匡旭东 黄浩
中建新疆建工（集团）有限公司华东分公司 浙江杭州
摘要：沉井基础在定位着床后，沉井的下沉主要是通过从井内取土，依靠沉井自重克服外井壁与土的摩阻力、刃脚土的支撑力、水的浮力等阻力而下沉，通过逐节接高，达到预定深度后封底盖顶形成沉井基础。沉井基础由于占地面积小、挖土量少、施工方便、提供的承载力大、造价较低等优点一直在桥梁墩台、地下泵房等基础工程中得到广泛应用。
关键词：大型沉井；制作；质量控制；环境保护
引言
沉井施工是在拟建井位的地面上，先制作开口钢筋混凝土井筒，做到全高或部分高度（分节时），达到一定强度后，用人工或机械在井筒内不断分层挖土、运土，随着井内土面逐渐降低，沉井筒身借其自重（或外加荷载作用下）克服与土壁之间摩擦力及刃脚下土的阻力，不断切土下沉。在淤泥夹沙和粉土夹粉砂土层中进行沉井制作、沉井下沉等施工时，会遇到沉井制作渗漏，沉井下沉时超沉、下沉过快、下沉倾斜等问题。对此，采取了相关施工控制措施，在保证施工质量的同时，减少了沉井倾斜、渗漏等问题，切实做好加固措施，保证了施工的顺利进行。总结的施工经验可为相关工程借鉴。
1方案比对选择
沉井下沉方法分为干作业与湿作业2种。干作业法是在挖土前，将沉井深度范围内的地下水排干，然后采用人工或者机械在坑底挖土，利用吊车等工具将土从井中运走，从而让结构慢慢下沉的方法；湿作业法是采取水中挖土的方法，在施工前不降低地下水，直接采用抓斗、吸泥机等工具，进行井内取土作业，使结构慢慢下沉。与湿作业法相比，干作业沉井的操作环境较好，容易控制挖土深度及范围，有利于控制沉井下沉速度，同时，在施工中有利于发现和清除土中障碍物，也有利于纠正井身结构下沉时可能发生的倾斜及位移。但降水会引起周边环境变化，可能导致路面沉降、房屋倾斜、管线破损等。通过2种方式的对比，考虑到本工程泵房的结构较大，埋深较深，对保护周边条件要求高，最终采取湿作业沉井进行施工。
2探测方法
2.1沉井内部地形探测面临的技术难题
沉井挖土下沉应该分层、均匀、对称进行，控制沉井内部土层高度是关键。通过现场调研，发现深水大型沉井内部地形探测面临以下技术难题:
(1)沉井工地现场环境复杂，需要针对特定沉井施工现场制定合适的声呐探测设备装配方案。
(2)沉井整体被隔断为若干个井孔，空间范围不大(面积一般约10m×10m)，井壁为硬质材料，声学设备在这种环境下存在很严重的多路径效应。
(3)沉井内水深较大且水体非常浑浊，对声波的吸收和散射影响非常大。
(4)沉井底质为沉积附着的泥面，相对于沉井墙壁来说比较松软，所以井底泥土表面声波反射信号较弱，对声学设备的探底效果影响很大。
2.2探测方法探讨
为了有效探测沉井内部地形，需要在声呐探测设备选择、设备装配方式和探测方式等方面进行认真探讨，合理确定探测方法，现分析如下:
2.2.1声呐探测设备选择
传统多波束测深声呐又称条带测深声呐，其工作原理是利用换能器阵列发射和接收窄波束宽条带区域信号，通过沿测线方向巡航的方式快速获取呈宽条带状测点的水深值，然后利用软件对垂直于船行方向的条带区域信号进行实时自动拼接，生成测量区域的水下地形图。这类型设备多用于开阔水域水下地形探测，为了探测到区域水下地形需要设备载体在测量区域内进行巡航，而大型沉井单个井孔空间范围狭小，难以满足设备载体巡航空间要求，所以能够探测沉井内部地形的多波束测深设备必须具备发射和接收“面状”脉冲信号的功能，能够在固定观测点实现区域水下地形探测，并可通过探测软件对多个观测点探测的区域地形数据实时自动拼接。
2.2.2设备装配方式
在开阔水域，多波束声呐探测设备的装配方式一般是固定在船体中部，换能器放入水面下1～2m深处，与船体保持刚性连接。但是沉井施工现场作业环境复杂，考虑到施工现场均有塔吊设备且沉井内部水体基本处于静止状态，制定的设备装配方式为:首先，确定观测位置，然后采用吊车设备，用钢绳把换能器面垂直向下吊入水中，到达预定水深后保持静止，由于水中阻力较大，换能器即使开始有少许晃动，也会很快静止下来，此时可以开启设备探测水下地形。这种装配方式可以方便地调整探测距离，适应施工现场的复杂环境。
3关键施工技术
