關于不良地基對沉井下沉施工的影響

摘要：沉井下沉施工是沉井施工過程中最為重要的一道施工工序，也是施工過程中必須引起重視的一個環節。本文基于徐州市新城區積水點治理（二期二標段）工程，著重對沉井下沉施工中遇不良地質時常出現的問題所采取的處理措施以及一些預防措施進行探討。同時對沉井施工的原理及特點進行簡要分析。

關鍵詞：沉井施工；沉井不排水下沉；不良地質；處理措施；

 

? 工程概況

徐州市新城區積水點治理（二期二標段）工程位于徐州主城區東南部。其主要由徐州市政建設集團有限責任公司參與建設；其中包括新建2.5m3/秒排澇泵站一座，新建一道D1000~D1200雨水管；該工程共需建設直徑為8.1m圓形沉井，尺寸為7.6m*6.1m、5.5m*5m、8.1m*6.1m的矩形沉井共6座，作為頂管施工的工作井及接收井。

根據地勘資料顯示，本工程所包含地下水位在沉井下沉深度范圍內，場地地下水較為豐富，穩定地下水位埋深為2.8m(水位高程約28.90m，工程地質條件共分為4層：

①素土層（Q4ml）：為開挖土層表層，含植物根系，局部含雜土；質地灰黃色，稍濕，稍密，松散主要由粉土夾粉質黏土組成，道路段上部為路基墊層，下部混少量碎石及粘性土，綠化帶內含植物根系及少量碎磚等；

厚度1.20m-2.90m;層頂高程：31.33-31.97m;

 

②粉土層（Q4ml）：為開挖土層較為主要土層，土層所處位置一般較深，透水等級為中等，質地灰黃色，很濕，稍密，夾有少量星點狀云母碎片，搖震反應迅速，局部夾有少量薄層粉粘和粉砂，具水平層里；

厚度5.70m-7.10m;層頂高程：28.92-30.40m;

 

③粉質黏土層（Q4ml）：質地為黃褐色，硬塑，含少量Fe、Mn質氧化物，切面稍有光澤，局部砂礓較復集。干強度中等，任性中等，無搖震反應，中等壓縮性，中等強度。

厚度1.90m-2.10m;層頂高程：23.05-23.37m;

 

④粉砂層（Q3al）：質地為黃色、灰黃色，飽和，中密-密實，具有搖震反應，迅速；厚度：該層未揭穿，最大可見厚度4.5m;層頂高程：21.12-21.27m;

 

? 沉井施工的原理及質量控制措施

1.2沉井施工的技術原理

所謂沉井施工工藝是利用非開挖技術頂管（本工程采用的是泥水式平衡頂管）進行地下管道施工的一種較為常用的工作坑施工方法。它因擁有對鄰近建筑物影響較小，穩定性好，施工占用場地小，安全系數高，剛性大，能承受較大的豎直和水平荷載等優點而在市政地下管網施工中廣泛應用。在施工過程中，需要在地面或基坑中制作開口的鋼筋混凝土井身，等井身的混凝土強度達到設計要求強度時進行下沉施工。在下沉施工過程中，不斷挖取井內土方使井內土面降低，沉井則會在自重作用下并輔以其他的施工措施，有效地克服井壁與周圍土方的摩擦力，進而不斷下沉，直到達到相應的設計標高，之后進行混凝土封底及底板施工，使其成為下一步頂管施工的工作結構物。

沉井主要施工工序為：施工準備—基坑開挖—基礎墊層施工—沉井井身鋼筋施工—模板施工—井身澆筑—養護期后沉井下沉（若沉井井身較高時采取分節施工分節下沉）—混凝土封底—沉井底板施工。

結合本工程地區地質水文條件，按照設計要求，本工程沉井下沉施工均采用不排水施工下沉方法。不排水下沉的優點是對周圍環境影響相對較小，且在足夠水壓下進行沉井下沉能夠盡可能的防止出現流砂、泉涌等現象。但由于是水下作業，施工會非常困難，施工效率會大大降低。

1.3沉井下沉施工一般質量控制措施

由于沉井開始下沉時，沉井大部分處于地面上，側向土體的約束作用小，井身容易產生偏移和傾斜。在沉井下沉的后期，由于側向土體的約束作用較大，井壁與周圍土體的摩阻力會增大且受浮力等影響，會出現下沉困難等問題。所以在施工中必須采取相應的質量控制措施加以控制。下沉施工中采取的一般質量控制措施為：

⑴建立沉井下沉施工現場指揮組，實施現場指揮，確保工程質量、安全和進度。

⑵在沉井下沉期間，要有專業人員指揮施工，施工人員必須施工方案要求進行指導，且技術人員要注意觀察，控制土質的密實度和摩擦力與土質之間的相應關系，終沉到位井內的土與到位預留量相符；沉井下沉施工中，特別每時每刻注意的幾項要求。

