某工程6座顶管井均采用钢筋混凝土沉井结构形式，J3工作井规格为方形13.6m×9.6m，下沉深度为13.9m；J4临时顶管接收井规格为圆形φ10.6m，下沉深度为15.78m；J5临时顶管工作井规格为圆形φ13.8m，下沉深度为14.69m；J6顶管接收井规格为方形7m×6.5m，下沉深度为12.92m；J7顶管工作井规格为圆形φ13.8m，下沉深度约为13.51m，J7’顶管工作井规格为圆形φ13.8m，下沉深度约为13.51m。采用商品混凝土等级为：井体、底板为C30、S6；沉井封底采用地下水混凝土C20。每次下沉高度为1～2m。下沉采用不排水法下沉施工，下沉挖土采用履带吊和抓铲取土，封底采用水下混凝土封底。沉井封底后，浇筑底板，进行顶管施工。由于沉井施工时低于地面，沉井顶应高出地面300mm，当下沉接近设计标高时，应注意，切不可超沉。沉井四周设施工道路，宽度为4m。沿沉井的边侧搭设钢筋、模板拼装场地及堆场等，在工作井外设置泥浆沉淀池，泥浆沉淀后，弃土应及时外运。

 

　　沉井是修建深基础和地下构筑物的主要施工方法之一。它是在地面上或地坑中，先制作钢筋混凝土井身，达到一定强度后，在井筒内分层挖土，随着井内土面逐渐降低，使筒身借自重克服其土壁之间的摩擦阻力，不断下沉就位的一种地下构筑物或地下工程施工工艺。沉井的施工程序包括平整场地、开挖基坑、沉井制作、沉井下沉、沉井封底、封顶等主要施工工序。

 

 

　　3.1准备工作

 

　　平整场地，平整范围要大于沉井外侧面1～3m，场地整平后进行放线定位，定位要准确，并经验收合格后才能正式施工。

 

　　3.2沉井下沉计算

 

　　(1)下沉系数

 

　　为了保证沉井能顺利下沉，沉井下沉系数Kst应满足下式条件：

 

　　Kst=(G1k+Ffw·k)/Ffk≥1.05

 

　　其中，Kst为下沉系数；G1K为井体自重标准值(包括必要时加助沉重量的标准值)(kN)，钢筋混凝土井壁自重为25kN/m3；Ffw·k为下沉过程中水的浮力标准值(kN)；Ffk为井壁总摩阻力标准值(kN)，根据地质报告，取15kN/m2。

 

　　根据计算，每个井的前两节沉井时因为自重太轻，不能靠自重下沉，所以须采取侧壁减阻措施帮助其下沉，其它部分都能依靠自重完成沉井，最后几节沉井时下沉系数大于1.5，所以要进行下沉稳定性验算。

 

　　(2)下沉稳定系数

 

　　下沉稳定性计算如下：

 

　　Kst·s=(G1k-F′fw.k)/(F′fk+Rb)

 

　　其中，kst，为下沉稳定系数，可取0.8-0.9；F′fw.k为验算状态下水的浮力标准值(kN)；F′fk为验算状态下井壁总摩阻力标准值(kN)；Rb为沉井刃脚、隔墙和横梁下地基土极限承载力之和(kN)。根据地质资料显示Rb可取200KPa，经计算得kst，s=0.905，所以满足下沉稳定性要求。

 

　　3.3沉井抗浮验算

 

　　沉井抗浮验算公式及过程如下：

 

　　其中：Gk1为井重(KN)；Gk2为封底砼重量(kN)；F为浮力(kN)。

 

　　当k≥1.0(不计侧壁摩阻力)，当计入侧壁摩阻力时，k≥1.25能满足要求。根据计算当计入侧阻力时，4个工作井、2个接收井都满足抗浮的要求。

 

　　3.4沉井结构制作

 

　　根据沉井的实际情况，沉井结构在制作及下沉阶段，选用一台25t汽车吊作为起重设备。在沉井制作期间，由于沉井可能出现不同程度的沉降，为安全起见，内、外脚手架与井壁应脱离，距离约30cm。

 

　　3.4.1模板施工

 

