复杂环境下沉井下沉方法浅析

　　摘要：根据是否进行降水控制，沉井下沉方法常采用：排水下沉法，不排水下沉法，或者根据地质情况，两者兼顾。要合理选择下沉方法，必须考虑围护结构布置，了解工程地质及水文地质、气象条件（雨季雨量）等资料，充分分析围护结构两侧水土压力差，采取下沉减阻、防突沉、超沉、等措施。
　　关键词：沉井；下沉方法；思考及建议
　　沉井广泛应用于桥梁、烟囱、水塔的基础；水泵房、地下油库、水池竖井等构造物。在市政工程中，凡用地与环境条件受到限制或埋深较大的地下构筑物，往往采用沉井施工。尽管地基加固技术的广泛应用，在紧靠复杂周边环境（如建筑物、河道、大型重要管线等）及复杂地质条件下，为确保沉井施工质量及周边环境的安全，合理选择沉井下沉方法，至关重要。
　　根据是否进行降水控制，沉井下沉常采用方法：排水下沉法，不排水下沉法，或者根据地质情况，两者兼顾。
　　案例：1.工程概况
　　1.1沉井结构及围护
　　矩形沉井平面内净尺寸为22.8m×18m，井壁厚800mm（刃脚部位厚1000mm）。沉井井壁总高度为12.80～13.90m，刃脚底面标高为-8.10m，顶板面标高为4.70m，底板面标高为-5.85m，底板厚650mm，底板埋深11.2m(刃脚处埋深12.8m)。在泵房沉井1.90m标高及0.00m标高处分别设有0.3m、0.4m厚的现浇钢筋砼的平台。
　　沉井外侧采用Ф700水泥土搅拌桩作为隔水帷幕，隔水帷幕平面内净尺寸为27.4m×22.6m，桩长17m，其中西侧（靠建筑物侧）水泥土搅拌桩内插HM500×300×11×18H型钢。围护桩靠沉井一侧距沉井外壁距离1.5m。
　　1.2工程地质及水文地质
　　地基土自上而下为第①1层填土、第②1层褐黄色粉质粘土、第②3-1层灰黄色粘质粉土、第②3-2层灰色砂质粉土、第③层灰色淤泥质粉质粘土、第④层灰色淤泥质粘土、第⑤1层灰色粘土、第⑥层暗绿色粉质粘土、第⑦层草黄色砂质粉土。（详见工程地质示意图）

　　工程地质示意图
　　场地地下水属潜水类型，水位主要受大气降水及地表水影响，设计时按常年地下水位0.5m计算。地下水对混凝土无腐蚀性。
　　1.3周边环境
　　雨水泵站沉井（外侧尺寸24.4×19.6米）东侧为祁连山路，靠沉井有φ1200上水管，南侧为虬江河道（河道有一座桥），西侧有小区4层楼房，距沉井边10米左右，北侧为广德苑停车场。
　　周边环境示意图
　　
　　2.初始下沉方案
　　根据设计要求及实际情况，沉井采用三次浇筑，一次下沉，机械挖土，人工辅助清理，井内明沟排水（辅以井点降水）下沉，沉井壁外侧做触变泥浆助沉，主要靠沉井自重下沉。下沉过程严格测量并及时纠偏，同时控制下沉速度，防止突沉、超沉，确保沉井下沉质量。下沉到距设计标高20cm左右时，停止挖土，加强观察，待沉井靠自重下沉稳定在规范允许偏差的标高范围之内，及时干封底。沉井下沉施工过程，周边环境由第三方进行监测，监测数据每天早、晚两次报施工方、监理方分析。
　　3.下沉过程状况
　　沉井于08年11月开始下沉，下沉缓慢，至09年1月5日，共下沉8.2米，周围土体有部分沉降，约20—30cm，房屋累计沉降约3—4mm（自进场围护桩施工开始），距沉井4.5m围墙累计下沉6—8mm。
　　为加快下沉速度，1月6日起改为水力切削空气吸泥，下沉速度明显加快，当天下沉100cm，沉井周围土体一次发生沉降40cm，影响范围约7.0—8.0米，沉井东西两侧围墙产生裂缝约2.0cm，西侧小区房屋（四层）一次沉降1—1.3mm，累计沉降4—5mm。房屋下方有300*300长度24米钢筋砼方桩，下沉对房屋影响较小。
　　周围土体产生较大沉降后，立即停止施工，井内及时补水。次日地面略有少量沉降，随后稳定。沉井已下沉9.35米，进入砂质粉土层，剩余3.45米。
　　4.原因分析