①下沉的沉井四角載荷不對稱，增加下沉難度；

②下沉的沉井四角載荷不等，土的密實度低摩擦力小會影響到向一面傾斜，引起對下沉的不均勻；

③終沉應平穩、對稱、均勻、穩固的進行慢沉。

⑶沉井下沉時在沉井進入正軌后，必須在相應平穩，糾偏中下沉。

⑷下沉過程中，做到均勻，對稱出土，嚴格控制泥面高差，當出現平面位置和四角差出現偏差時及時糾正，糾偏時不可大起大落，避免沉井偏離軸線，同時注意糾偏幅度不宜過大，頻率不宜過高。

⑸沉井終沉時，隨時隨地注意糾偏、平穩、對稱，測量人員必須跟班測量，按下沉曲線放慢下沉速度，確保沉井下沉到位達標。

⑹測量人員必須將測量數及時交當班施工負責人和技術主管，以便及時糾偏或掌握下沉情況。

⑺施工時要做好沉井下沉施工記錄。

⑻為防止下沉時泥土和地下水大量涌入井內，影響施工操作，或因井壁每邊重量不等、重心偏移從而導致沉井下沉偏斜，沉井井身中的預留孔洞在下沉前按照設計要求采用與空洞混凝土重量相等的砂石或鐵塊進行配重，并使用鋼板進行封閉。

 

2.不良地質下沉井下沉處理措施

根據本工程的地質水文條件，沉井下沉時主要會遇到下沉困難、下沉時突發涌水、下沉時受阻礙、下沉過快、周圍土體塌陷等施工不良現象。遇到上述不利現象時，要進行專門施工方案編制，采用科學合理的措施及手段，保證安全，保證施工質量。面對上述施工現象，采取的預防及處理措施如下：

1   

2  下沉困難

⑴現象：沉井下沉過程中，沉井下沉緩慢甚至停止下沉。

⑵原因分析：

①沉井自重不夠，不能克服四周井壁與土層的摩阻力和刃腳下土的正面阻力；

②井壁制作表面粗糙，高低不平，與土的摩阻力加大；

③在粘性土層中下沉時，因故中途停沉時間過長，導致井壁壓力增大而使下沉過慢或停沉。

⑶預防措施：

①沉井制作時必須保證滿足相關質量要求，嚴格控制尺寸準確，且沉井外壁光滑平整；

②對于下沉系數不大的沉井，下沉過程中盡可能保證一節下沉不間歇施工，連續挖土，中間停歇時間盡可能縮短；

⑷處理措施：

①自重不足下沉困難時，采取在井頂輔助均勻壓重的方法，使沉井有足夠的下沉重力，配重物體可采用混凝土塊；

②對于與周圍土摩阻力較大的情況，除采取增加自重強壓的方法外，可采用高壓水或加注膨潤土均勻沖刷井壁及刃腳，使井壁與周圍土體間形成減阻泥漿，從而能夠順利下沉；

③除上述方法外，若沉井在下沉過程中摩阻力較大，還可在井周與土體縫隙中填倒粒徑細小砂石，使其起到助滑作用；

3   下沉時突發涌水：

⑴現象：沉井下沉時，井內水位突然上漲，并通常伴隨井壁周邊土體塌陷，河道中能看到明顯漩渦，且下沉停止；

⑵原因分析：由于工程環境均處于河道兩側，距河道較近，且下沉過程中遇粉土、粉砂層等透水層，導致沉井下沉開挖土體過程中，與河道發生貫通，導致沉井浮力加大從而沉井無法下沉，且由于沉井周邊土體大量隨水壓涌入井內，導致沉井周圍土體塌陷。

⑶預防措施：

①在沉井施工前根據地勘資料，若下沉土體中存在粉土、粉砂等強透水土層時，沉井下沉前沿井壁外一米為中心線進行高壓旋噴樁施工對土體進行加固處理，其中旋噴樁頂高程在最高粉土層（粉砂、砂層）以上1m處，底高程為沉井刃腳底高程以下3m處。從而保證沉井在下沉過程中不會因與地下水位高且存在透水層原因而與河道貫通，同時保護周圍建筑物不會因周圍土體塌陷而產生安全風險。

②在沉井施工前，經業主同意的情況下，沉井施工位置盡可能調整至遠離河道處，減小與河道貫通風險；

⑷處理措施：

①若在下沉過程中，沉井內突發涌水，且河道內能看到明顯漩渦時，采取河道內填筑土圍堰的方式對漩渦處進行壓實封堵，土圍堰取土需采用良好的粘性土；

②對于因透水層原因發生突發涌水的情況，除在河道內填筑土圍堰方法外，采取高壓旋噴樁施工對周圍土體進行加固，具體施工方式與預防措施中相同；加固前需對塌陷的土體進行密實填筑；同時對周圍建筑物進行沉降觀測，若出現沉降時，需立即停止施工并對建筑物采取相應補救措施。