　　模板采用组合式定型钢模，由U型卡连接。在预留洞、井壁底板位置等特殊部位采用木模，在沉井插筋部位用2英寸木板间隔拼装，拼装的木模其表面应进行刨光，拼缝严密平整不漏浆，所有模板表面平整后符合规范要求。围檩立筋采用Φ50钢管或8#槽钢，拉杆螺栓采用Φ16mm圆钢，中间设置50mm×50mm、δ=3mm的止水片，周边焊，拉杆螺丝设置水平间距75cm，垂直间距60cm。为防止浇砼时爆模板应加强支撑及模板接缝处检查，所有拼缝及模板接缝处要逐个检查嵌实，防止漏浆，模板架立好后应进行验收。

 

　　3.4.2钢筋绑扎

 

　　制作成型钢筋，按其规格，绑扎先后，分别挂牌堆放，对直径Ф16mm以上钢筋均采用闪光对焊或电弧焊接。钢筋的骨架都要以定位垫块或座子稳定在设计图纸规定的位置上，所有交叉的钢筋处应用软铁丝绑扎牢固，绑扎好的钢筋骨架要有足够的刚度和稳定性。钢筋在入模前在底部位加好砼垫块，在侧部绑好砼垫块。受力钢筋的箍筋叠合处要错开设置。采用C30混凝土的受力钢筋的搭接长度：Ⅰ级钢筋为35d，Ⅱ为30d。钢筋混凝土保护层厚度：30mm。

 

　　3.4.3混凝土浇筑

 

　　工程井体砼采用C30商品砼，由搅拌车送至施工点，泵送到位的方法。每井由一台汽车泵输送。砼浇筑时浇筑的自由高度不得大于2m，如超过2m需加串筒浇筑。砼浇筑时需对称平衡进行。在浇筑过程中，加强沉井平面高差、下沉量的观测，确保沉井施工安全。在沉井上、下节井壁间设置施工缝，施工缝表面砼凿除松散部分，并用水冲清，充分湿润，但不得有积水，在井壁宽度内设置凸槽作为施工缝，宽度约为井壁厚度的1/3宽。沉井接高前，施工缝进行凿毛冲洗干净，使骨料外露。1：2水泥砂浆或水泥浆，厚10mm。新混凝土要在砂浆初凝前浇注。施工缝不允许使用砂浆掺合料。

 

　　3.5沉井下沉

 

　　3.5.1下沉施工

 

　　下沉时沉井强度须达到设计强度70％。下沉前先凿除刃脚素砼垫层和砖胎模，垫层拆除先内后外对称进行，并用吊车抓斗将井内碎砖清理干净。在沉井四周井壁上画出测量标尺寸、并设立水平指示尺。

 

　　在沉井混凝土达到设计强度后，首先用吊机抓斗进行挖土下沉1m，井壁周围均匀地取去垫层混凝土块。由于地下水位高，防止沉井上浮，同时也考虑到挖土过程中出现塌方流砂，采用不排水下沉施工，首先往井内注入清水，水面线不超过井外地面。利用吊车吊住抓斗挖掘井底中央部分的土，使沉井形成锅底。在砂或砾石类土中，一般当锅底比刃脚低1～1.5m时，沉井即可靠自重下沉，而将刃脚下的土挤向中央锅底，再从井孔中继续抓土，沉井即可继续下沉。在粘质土或紧密土中，刃脚下的土不易向中央塌落，则配以射水管松土，或者利用水工在水下用高压水枪和铁铲将土挖松，用空气吸泥机吸泥并抽出，通过沉砂池沉淀过滤排入下水道。在下沉过程测量人员用水准仪保持观察，随时指导沉井下沉，及时纠偏，保证均匀下沉。

 

　　3.5.2下沉纠偏

 

　　施工中，在沉井壁上设4个观测点，每天定时测量，一般不少于四次。测量结果的整理是以4个点下沉量的平均值作为沉井每次的下沉量，以下沉量最大的一点为基准与其他各点的下沉量相减作为各点的高差，来指导纠偏下沉施工。在沉井下沉过程做到，井面标高每班至少测量二次，轴线位移每天测一次，当沉井每次下沉稳定后进行高差和中心位移测量。沉井初沉阶段每小时至少测量一次，必要时连续观测，及时纠偏，终沉阶段每小时至少测量一次，当沉井下沉接近设计标高时增加观测密度。沉井开始时的下沉系数较大时，必须慎重控制好初沉，尽量在深度不深的情况下纠偏，符合要求后方可继续下沉。下沉初始阶段是沉井易发生偏差的时候，同时也较易纠正，这时要以纠偏为主，次数可增多，以使沉井形成一个良好的下沉轨道。