3.1下沉施工技术
3.1.1井身结构下沉
在井身结构下沉施工前，必须克服井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，一般应不小于1.15~1.25。井壁与土层间的摩阻力计算，通常的方法是：假定摩阻力随土深而加大，并且在5m深时达到最大值，5m以下时保持常值。
沉井下沉系数的验算公式为：K=（Q-B）/（T+R）＝（Q－B）/[C×（H－2.5）×f ＋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），T——沉井与土间的摩阻力（kN），D——沉井外径（m），H——沉井全高（m），f——井壁与土间的摩阻系数（KPa），取10-20Kpa，R——刃脚反力（kN），如将刃脚底部及斜面的土方挖空，则R=0。
3.1.2沉井封底后的抗浮稳定性验算
沉井封底后，整个沉井受到被排除地下水向上浮力的作用，如沉井自重不足于平衡地下水的浮力，沉井的安全性会受到影响。为此，沉井封底后应进行抗浮稳定性验算。
沉井外未回填土，不计井壁与侧面土反摩擦力的作用，抗浮稳定性计算公式为：
K = G/F≥1.1
式中：G——沉井自重力（kN），F——地下水向上的浮力（kN）
3.2沉井制作施工方法
南淝河初期雨水截留调蓄工程项目的粗格栅及提升泵房为大型矩形沉井。沉井设计为带隔墙、分4段制作、4次下沉的矩形结构，第一段刃脚向上5.65米，第二段为4.4米，第三段为4.4米，第四段5米；外壁长30.8m，外壁宽21.6m，壁厚1.20m，井筒内总面积约511m2。沉井总高度19.45m，井内挖方约7200m3，设计为不排水下沉。
1)沉井制作
本工程粗格栅井及进水泵房沉井混凝土分四节浇筑成型，沉井全高19.45m第一节高度5.65m，第二节高度4.4m，第三节高度4.4m，第四节高度5.0m。为确保沉井下沉稳定，在沉井底部及中上部位置安装两道十字交叉钢支撑直径800mm。
第一节沉井自重为G1=5.65×25×161.12=22758.2kN；
第二节沉井自重为G2=4.4×25×161.12=17723.2kN；
第三节沉井自重为G3=4.4×25×161.12=17723.2kN；
第四节沉井自重为G4=5.0×25×161.12=20140kN；
2)施工缝处理
井壁及内隔墙水平施工缝采用中间埋设300mm宽3mm厚镀锌钢板止水片，本沉井分三次浇筑，每次均需设置好镀锌钢板止水片。镀锌钢板的对接采用焊接，焊缝要满焊，防止形成渗漏通道。钢板止水片的固定采用短钢筋头点焊固定在主筋上，固定的钢筋头在止水带两侧错开布置。井壁混凝土接高浇筑前，必须将施工缝处松动石子，混凝土浮皮凿去，清除干净，浇水湿润。在浇筑第二节墙体混凝土之前，先浇30mm厚与墙体混凝土配合比相同的水泥砂浆，以保证接缝处混凝土密实。
3)下沉过程纠偏措施
加强沉井过程中的观测和资料分析，发现倾斜及时纠正；
分区依次对称同步，凿去混凝土垫层及时用砂或石粉填夯实；
在刃脚高的一侧加强取土，低的一侧少挖土或不挖土，待正位后再均匀分层取土；在刃脚较低的一侧适当回填砂石或碎石，放缓下沉速度；
在井顶高的一侧的壁外挖土减载，低的一侧的壁外夯填土加载，造成土压差，从而达到纠偏效果。
结语
沉井施工具有埋置深度大、整体性强以及对周边环境影响较小等优点，我国当前对沉井的运用还不是很广泛，同时在沉井施工技术上也存在着一定的弊端。在泵房沉井施工过程中，对沉井的制作方法及针对下沉过程中遇到的问题所采取的解决措施作出了探索性的验证，同时在施工过程中结合应用现有的围护加固技术，有效地保护了周边的自然环境，在这过程中形成的一整套沉井施工技术，可供类似沉井工程施工参考。
参考文献
［1］李宗哲,朱婧,居炎飞,等.大型沉井群的沉井下沉阻力监测技术［J］.土木工程与管理学报,2009,26(2):43-46.
［2］冯广胜，盛华，罗瑞华．城市桥梁超大沉井关键施工技术［J］．桥梁建设，2015，45(4):107-112．
［3］葛春辉．钢筋混凝土沉井结构设计施工手册［M］．北京:中国建筑工业出版社，2004．