发生了9次突沉现象，有的沉井最大突沉量达到5.78 m。从这些突沉的数据不难看出，突沉现象的产生还是很多的，而且会产生巨大的安全隐患，不论是对人还是对周边环境的影响都是巨大的，这就要求施工时要避免突沉现象的产生。首先要对突沉产生的机理进行研究，从沉井的受力来看，主要是竖向力，主动下沉力如果小于下沉阻力，沉井就不会下沉。根据公式（1），沉井主动下沉力为沉井的自重Gk，阻力主要有浮力Fw，井壁的摩阻力Tf，刃脚踏面的阻力R1，隔墙的阻力R2。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在大量出土的过程中，由于沉井没有下沉，水位没有变化，沉井的自重Gk、浮力Fw没有变化，刃脚踏面和隔墙的阻力在土方开挖的过程中在不断地减小，在刃脚踏面和隔墙底部土体掏空时变为0，此时沉井还没有下沉，通过公式可以看出，在下沉系数kst大于1的时候才会下沉，沉井没有下沉说明下沉系数小于1，通过公式可以看出来井壁摩阻力Tf急剧增大。
在沉井下沉施工中，由于井体在缓慢下沉中，井壁的摩阻力属于滑动摩擦力，若摩阻力变大，说明此时摩阻力已经转变为静摩擦力，通常静摩擦力较滑动摩擦力大。通过分析，我们说清楚了突沉的机理。如何解决这一突沉的现象其实也就非常简单了，也就是需要在沉井施工时避免出现静摩擦力或降低摩阻力。在施工时，可以采用触变泥浆套降低井壁的摩阻力，减少施工的停顿时间，避免井壁土体与井壁之间出现静摩擦力，还可以在沉井制作时设置井外壁台阶等等措施。其实了解了原理，我们可以采取多种多样的方式来解决这一问题，比如还可以增加井体的配重、增加锚桩施加反力等。
3.3沉井倾斜
沉井下沉过程中，往往会有井体倾斜的现象出现，一般来说，挖土不均匀、刃脚下土体软硬不均、刃脚底部出现局部障碍物、井外堆物或周边荷载不均匀等情况会导致沉井出现倾斜，此时应及时纠偏，调整沉井井壁四周的高差，保证高差在允许范围内，否则会出现难以纠偏的情况或者事故的发生。在下沉过程中，应加强下沉过程中的观测和资料分析，发现倾斜要及时纠正。在井内挖土时，保证均匀对称开挖，避免掏挖刃脚底部的土体。施工过程中，若沉井发生倾斜，可采取井内偏出土或者井外射水等措施进行校正。
3.4沉井出现流砂现象
在粉、细砂层中下沉的沉井经常会出现流砂现象。沉井下沉过程中，井内的锅底开挖深度过大，井底以下土层为砂性且有承压水头，沉井此时又采用的是排水法下沉，此时底部的土体不能抵抗承压水头的压力，就会出现流砂的现象。流砂现象可能导致沉井出现严重的倾斜，也可能出现严重的坍塌现象，有很大的安全隐患。在施工时，可以通过采用排水法下沉，避免掏空刃脚下土体，防止大量流砂涌入，在锅底中间开挖，也不宜把锅底开挖较深。在穿越砂层时应快速，最好增加荷载，使得沉井刃脚切入土体，还可以通过降低地下水位的方法。采用不排水法下沉时，保持井内的水位高于井外水位，防止流砂的涌入。
3.5超沉或欠沉
沉井下沉过程中会因为各种原因而导致的超沉或欠沉现象发生，主要有：沉井下沉至最后阶段，未进行标高控制和测量观测；下沉接近设计深度，未放慢挖土速度和下沉速度；遇软土和流砂，下沉失控；在软弱土层预留自沉深度较小，或未及时封底；或沉井尚未稳定就封底，造成超沉；在砂土层或坚硬土层预留自沉深度较大，或沉井下沉尚未稳定就封底，常发生欠沉；沉井测量基准点保护不利，标高测量错误等。为防止超沉或欠沉现象发生，在沉井沉至接近设计标高时，应加强测量观测和校核分析工作。在井壁底梁交接处，设砖砌承台，在其上铺设方木，使底梁压在方木上。沉井下沉至距设计标高0.1m时，停止挖土和井内抽水，使其靠自重下沉至设计标高或接近设计标高。沉井下沉趋于稳定（8h累积下沉量不大于10mm）时，立即进行封底施工。根据不同工程的具体情况，如果沉井超沉过多，可将沉井上部接高处理；欠沉一般做抬高设计标高处理。
4结束语
1）由于沉井具有自身的整体刚度大、稳定性较好，井壁可以起到支护的作用而且施工工艺简单，造价相对低等优势，在城市建筑、市政、港口和水利等深基础或地下结构中发挥着重要的作用，尤其是在顶管工作井、盾构工作井和桥梁基础等地下工程中有着一定的优势和竞争力。
2）沉井在施工过程中存在的一些常见问题，本文分析了产生的原因和机理，针对每个问题进行了深入的研究，同时也给出了针对性的解决方法。
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论文作者:马爱军,原永利
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/16
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