　　主要原因：沉井外侧围护桩距沉井壁1.5m，沉井下沉过程1.5m的土体已松动（虽井外壁做触便泥浆处理，围护桩内侧土体因沉井下沉水位降低而产生流失），围护桩两侧的水土产生压力差，在侧压力的作用下，搅拌桩桩体变形过大产生裂缝或断裂，围护桩外侧土体发生流失，周边施工路面、围墙以及房屋侧土体发生沉降。
　　围护桩原因：搅拌桩施工的垂直度、搭接控制、水灰比、水泥掺入量、喷浆量（提升速度）等偏差也可能导致渗漏，加剧水土流失或桩体围护开裂。
　　下沉原因：随着沉井下沉，周边土体变形产生的侧压力随沉井下沉深度而增大（在一定范围内），当采用水力切削空气吸泥时，沉井下沉速度过快，沉井外壁与围护之间的原状土体性状改变加快，搅拌桩变形开裂速度加快。
　　天气状况：当天晚上雨量较大（雨量80mm左右），部分地表水渗入，沉井壁外侧的土体流失量增大，围护桩体两侧水土压力差加大，搅拌桩开裂，部分土体渗入沉井内，周围产生较大沉降。
　　继续下沉情况分析：沉井已进入大部分砂质粉土层，当穿过该土质后，进入淤泥质粘土层，流砂会减少，围护外侧的水土流失会减少。在采取一定的隔水措施（旋喷桩）后，小区建筑有24m混凝土方桩基础，其深度远低于沉井刃脚底标高，沉井继续下沉对房屋及上水管道的影响不大。经过分析决定，在采取不排水下沉施工中，通过不断加大沉井内外水位差，严密观察周边土体变化情况，穿过流砂层②3-2后，由不排水下沉逐步转变为排水下沉，沉井实施干封底。反之，则一直采用不排水下沉，沉井采用水下封底。
　　5.处理方案
　　5.1修复围护结构
　　修复东西两侧损坏的围护结构，保证下沉时上水管道和房屋的安全。拟在东西两侧搅拌桩外侧用D800旋喷桩补强堵漏，旋喷桩施工重点：旋喷桩主要位于砂质粉土层，在第一次喷浆过程中，水泥浆压力在0.5MPa左右，并添加2%水玻璃，提升速度取0.1m/min，流量大于30L/min；旋喷桩第二次施工中水泥浆液流压力取1MPa，流量大于25L/min，气流压力取0.7MPa，添加3%水玻璃，提升速度取0.1～0.25M/min，直至浆液冒出为止。旋喷桩深度17米，搭接25cm，水泥掺量20%，旋喷桩水泥采用32.5级新鲜普通硅酸盐水泥，水灰比为0.8。旋喷桩施工方法（略）
　　5.2减阻
　　在井壁四周注入润滑浆，减少周边阻力，使下沉时刅脚能切入土中减少水土流入井内。从已下沉情况分析，沉井切入土体的面积为841.5M2时，按刅脚踏面有1/2面积挖空才能下沉计算，则周边阻力系数为：f=(Q-f2)/F1=(30500-6000)/841.5=29.1KN/M2
　　Q—沉井自重，Q=30500KN，F1井壁入土周边面积，f2刅脚踏面阻力，踏面承载面积按30M2计f2=30*200=6000KN
　　注浆后周边阻力系数可降低到5~10KN/m2，按10KN/m2计，则刃脚可切入土中约30~40公分。
　　泥浆采用机械拌制，通过搅拌筒内叶片旋转，将膨润土、水和纯碱拌制成泥浆。泥浆拌制均匀，材料计量准确，拌好的泥浆放置10h后使用，使膨润土、水和纯碱等材料充分混合，起到置换作用，形成具有良好稳定性和适宜粘度的优质泥浆。
　　用泥浆泵，将拌制好的触变泥浆用Φ50的管道压注到离沉井刃脚2m处，泥浆的输送压力一般为0.1～0.5MPa；灌浆口的水平间距为0.5m。在沉井下沉时，还要经常从地面上沿井外壁向井壁与土的空隙中补充触变泥浆。
　　当沉井下沉到规范允许偏差的设计标高后，为使沉井稳定，应将泥浆套中的触变泥浆置换排出。用水泥、粉煤灰、土、砂和水拌和而成的混合砂浆置换。混合砂浆的配比应根据需要设计，并经试拌调整后使用。混合砂浆的配合为：水泥：粉煤灰：土砂：水=1：1：5：5：7（重量比），该配合比配制的混合砂浆的比重约为1.58。
　　5.3下沉
　　先用不排水下沉，严格控制沉井周围地面沉降。