 

　　下沉过程中，要做到均匀对称抓土，严格控制泥面高差，当出现平面位置和四角高差出现偏差时要及时纠正，纠偏时不可大起大落，避免沉井偏离轴线，同时要注意纠偏幅度不宜过大，频率不宜过高。沉井在终沉阶段要以纠偏为主，要在沉井下沉至距设计标高1m以上时基本纠正好，纠正后要谨慎下沉，在沉井刃脚接近设计标高30cm以内时，必须不再有超出容许范围的位置及方向偏差，否则难以纠正。

 

　　沉井在下沉过程中发生倾斜偏转时，要根据沉井产生倾斜偏转的原因，可用以下一种或几种方法来进行纠偏。确保沉井的偏差在容许的范围内。

 

　　①偏除土纠偏：沉井在入土较浅时，容易产生倾斜，但也比较容易纠正。纠正倾斜时，一般靠近刃脚高的一侧抓土。随着沉井的下沉，在沉井高的一侧减少刃脚下正面阻力，在沉井低的一侧增加刃脚下的正面阻力，使沉井的偏差在下沉过程逐渐纠正，这种方法简单，效果较好。纠偏位移时，可以预先使沉井向偏位方向倾斜。然后沿倾斜方向下沉，直至沉井底面中轴线与设计中轴线的位置相重合或接近时，再将倾斜纠正或纠至稍微向相反方向倾斜一些，最后调正至使倾斜和位移都在容许范围以内为止。

 

　　②井外射水、井内偏除土纠偏：当沉井入土深度逐渐增大，沉井四周土层对井壁的约束力亦相应增加，这样给沉井纠偏工作带来很大的困难。因此，当沉井下沉深度较大时，若纠正沉井的偏斜，关键在于破坏土层的被动土压力。高压射水管沿沉井高的一侧井壁外面插入土中，破坏土层结构，使土层的被动土压力大为降低。这时再采用上述的偏除土方法，可使沉井的倾斜逐步得到纠正。在有条件时，还可以在沉井顶部加偏压重的方法来纠正沉井的倾斜。

 

　　③压重纠偏：在沉井高的一侧压重，最好使用钢锭或生铁块，这时沉井高的一侧刃脚下土的应力大于低的一侧刃脚下土的应力，使沉井高的一侧下沉量大些，亦可起到纠正沉井倾斜的作用。这种纠偏方法可根据现场条件进行选用。

 

　　④沉井位置扭转时的纠正：沉井位置如发生扭转，可在沉井偏位的二角偏吸土，另外二角偏填土，借助于刃脚下不相等的土压力所形成的扭矩，使下沉过程中逐步纠正其位置。

 

　　3.6沉井封底、底板施工

 

　　3.6.1沉井封底

 

　　沉井下沉至设计标高经过观测在8h内累计下沉量不大于10mm或沉降率在允许范围内时，沉井下沉已经稳定时，可进行沉井封底。沉井封底采用1500～2100mm厚C20水下混凝土。要求将井底浮泥清除干净，新老混凝土接触面用水冲刷干净，并铺碎石垫层。封底混凝土用导管法灌注。待水下封底混凝土达到所需要的强度后，即一般养护为7～10d，方可从沉井中抽水，按干封底法施工上部钢筋混凝土底板。

 

　　3.6.2底板施工

 

　　封底砼达到一定强度后，可从沉井中抽水，进行底板施工。在浇筑钢筋砼底板前，应将新旧混凝土接触面凿毛，并洗刷干净，钢筋砼底板钢筋与井壁予留钢筋宜采用电焊接头，沉井底板应对称一次浇筑完成。底板厚度为600～1000mm，混凝土强度等级均为C30。混凝土浇筑前24小时内对垫层进行洒水湿润，采用“一个坡度、分层浇筑、循序推进、一次到顶”的斜面分层法浇筑。混凝土浇筑要连续，一气呵成，不留任何施工冷缝。

 

　　为了控制板面标高及平整度，在内衬壁的预留钢筋上要做好板面标高标记，并焊上十字筋。振捣密实后用刮尺修平，初凝后为了防止板面出现收缩裂缝，再用灰匙压抹表面。

 

　　本文通过对沉井施工工艺的整体论述，介绍了沉井的制作和沉井下沉的静态模型，从而为该施工方法的应用推广提供了可靠的技术支持。