【摘 要】本文主要介紹了沉井施工下沉方法，針對在沉井的下沉過程中常遇到的問題，介紹了相關(guān)問題的處理或預(yù)防措施。

【關(guān)鍵詞】沉井 下沉 措施

一、引言

沉井是以沉井法施工的地下結(jié)構(gòu)物和深基礎(chǔ)的一種型式。是先在地表制作成一個井筒狀的結(jié)構(gòu)物（沉井），然后在井壁的圍護下通過從井內(nèi)不斷挖土，使沉井在自重作用下逐漸下沉，達到預(yù)定設(shè)計標高后，再進行封底，構(gòu)筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這種施工方法適用于埋設(shè)較深的構(gòu)筑物，地下水位較高易產(chǎn)生涌流或塌陷的不穩(wěn)定土壤，以及場地狹窄，受其它因素限制不適宜采用大開挖施工的工程。技術(shù)上比較穩(wěn)妥可靠，挖土量少，對鄰近建筑物的影響比較小。

二、沉井的基本結(jié)構(gòu)和下沉原理

（一）沉井基本結(jié)構(gòu)

沉井的基本結(jié)構(gòu)主要包括：刃腳、井筒及內(nèi)隔墻、封底及底板、蓋板等部分：

1.刃腳是是沉井井壁最下端部位，下面有一水平支承面，稱為刃腳踏面。踏面寬度通常在10～20cm，根據(jù)地層的軟硬程度作調(diào)整。刃腳的側(cè)面呈直角梯形，內(nèi)側(cè)傾角45～60。其作用主要是減少土的阻力。

2.井筒是沉井的主要部分，其厚度應(yīng)根據(jù)沉井的結(jié)構(gòu)強度、剛度的需要以及沉井能夠在足夠的自重條件下下沉等確定。內(nèi)隔墻是根據(jù)使用和結(jié)構(gòu)上的需要，在沉井內(nèi)可設(shè)置內(nèi)隔墻，大型沉井還可能設(shè)置多道縱橫隔墻。

3.封底及底板是當(dāng)沉井下沉至設(shè)計標高后，需用混凝土封底以及制作鋼筋混凝土底板，以阻止地下水和地基土進入井筒。

4.蓋板是當(dāng)沉井作為水泵站等地下結(jié)構(gòu)的空心沉井時，在沉井頂部需做鋼筋混凝土蓋板。

（二）沉井下沉原理

沉井下沉通常靠自重下沉，沉井下沉?xí)r，必須克服井壁與土間的摩阻力和地層對刃腳的反力，其比值稱為下沉系數(shù)K，一般應(yīng)不小于1.15。

沉井下沉系數(shù)K=（Q-B）/（T+R）

式中：

K——下沉安全系數(shù)，一般應(yīng)大于1.15

Q——沉井自重及附加荷載（KN）

B——被井壁排出的水量（KN），如采取排水下沉法時，B=0

T——沉井與土間的摩阻力（KN），T=πD（H-2.5）·f

D——沉井外徑（m）

H——沉井全高（m）

f——井壁與土間的摩阻系數(shù)（KPa），由地質(zhì)資料提供

R——刃腳反力（KN），如將刃腳底部及斜面的土方挖空，則R=0

二、沉井下沉施工工藝

（一）沉井下沉的作業(yè)順序安排

下沉準備工作 → 設(shè)置垂直運輸機械設(shè)備 → 挖土下沉 → 井內(nèi)排水 → 邊下沉邊觀測 → 糾偏措施 → 沉至設(shè)計標高 → 核對標高、觀測沉降穩(wěn)定情況

（二）沉井下沉驗算

沉井下沉前，應(yīng)對其在自重條件下能否下沉進行必要的驗算。沉井下沉?xí)r，必須克服井壁與土間的摩阻力和地層對刃腳的反力，其比值稱為下沉系數(shù)K，一般應(yīng)不小于1.15。井壁與土層間的摩阻力計算，通常的方法是：假定摩阻力隨土深度而加大，并且在5m深時達到最大值，5m以下時保持常值。沉井下沉系數(shù)的驗算公式為：K=（Q-B）/（T+R）

（三）沉井下沉的主要方法和措施

1.第一節(jié)沉井制作完成后，下沉前應(yīng)進行井壁外觀檢查，檢查混凝土強度及抗?jié)B等級，并根據(jù)勘測報告計算極限承載力，計算沉井下沉的分段摩阻力及分段的下沉系數(shù)（≥1.15-1.25），作為判斷每個階段可否下沉，是否會出現(xiàn)突沉，確定下沉方法及采取措施的依據(jù)。