　　目前已下沉9.35米，总高度12.8米，还需下沉3.45米。尚要穿越2.45米的砂质粉土层。为保证沉井西侧小区房屋（四层）安全，对井内进行灌水。灌水至+2.2米标高。不排水下沉的下沉系数计算：
　　K=(Q-Q,)/(F1+F2)=1.38（计算略）
　　A. 下沉时随时观测沉井的倾斜度、下沉深度、速度和沉井中的水位，根据情况及时调整挖土速度和挖土方位，并向井内补水。
　　B. 沉井井内部分采用长臂挖土机取土，刃脚周边部分，由潜水员水下操作，高压水枪切割土体。
　　C. 当刃脚部分进入淤泥质粘土层后，将井内水逐步抽出，并且跟踪监测沉井下沉深度、倾斜度，沉井外侧房屋、管线等沉降情况，沉井横梁底部需有土体支撑。如一切正常，就可从不排水下沉逐步转入排水下沉。
　　5.4终沉措施
　　在井内水抽完以后，沉井无突沉现象，开始对刃脚底部按照设计图纸进行压密注浆，注浆深度3米，宽度3米。
　　当沉井沉到离设计标高还有50公分时，要停止挖土，观察不挖土后继续下沉的数量，以控制最终挖土深度。终沉标高要比设计标高高10CM作为防止超沉的余量。如到达预定标高后沉井仍有继续下沉的趋势时立即向井内灌水。在沉井接近设计标高时，在井壁四周触变泥浆采用水泥浆置换，浆液内添加3%水玻璃，使周边阻力＞1.5吨/每平方米，此时的周边总阻为1500吨左右。在刅脚和地梁斜面处填块石或黄砂，扩大地基承载面积，总地基承载力可达2000吨左右，总阻力为3500吨左右，大于自重3050吨，沉井可以穏定。
　　5.5沉井封底施工（干封底）（根据下沉实施情况确定）
　　(1)、素砼
　　沉井到位穏定后，在井内用砾石砂或黄砂填至素砼底层标高并振实。然后进行底板素砼封底，封底前必须在每一格沉井底板上设置泄水孔（共9只），四周填以卵石，使井底的水都汇集到泄水孔中，用水泵排出，从而使地下水位保持低于底板以下1.50m，然后对称均匀浇注0.15m厚C15素砼垫层。
　　(2)、钢筋砼底板
　　素砼达到一定强度后，底板施工前将刃脚混凝土凿毛处洗刷干净，绑扎底板钢筋（底板上下层钢筋之间的间距设1Ф16登铁，1只/M2），浇筑混凝土底板。浇筑应在整个沉井面积上分层由四周向中央进行，每层厚20～25CM，并捣固密实。混凝土养护14d期间，设在底板上的泄水孔应不间断的抽水，使底板砼不承受水压，底板砼经养护达到设计强度，即为沉井下沉封底全部结束。
　　5.6沉降监测
　　对于沉井周边围墙、西侧小区房屋、东侧Φ1200上水监测由第三方负责，在下沉阶段监测频率提高至每天3次，不排水下沉完成抽水阶段，每3小时即对周边建筑物进行监测。
　　6.实施情况
　　通过对以上方案的实施，情况良好，圆满完成沉井干封底。
　　7.思考及建议
　　围护结构的处理：
　　1、在周边环境允许的情况下，尽量加大围护结构与沉井结构之间的距离（本工程为1.5m，），用触变泥浆填充井外周刃脚以上的空隙，尽量减少沉井下沉对围护结构与沉井间土体的影响，以减小对围护结构的影响；
　　2、围护结构与沉井结构之间的距离不可能加大时，为确保周边环境安全，围护结构设计时要慎重考虑围护结构两侧的水土压力差。
　　沉井下沉措施：
　　1、在满足围护结构稳定的情况下，充分考虑井内外水土压力差，沉井下沉首选排水下沉。
　　2、对地质情况及相关资料（承压水）分析，围护结构可能失稳，周边环境影响的可能性加大时，建议采用不排水下沉。
　　3、可能对周边环境产生影响，在沉井下沉过程中，严密观察周边环境，并分析地质及相关情况，可以根据下沉情况，排水和不排水下沉兼顾。
　　4、除沉井下沉进行合理降水控制外，气象条件（雨量）的了解,下沉减阻、防突沉、超沉等措施也应充分考虑。
　　
　　参考文献
　　（1）市政地下工程施工质量验收规范DG/TJ08-236-2006
　　（2）龚晓南主编.深基坑工程设计施工手册.北京.中国建筑工业出版社.1998
　　（3）周申一等.沉井沉箱施工技术[M].北京:人民交通出版社.2005