沉井技术在输水泵站工程中的应用

沉井技术在输水泵站工程中的应用

孙孝江

连云港市排水管理中心，江苏连云港 222000

摘要：顶管、托管等非开挖掘进式管道铺设施工技术在市政管线、泵站等工程项目上应用广泛，根据施工现场实际情况放坡开挖可以达到预期的经济、技术、安全目标，但在条件不允许放坡情况下开挖施工如：受限于场地、经济等因素并不适用，这时就要考虑别的方法进行设计、施工，如管道工程可采用顶管、托管方式进行施工，水池等构筑物则可采用沉井进行施工，沉井施工使构筑物的建造整体性完成并达到较好的效果。本文结合蔷薇湖输水泵站工程介绍沉井制作、下沉、封底等各个环节的施工技术要点。

关键词：构筑物基础；沉井技术；工作井

1 引言

沉井是井筒状的构筑物，通常可以依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后经过封底并浇筑底板，使其成为构筑物或建筑物的基础。一般在施工给排水泵站、大型桥墩的基坑、大型设备基础、盾构拼装井、人防掩蔽所时使用，还可以用作顶管或托管工程的工作井与接收井。

2 沉井工程概况

蔷薇湖输水泵站是连云港市饮用水输水工程重要组成部分，泵站施工地点在东海县张湾乡，位于蔷薇河北岸，包括综合楼、加药间、机修间、输水泵房及吸水井等，吸水井采用沉井法施工，其原理是：在地面上铺设卵石等作为沉井支撑基础，先制作刃脚及第一节井壁，待刃脚及第一节井壁混凝土达到一定强度后，在井内挖土使土体逐渐降低，沉井筒身依靠自重克服其与土壁之间的阻力，不断重复井壁浇筑，直至下沉至设计标高，然后经过平面校正后再进行封底处理。

该沉井结构为钢筋混凝土矩形构筑物，平面尺寸42.4mX17.5m，总高度为14.9m，顶部标高为2.5m，刃脚底标高为-12.4m，设计室外地坪标高4.5m，沉井埋深深度为16.9m，查阅地勘报告地质情况为：素填土-粘土-淤泥-粘土-含沙姜粘土-粘土-粉砂层。采用两排φ500@350两轴水泥搅拌桩作为止水帷幕，粉砂层外侧预先注浆，防止出现涌砂涌水，保证施工安全。

3 地质情况对沉井所产生的影响

根据地质勘探报告，第八层地质为粉砂层，土层深度1m，沉井底部下穿粉砂层顶部42cm，因粉砂层含水量较大，为保证沉井挖土下沉过程中不出现涌砂、涌水现象，保证施工安全，需对粉砂层作土质改良处理。粉砂层标高-11.98m—12.98m，在沉井下沉至粉砂层以上2m处时，停止下沉，在井壁内侧往外侧斜打双排压密注浆，排距0.8m，注浆深度标高-13.48m，停注提管标高-10.48m，孔径80mm，孔间距1m，待压密注浆强度达到要求后，开始挖土下沉。

4 沉井施工流程

4.1沉井制作

本工程的沉井总高14.9m，地质土层承载力较弱，为防止沉井在初始下沉过程时发生倾侧，确定先将地面挖低，以减少沉井自由高度，增加沉井的稳定性，防止倾斜。地基处理采用下垫碎石垫层，上部设15cm厚素混凝土，沉井的刃脚支设形式采用砖胎模，沉井预制现场四周设置排水沟。

沉井分4次浇筑、2次下沉，刃脚采用30cm厚碎石垫层，上铺15cm厚素混凝土垫层，并砌筑砖胎膜支承，具体见现场地基处理附图。刃脚3.5m及第一节井壁下部的3.9m分别浇筑制作完成后第一次下沉，第一节井壁上部2.0m及第二节井壁（除后浇壁板）的下部4.5m分别浇筑制作完成后进行第二次下沉。沉至-12.4m设计标高，此时井壁顶处于标高1.5m。

