浅谈钢筋砼沉井施工方案

浅谈钢筋砼沉井施工方案

王明海, 刘刚

（汉中市水利水电建筑勘测设计院  陕西汉中  723000）  

   【内容摘要】  小口径沉井广泛深层软基及淤泥地带桩基础施工，或受地理地形条件限制无法进行大开挖的桩基础施工。而大口径沉井除具有上述特点及应用外，多应用于供水工程中水源工程的集水井或蓄水井，而沉井的开挖及下沉，井壁砼施工，沉井的倾斜度控制，如何纠偏是沉井施工的难点和重点。本文就笔者主持施工的宁强县三水厂现浇钢筋砼大口径沉井施工方案和施工方法做简单探讨。

【关健词】沉井下沉，挖墙角，刚性楔形护角，纠偏

1.工程概况

宁强县三水厂工程位于汉源镇二道河村，据县城约5km，玉带河和二道河交汇处，紧邻宁棋高速。工程主要包括水源工程，水厂工程和15km输水管道工程。水厂工程主要包括配水井，絮凝沉淀池，清水池，无阀滤池，管理房、集水井等，设计日供水能力为5000吨/天，设计集水井场地外侧河堤已建成，且在距沉井4.0m的位置已有一口浅井（深度约5.0m），是解决宁强县天津中学和天津医院片区临时供水所修建的，无法拆除，且沉井位置距河堤约5.0m，其他位置不宜布置，深度12m，直径6m，大口径沉井的一般适用地质条件为软基和淤泥地层，岩石地层一般不适用大口径沉井施工条件，但由于厂区布置位置的限制，且施工时正值汛期，如进行大开挖，一是将破坏旧蓄水池，二是将破坏原河堤，三是受洪水干扰频繁，综合考虑，只能采取沉井法施工。

2.沉井施工方案

2.1沉井开挖方案

2.1.1在有限的区域内开挖沉井，施工时河道水位高程约818.30m，地面原始高程约为822.0m。先用挖机挖出水位线以上部分土方，方便第一摸施工时在水上操作。基底整平后首先要施工沉井一圈垫层，通常有砼垫层、砂垫层和垫木垫层或砖砌垫层，本次施工用砖砌垫层，厚度约30cm,并按设计大样图做成楔状（兼做沉井刃脚的外模板），表层用高标号砂浆找平，并涂刷一层隔离剂（脱模剂），用水平仪抄平；使刃脚底部在同一水平面上，确保第一模施工时有一个基准平台且不易变形，砼浇筑两模后（1.5*2=3.0m）再向下开挖下沉。

沉井开挖和垂直出渣运输是本次沉井开挖的重点和难点，无论是基岩面以上软土和砂夹石，还是基岩石渣，开挖出料顺序应是先中间后四周，先挖出中心位置土方，再沿井壁四周周围分段开挖，俗称“挖墙角”，沉井挖泥应注意均匀对称，由中心向刃脚四周开挖，通常分4到6个小段对称出渣，以防因出渣不对称导致沉井一边倒，致使沉井偏斜。

挖土时控制每层30~50cm ,挖出的土料采用电动葫芦将土吊出井外再用装载机运走。井内挖土始终应保持中间稍低于四周，但高差需控制在1m之内，严禁深锅挖土，防止突沉造成沉井四周地面沉陷和沉井倾斜的危险。施工时，须对周围环境及建筑物的变形、沉降进行严密监测。

沉井下沉初阶段纠偏应根据“多沉则少挖，少沉则多挖”的原则，刃脚下挖土要逐步扩大，不能一次过量掏空，不能通过大量挖土来纠偏，纠偏应根据测量数据随偏随纠，要勤测、勤纠、缓纠。

沉下沉前应将井内的所有杂物清除干净，先敲碎刃脚下砖砌体。沉井下沉前，井筒外壁应充填筛分后黄砂，高差不超过50cm，充分减少砼井壁与周围土体的摩擦阻力。灌入触变泥浆也可降低摩擦阻力，因后期有岩石开挖，触变泥浆会沿井壁岩石空隙流入基坑底部，影响沉井开挖出渣。