4 下沉時遇到阻礙

⑴現象：長臂挖機開挖時遇到明顯障礙物存在于沉井刃腳下方，阻礙沉井下沉，下沉停止或下沉緩慢；

⑵原因分析：由于本工程位置大部分為拆遷場地，原場地本為房屋、道路等，所以在下沉過程中易遇房屋混凝土基礎或磚石基礎，或遇三合土等硬 性土質，或遇粘性土質中的鈣質結核；再者由于本工程部分河道位于市區或城鄉結合部，地下管線較為復雜，沉井下沉中有可能會遇到管線等；

⑶預防措施：

①做好施工前地勘措施，對下沉中土質進行詳細分析，提前做好避開或減小刃腳接觸土體面積從而加大沉井自重切土能力；

②施工前做好物探及施工信息踏勘工作，對施工區域內存在管線做到提前物探勘察確定管線類別、深度及走向；對于有影響的管線提前做好協調對 接，及時制定相關管線保護措施，如遷改影響管線或調整沉井位置等；

③根據施工信息踏勘工作，沉井施工位置下方存在混凝土基礎、三合土土質等時，若混凝土基礎較淺，則加深工作坑開挖深度，在沉井下沉前先予 以清除，并回填素土至起沉標高；若混凝土基礎較深時，采取調整井位或在開挖過程進行處理，具體處理方式見下文；

⑷處理措施：

①下沉過程中遇水泥攪拌土、三七灰土、質地堅硬的土層等時，采用人力用鐵桿打入土中向上撬動，取出，或用鐵鎬、鋤開挖，必要時用25T吊車將  小挖機放入井內，挖機破碎堅硬的土層；

②下沉過程中遇大塊硬質土石、鋼筋混凝土基礎等雜物時，遇較小孤石，可用人工將四周土掏空后取出，較大孤石或大塊石，地下溝道等，可用風  動工具破碎成小塊取出，鋼管，鋼筋，樹根等可用氧氣燒斷后取出。鋼筋混凝土等障礙物用25T吊車將小挖機放入井內，挖機破除；

③若下沉中遇到不明管線時，需立即停止下沉，保護管線安全，并確定管線類別及管徑大小，盡快調查管線所屬單位，并根據管線特點制定相關處 理方案。

④在以上處理措施中，都需做好相關施工降排水工作；

3.下沉過快

⑴現象：沉井下沉過程中，沉井突然下沉，在一瞬間失去控制，下沉量很大或下沉速度很快，嚴重時往往使沉井發生較大傾斜，周圍土體塌陷；

⑵原因分析

①沉井下沉土質遇原河道溝底淤泥質土，土層承載力不足導致沉井突然下沉；

②由于挖土過程中將鍋底挖的較深，而沉井暫時被外壁阻力和刃腳托住，當繼續開挖時，沉井井壁與土體之間摩阻力達到極限時，井壁阻力因土的觸變性，使沉井失去支撐而突然下沉或急劇下沉；

⑶預防措施：

①沉井施工前做好地質勘測，對于存在淤泥質土的沉井提前做好增阻措施；

②沉井下沉施工前，對長臂挖機操作工人及作業隊伍技術人員做好下沉技術交底，并將注意事項做好交代；

⑷處理措施：

①嚴格控制挖土深度，及挖土方向，鍋底不要挖的太深，不使挖土超過刃腳產生刃腳被挖空；

②沉井下沉時，做好沉井沉降觀測，盡量做到多觀測，少挖土；

③保證井內水不低于地下水位高差，減少動水壓力，不使井內土體發生隆起現象；

④沉井因突然下沉導致沉井井體發生偏斜時，盡快采取糾偏措施，必要時采取輔助措施進行沉井扶正，使沉井偏斜滿足相關質量要求；

 

結束語

綜上所述，沉井下沉施工是沉井施工中尤為重要的一道工序，其下沉必須保證滿足相關質量和安全要求。對于在不良地質條件下沉井下沉，所采取的下沉預防及處理措施對于保證工程工期、質量、安全等影響尤為重要。此外，還應積極進行新工藝、新方法的研究，不斷地適應新的施工條件及施工要求，從而實現良好的經濟效益及社會效益。

參考文獻：

1、GB50141-2008，給水排水構筑物工程施工及驗收規范[S].

2、金榮莊，尹相忠.市政工程質量通病及防治 [M]，第二版，出版地：中國建筑工業出版社[2010]

祥成 楊成