施工人员查阅地质资料，实地考察周围环境条件，根据设计要求，确定沉井采取分节制作、分次下沉和排水封底的施工方案。沉井的施工工艺流程如下：

基坑开挖、降水→场地整平，压实→放线→水泥搅拌桩施工→铺设碎石垫层→浇筑0.1m素混凝土垫层→制作砖胎膜、安装刃脚模板钢筋→安装第一节模板、钢筋→浇筑第一节混凝土→安装第二节模板、钢筋→浇筑第二节混凝土→养护、拆除模板→挖土下沉到起沉标高→安装第三节模板、钢筋→浇筑第三节混凝土→养护、拆除模板→挖土下沉到设计底标高、核对标高→设排水沟、集水井、抽排水→沉井封底→浇筑钢筋砼底板→内部、上部结构施工→满水试验→回填。

4.2 沉井下沉

挖土应对称、分层、均匀地进行，井内挖土可以按 沉井中心划分工作面。挖土要点是：分层挖土厚度为0.4～0.5m，一次挖土深度不宜过深，先从沉井中间开始逐渐挖向四周，沿刃脚周围保留1～1.5m的挖土范围，接着沿沉井井壁每2～3m一段作为分割段，向刃脚方向逐层全面、对称、均匀地削薄土层，5～10cm每次削土，不得过削，当土层承受不住刃脚的压力时，沉井便在自重的作用下挤土下沉。井内挖出的土方应及时外运，不得堆放在沉井基坑周边，以免造成局部堆土过重，对沉井位置及垂直度产生影响。

在下沉施工过程中，刃脚高程以及水平位置观测每天至少观测2次，沉降观测可以按小时进行，每8小时不得少于2次。下沉稳定后，必须进行高程和水平位移测量。如实记录每次观测数据，安排专人按统一格式记录、书写，可以方便后期资料管理、责任追溯以及技术数据归集。

沉井下沉接近设计标高时，采用挖土下沉法时，每层开挖深度不得大于300mm，以防止沉井发生单侧倾斜。沉井下沉至距离设计底部标高100mm时应停止挖土，保持静置3天左右，使其靠自重自然下沉。

4.3 沉井封底

当沉井下沉至距设计标高100mm时，必须暂停井内部挖土和排水，使其靠自重自然下沉，经过3天左右的稳定期，或经现场施工人员观测在8小时内累计下沉量不大于10mm时，沉井才可以进行封底，沉井封底的施工要点和主要技术措施如下述：

(1) 封底前将沉井底部修理成锅底状，再从刃脚向井中心开挖条形对称排水沟，排水暗沟采用卵石填筑，集水井在中间部位设置若干个（深1.5m），排水盲沟将井之间连接，井内插入直径600mm的排水管，卵石填在四周利于透水，目的是将井底水汇集在集水井中，建议采用潜污泵抽出，以此保证沉井内的地下水位低于基底面0.5m左右。

(2) 垫层混凝土达到设计图纸强度后，施工人员开始绑扎底板钢筋。刃脚的凹槽内钢筋与底板钢筋绑扎连接，刃脚制作时应预埋钢筋接头，新老混凝土交接处应清理干净，并涂刷混凝土界面剂等，做凿毛处理。

(3) 底板混凝土浇筑时，应连续进行浇筑，由沿一方向统一浇筑，也可以四周向中间推进，每层浇筑厚度控制在不大于500mm，并采用插入式振捣棒振捣密实。

(4) 底板混凝土浇筑后根据现场气温选择合理的养护措施，涉及冬季施工的应采取保温措施。在养护期内，使用排污泵将集水井内积水及时排出，待底板混凝土强度达到设计值的70%后，再对集水井进行封堵处理。集水井的封堵可采用如下方法：将井内水抽干，采用比底板高一强度等级补偿收缩混凝土进行堵塞并振捣密实，然后将法兰盘用螺栓拧紧，或用焊接方法封闭。

5 结束语

本文以实际工程项目为案例，在专项施工方案通过超过一定规模危险性较大的分部分项工程专家论证外，对沉井整个施工流程进行全面阐述，由于施工技术使用较为得当，该工程在施工过程中，施工部署到位，各分项工程施工质量均符合设计及规范要求，不仅取得了良好的社会价值和经济效益，也为该地区沉井施工技术积累了宝贵的经验。