聂发1，李钊2，时玉3
中国建筑第八工程局有限公司发展建设分公司 上海 201200
摘要：随着城市建设进程的不断加快和工程施工技术水平的不断提高，沉井施工已经广泛运用到城市建设工程中。本文以上海市浦东新区民乐大型居住社区M06-05地块污水泵站工程施工过程中用到的沉井为例，通过对沉井的施工工艺及对沉井施工中的相关控制要点进行分析，论述沉井施工工艺在施工中的运用以及施工过程控制措施。
关键词：沉井 下沉 纠偏
1、工程概况
泵站地下沉井为矩形结构，长 16.4m,宽 10.4m,高 12.7m,由刃脚、井筒、地梁、沉井底板、壁柱等几大部分构成。沉井总下沉深度为 12.5m。沉井主要井壁厚度为70cm,沉井主要结构为C35 钢筋混凝土，抗渗等级为P8。
2、沉井的设计背景和沉井施工原理的分析
近年来，在国内外随着先进施工机械设备的大量投入和施工技术不断发展革新，沉井工艺随着城市建设进程的加快得到了广泛的应用和发展。沉井施工工艺之所以能够在建设中脱颖而出，还在于该施工方法与传统的基坑大开挖方法施工相比有着诸多优势，它的建造施工占地面积更小，也可减少大量的土方开挖，它不需要进行过多的放坡，能够避免周围土方在放坡不到位的情况下大面积坍塌，特别是在建筑物稠密的城区，沉井施工工艺可以有效的保护附近建筑物的安全。此外，在城市污水处理及排放等环境问题不断引起大家重视的今天，各大城市中污水管线建设日趋紧迫。污水泵站和污水管线建设任务也日趋重大，污水泵站以及顶管工作井和接收井大多以沉井方式施工。本工程就是基于处在这样的大环境下设计的。
沉井的井，顾名思义是一个地下构筑物，作业方法是由地面成型再沉至地下。实质上它只是为地下工程的需要提供一个稳定的地下工作空间。它是将一个井筒状的构筑物（即沉井井体）先在地表上进行制作，然后在井壁的围护下对井内不断取土，依靠井体自身重力克服井壁摩阻力逐渐下沉，沉到设计标高后，用毛石混凝土或石块、砂石进行封底，再浇筑钢筋混凝土底板，最终形成一个稳定的地下井状结构。沉井施工不需要板桩围护，且内部空间是可利用的，具有承载力高的特点，它在软土地下建筑物的深基础施工中扮演着越来越重要的角色。根据地质勘探，本工程正满足这样的设计需求。
3、沉井施工作业
3.1 作业流程
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3.2 沉井主体制作流程
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3.3 沉井施工控制要点
一般在现场施工作业中，对于沉井结构简单，且下沉深度较小的沉井可以选择一次制作一次下沉的作业方式；对于沉井结构较为复杂，但下沉深度较小的沉井，可以选择分节制作一次下沉的作业方式；对于沉井结构复杂，下沉深度较大的沉井一般选择分节制作交替下沉的作业方式。前两种作业方式能有效节省施工时间，缩短工期，但井体施工不够稳定，下沉时沉井易发生倾斜。因此，在现场施工中，一般高度大于12m时，宜分节制作交替下沉，在沉井井筒下沉各个阶段间歇时间，继续加高井筒。
在本项目中，沉井总深度为12.5米，为保证沉井施工质量和安全，根据本项目现场施工环境，此沉井选择采用分节制作的施工方法，因沉井内部结构复杂，且井壁墙体较厚，需将其分为四节制作，每节在接缝处充分凿毛，提前安装放置水钢板加强止整体性连接和止水效果。为保证施工效率，根据本工程沉井内部结构分节，此沉井施工采用四次浇筑两次下沉的方法，第一、二节浇筑完成，达到设计强度时下沉一次，此次下沉先破除混凝土垫层，然后采取水泵冲水抽沙的方式抽出沙垫层中的沙，然后采取抓土下沉，在下沉作业过程中，及时纠偏，保证5米以内平稳下沉，以防后期沉井倾斜和偏位过大，受地下土侧压力影响难以纠正；第三节浇筑完成，达到设计强度时，使沉井稳定下沉到设计标高；然后进行封底施工，此后沉井将不会继续下沉，待底板强度达到后进行沉井第四节施工，并依次完成沉井上部结构施工。根据本项目地勘报告，此沉井下沉施工第一节和第二节属于黏土土质，采用长臂挖机抓土下沉的方式，第三节有部分土层土质较软，含沙量较大，且要精确控制，保证终沉时沉井姿态和标高符合设计要求，故采用抓斗抓土和冲水的方式相结合的下沉方法，下沉过程中，做到时实观测以控制沉井下沉姿态，下沉到据设计标高一米以内，减缓下沉速度，严格控制沉井下沉姿态，防止沉井倾斜、偏位和扭转。
3.4 沉井下沉测量纠偏
3.4.1、测点布置
沉井的空间几何姿态主要包括下沉量、平面偏位、垂直度和扭转角。为准确反映沉井几何状态，在本项目中，沉井顶面布置的４个对称的测量监控点见图1,图中以P1→P3测点定义为Ｘ轴方向，以P2→P4测点定义为Ｙ轴方向,Ｚ轴为竖直方向。（测站点可根据现场情况由基准点引入）。
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图 3.4.1观测点布点图
3.4.2、姿态测量计算