    对于基岩的开挖，由于沉井开口面积仅为29m2，不宜放深孔大炮，只能放浅孔小炮，为方便出渣，炮口间距按80---100cm圆形环状布设，孔深按100---120cm左右控制，不宜超过150cm，在井壁附近一周位置孔间距适当加密，炸药使用防水乳化炸药，雷管使用三级毫秒电雷管，中心区域先行引爆，最外圈最后引爆，以增加临空面，提高爆破效果，在爆破前水泵停止抽水，蓄水抬高水位，以形成水位软阻力，有效防止石渣飞出，干扰周围村民和高速公路车辆，刚开始两模水层较浅时，爆破时在井口搭一层水平钢管架，上面覆盖一层厚厚的松枝，有效防石渣飞出井外，整个爆破作业未发生任何安全事故。

2.1.2垂直运输出渣

井底垂直运输出渣采用人工装斗车，配2.5Kw电动葫芦吊装出渣，因大口径内径为6.0m，电动葫芦横梁采用6.0m工字钢2根共计跨度12m，两端用钢管脚手架加固支撑，高度高于原地面4m以上，沿直径方向搭设在沉井外侧两端地面上，人工斗车装渣，电动葫芦除配限位器之外，在行走横梁上设限位装置，井底施工人员一律配戴安全帽，提升时回避在侧面，斗车下严禁站人。

2.1.3施工抽降水

施工时正值汛期，且紧邻河边，根据涌水量大小，配备两台7.5Kw的污水泵，配新电缆线，相应配备16m 直径为150mm的钢丝网硬质钢丝胶管二根抽降水（该种管道有一定刚度，可以竖向布置，适合从井底抽水）。因装药和安放雷管时不能停水，电雷管与弱电易发生危险，故选择两台新泵并配新电缆线抽降水，确保水泵和电缆线绝对安全不漏电，每次爆破前将水泵和胶管用电动葫芦提出井外。待爆破结束后再吊装放入井底。

2.2井筒钢筋砼浇筑施工方案

2.2.1钢筋制安及模板支护加固

钢筋横竖向均为内外两排，施工时先竖向钢筋，再内外环向钢筋，竖向钢筋内外间隔错槎。为保护沉井在下沉过程中最底部砼与基岩接触时不受损伤，在安装第一模钢筋时，在砼外壁底端加一圈厚度为100×100×10mm的角钢，与钢筋焊接在一起，形成楔形刚性刃脚，角钢在安装前算好长度，沿一边等距离依次切缝，在砼地面上按1:1大样焊接成型，焊接时先对称电焊，不能依次连续焊接，以防止温度应力致使钢圈变形，主要目的是使角钢形成与设计直径相同的均匀弧度。由于本沉井下沉时有石方爆破，设置角钢护脚充分保护井筒井壁砼在下沉式不受损伤，同时最大限度的减少沉井下沉时与井壁周围土石的阻力，从而利于沉井下沉。

井壁模板采用钢模板，内模宽度为10cm，外模宽度为30cm，每模高度1.5m，井内搭设简易满堂脚手架，内圈配三段Φ20双排钢筋拱圈，之间用L型角钢且用螺丝连接，以精确定型内圆形状，外圈用Φ20的钢筋上中下三道加箍中间用两套L型角钢且用螺丝连接，微调丝杆螺丝长度固定外圈形状，模板每循环按两模准备，始终有一模不拆除，以便上层模板支护有固定加固位置，并保持内外圈几何造型。

河道埋设的DN800砼渗管后期要与沉井连通，在井壁预留洞口设置DN1000刚性防水套，该洞口在下沉前用M7.5水泥砂浆砖砌筑封堵，内、外两侧用砂浆抹平。后期沉降到位后拆除。

2.2.2砼浇筑方案

浇筑砼是依托原地形平台，沿井口外围搭设横向钢管脚手架，略倾向井壁砼仓面，上层铺铁皮或竹胶板，以堆放砼，人工分三层入仓，每层一周，高度按50cm控制，层面大致相平，插入式振捣器振捣密实。连续浇筑两模后再开始沉井下开挖下沉，目的是每模与现状地形保持大致相同高度，以方便井壁砼浇筑。同时起到配重作用。