（１）平面偏位
根据测点P1、P2、P3和P4点的实测平面坐标可计算沉井顶面中心P点的平面坐标位置。
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（２）垂直度
沉井垂直度计算假设条件为：①忽略沉井的制造与浇筑误差，即认为沉井顶面与外侧面垂直；②忽略沉井的自身变形，将沉井按刚体考虑。因此，其垂直度可看作刚体绕Ｘ 轴和Ｙ 轴的转动，如图2所示。基于上述假设条件，沉井垂直度可根据下式计算：
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图 3.4.2沉井垂直度计算示意图
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3.4.3、现场实施方法
沉井下沉以慢、稳为原则，均匀下沉，确保沉井姿态稳定可控。查阅沉井下沉施工专项方案得其下沉速率：取土阶段1.4m/d，其他阶段 0.06m/d。在沉井下沉过程中，间隔一个小时测量一次（此处测量用全站仪测出沉井四角点坐标，根据3.4.2阐述的计算方法进行计算），根据实际测量数据计算结果对沉井下沉姿态作出纠正，务必做到，勤测勤纠，不可存在侥幸心理。
表3.4.3-1 沉井下沉测量观测表
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3.4.4、技术要求
表3.4.4-1 沉井监控姿态要求
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4、沉井下沉速率控制及分析
沉井在设计阶段，设计院会根据地质勘察报告以及沉井参数计算沉井下沉系数，如果下沉系数过大，设计院将会更改沉井结构，采取相应的措施增大沉井下沉过程中产生的阻力以控制沉井下沉速率（如沉井净空较大，可在沉井刃脚至牛腿处沿横纵方向各设置几道梁，将井分为多个井孔，以增大下沉时的摩擦力，本项目就是采取这样的措施），但是也会产生地质勘察不准确的情况存在，这样的情况下沉井施工就不会像理论上那样顺利了，沉井下沉将会难以控制（此处的下沉包括浇筑过程中的下沉）。此时就需要施工现场采取相应的措施来控制了。
所谓的控制，无非就是两个方面，一是在沉井下沉过快时采取措施，减缓它的下沉速率，另一方面则是在沉井下沉遇到困难时采取一定的措施进行助沉。
当沉井下沉遇到困难时，最直接的解决措施是加快取土速率，此时必须保证取土深度在可控范围内，如刃脚遇到较大岩石等障碍，需要待沉井稳定时将，岩石破碎，再进行取土下沉。如若沉井取土已经在沉井刃脚以下1米左右范围，沉井仍没有明显沉降，则表明沉井下沉系数太小，沉井受到的摩擦力大于或等于沉井自重，此时就需要为沉井加配重，并顺着井壁注入泥浆以减小摩擦。沉井加配重应当对称加设，如果下沉不均，则需在下沉较慢处逐渐增加配重，以调整沉井姿态至平衡，然后再调整配重，使其对称，如果下沉速度明显加快，则需要去掉配重，使其正常下沉。
当沉井下沉过快时，就需要阻止下沉过快，且要防止突沉（突沉主要是因为沉井刃脚一下在短时间内取土过多，造成沉井发生瞬时大幅度沉降），最直观的控制措施就是降低取土速度，降低取土速度可以保证沉井不会出现突沉现象。 如果是在沉井分节制作阶段，可控制取土的量，控制大致标高，保证地面预留出足够的施工面，并在沉井刃脚处塞入毛石或者枕木，使沉井在施工时处于相对稳定状态，此项目在施工过程中未出现沉井下沉不稳定的情况。在上节浇筑时应分层对称浇筑，以保证沉井不会因受力不均出现倾斜现象，特别注意沉井在分节制作上层浇筑时不宜采用落地式脚手架（与沉井井体有连接或无连接），应采用与沉井井体相连接固定为一体且与地面有一定安全距离（沉井浇筑时下沉高度）的脚手架，并做好安全通道，以避免沉井浇筑过程中受力下沉，以及因受力不均或者地下土质分布不均产生倾斜，与脚手架相撞，从而损坏脚手架产生不安全隐患。如果在沉井下沉速率在接近设计标高时沉井下沉系数依然很大，当立即停止取土，在沉井不取土的情况下沉井会在小范围内自然沉降，为保证后期能够正常施工可以在沉井刃脚下方进行压密注浆，注浆标高应与设计标高一致，待压密注浆强度达到要求方可继续取土施工。沉到设计标高时，应立即按照设计要求的材料进行换填封底，沉井封底后将会趋于稳定，不会再出现明显沉降。
5、总结
总之，沉井是一项相对复杂的施工工艺，沉井施工技术已经不断发展成熟，因沉井施工避免大开挖，在有限的空间内就能进行施工，且沉井自身有着稳定性高，对沉井周围环境影响较小，施工风险小等特点，沉井在城市建设中的应用越来越普遍。当然沉井施工也会因地质勘察不够准确在施工中会有很多不确定因素，给沉井施工带来许多困难，这就要结合越来与先进的科学技术，在沉井设计阶段对沉井施工环境进行有效评估，争取在设计阶段就排除一系列的困难以及可能出现的危险源。相信在不久的将来，沉井施工将会越来越可控，城市的发展进程也会将沉井施工技术推向一个新的高度。