2.2.3沉井封底

沉井下沉到位后且自沉速率小于10mm/8小时时即可进行封底，先采用大块石填塞底部，因底板为新鲜微分化基岩面，只在井筒底部一圈位置封堵填塞砼，宽度略大于井筒砼厚度。

3．沉井的下沉控制和纠偏方案

沉井下沉应平稳、均衡、缓慢，发生偏斜时应通过调整开挖顺序和开挖方式“随挖随纠，动中纠偏”。沉井下沉影响范围内的地面四周不得堆放重物，车辆来往要降低速度减少震动。沉井下沉过程中，由于开挖四周土体不对称，同时在基岩地层中井壁易被局部凸起的岩块或外侧掉落的石块卡住，从而导致沉井在下沉过程中发生倾斜。在开挖过程中，可采用反向“挖墙脚”（即先挖高出一侧），或采取在高出一侧配重（配钢锭）预压，或用挖掘机辅助引导沉井复位。对淤泥等软基地层，该方法比较奏效。但在沉井下沉较深时，尤其是在基岩地层，该方法效果不明显，该沉井在施工至最后两模时（约9—12m），沉井倾向了河道一侧，顶面两侧最大高差约24cm，倾斜度为0.24/6.0=4%,远大于设计允许倾斜度1%。刚开始采取了反向开挖和顶部配重预压的方法，但收效甚微。经仔细查看分析原因，靠水厂一侧井壁外侧上部局部岩石凸起，掉有小块石，后用挖机将高处一侧泥土挖至基岩面部位，人工小心捡出掉入的石块，局部凸起的岩石块用长钢钎撬掉，井底低处一侧安放4台50T千斤顶，四人均衡操作千斤顶，使其保持四点同时受力。作好标记，安排专人观测井筒复位情况，随时与井下人员沟通。经过三天的努力，最终将沉井调直复原。经实测，井筒两端高差仅为3cm，倾斜度为0.03/6=0.5%,小于设计允许倾斜度。经现场施工实践总结，下沉开挖的开挖范围要略大于井壁外围30—40cm，尤其对于是岩石地层，最大限度减少因爆破效果不理想而导致局部岩石未爆破到位，也能有效防止局部石块掉落在井筒和岩石面之间而使沉井倾斜。使用多台千斤顶的纠偏的方法应慎重，只能起试探和辅助作用，尤其是基岩地层，使用千斤顶好比硬对硬，很难使沉井复位，严重时还可能将局部井壁砼挤裂，造成质量事故，应慎重使用。

4．结束语

大口径现浇砼沉井多应用于供水工程中水源工程的集水井（兼做汇水井）。沉井通常适用于受地形条件限制，无法进行大开挖淤泥软基地形地质条件。在下沉开挖过程中要平衡对称开挖，最大限度控制偏斜。对于不可避免的基岩段开挖，爆破应采用浅孔小药量密集炮孔，且采用毫秒电雷管分三档起爆。井内抽水等用电设备不能有丝毫漏电。垂直运输采用提升机或电动葫芦（要有限位装置）。一旦发生沉井偏斜，一定要多分析原因，尽最大可能排除影响沉井倾斜的凸起石块或掉落的小石块，对于软基地层，可采用顶部高出端压重，底部低处辅以千斤顶调直复位。对于基岩地层，爆破开口断面要略大于井壁外围尺寸30—40cm，慎用多台千斤顶辅助校直的方法，一是收效甚微，二是易造成井壁砼裂纹。井壁最底端砼外围要设置角钢护脚，与竖向钢筋焊接，做成楔形刃脚，减少下沉阻力的同时还可以保护沉井在下沉过程中井壁底端砼不受损伤。

[1]参考文献：市政公用工程管理与实务.北京.中国建筑工业出版社，2019.4

[2]城市桥梁工程施工与验收规范CJJ2-2008.北京.中国建筑工业出版社.2008.11

[作者简介]  王明海（1975-），男，汉族，陕西西乡县人，工程师，主要从事水利水电工程施工工作。电话13892626096