2.井內(nèi)挖土應(yīng)根據(jù)沉井中心劃分工作面，挖土應(yīng)分層、均勻、對稱地進行、挖土速度應(yīng)大致相等以免井筒傾斜。挖土要點是：先從沉井中間開始逐漸挖向四周，每層挖土厚度為0.4～0.5m，沿刃腳周圍保留0.5～1.5m的土堤，然后再沿沉井井壁每2～3m一段向刃腳方向逐層全面、對稱、均勻地削薄土層，每次削5～10cm，當(dāng)土層經(jīng)不住刃腳的擠壓而破裂時，沉井便在自重的作用下擠土下沉。

說明：1——沉井刃腳

2——邊壁留置土堤

1、2、3、4——削坡次序

3.對松軟土質(zhì)，可先挖沉井中部土層（每層約深40～50cm），沿沉井刃腳周圍保留土堤，使沉井?dāng)D土下沉；對中等密實的土，如刃腳土堤挖出后仍很少下沉，可再從中部向刃腳分層均勻削薄土堤，使沉井平穩(wěn)下沉；對土質(zhì)軟硬不均的土層，應(yīng)先挖硬的一側(cè)，后挖軟的一側(cè)；對流砂層只挖中間不挖四周；對堅硬土層，可按撤除墊木順序分段掏空刃腳，并隨即回填砂礫，待最后幾段（即定位承墊木處）掏空并回填后，再分層逐步挖去回填填料，使均勻下沉。沉井傾斜如受地下水方向影響時，先挖背水方面的土，后挖迎水方向的土。

4.井內(nèi)挖出的土方應(yīng)及時外運，不得堆放在沉井旁，以免造成沉井偏斜或位移。如確實需要在場內(nèi)堆土，堆土地點應(yīng)設(shè)在沉井下沉深度2倍以外的地方，及時清理井內(nèi)、特別是刃腳處的樹根、石塊等障礙物。

5.沉井下沉多采用排水挖土下沉方法，常用方法是：設(shè)明溝、集水井排水，根據(jù)沉井大小在沉井內(nèi)設(shè)集水井，深度比開挖面底部低1.0-1.5m，溝和井底深度，隨沉井挖土而不斷加深。在井壁上設(shè)離心式水泵或井內(nèi)設(shè)潛水泵，將地下水排出井外。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差，有流砂發(fā)生的情況，可在沉井外部周圍設(shè)置輕型井點、噴射井點或深井井點，以降低地下水位，或采用井點與明溝排水相結(jié)合的方法，進行降水。

6.沉井下沉觀測方法為在沉井外壁周圍彈水平線，井筒內(nèi)按4等分或8等分標出垂直軸線，各吊線墜一個，對準下部標板來控制。沉井下沉過程中，應(yīng)安排專人進行測量觀察。沉降觀測每8小時至少2次，刃腳標高和位移觀測每臺班至少1次。當(dāng)沉井每次下沉穩(wěn)定后應(yīng)進行高差和中心位移測量。每次觀測數(shù)據(jù)均須如實記錄，并按一定表式填寫，以便進行數(shù)據(jù)分析和資料管理。如發(fā)現(xiàn)傾斜、位移時應(yīng)隨時通過調(diào)整挖土進行糾偏。

7.沉井下沉近設(shè)計標高時，應(yīng)加強觀測，井內(nèi)土體的每層開挖深度應(yīng)適當(dāng)減小，以避免沉井超沉。沉井下沉至離設(shè)計底標高10cm左右時應(yīng)停止挖土，讓沉井依靠自重下沉到位。

三、下沉常見問題及處理措施

（一） 沉井偏斜

1.原因分析

沉井下沉最易發(fā)生傾斜、偏移或扭位。引起這些問題的原因有：沉井刃腳下的土層軟硬不均勻，或是沉井一側(cè)的土被水流沖空；沒有對稱地抽除墊木或沒有及時回填夯實，井外四周的回填夯實不均；沒有均勻挖土使井內(nèi)土面高差懸殊；刃腳下挖空過多，沉井突然下沉，或刃腳一側(cè)被障礙物卡住，未及時發(fā)現(xiàn)和處理；由于井外棄土或堆放物，井上附加荷載分布不均勻，造成對井壁的偏壓；排水下沉?xí)r，井內(nèi)產(chǎn)生大量的流砂；偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象大多數(shù)由傾斜引起，當(dāng)發(fā)生傾斜和糾正傾斜時，井身常向傾斜一側(cè)下部產(chǎn)生一個較大壓力，因而伴隨產(chǎn)生一定的位移和轉(zhuǎn)角。當(dāng)沉井傾斜一側(cè)土質(zhì)較松軟，在糾正傾斜時，井身往往向傾斜一側(cè)下部產(chǎn)生一個較大的壓力，因而伴隨向傾斜方向產(chǎn)生一定位移。位移大小隨土質(zhì)情況及向一邊傾斜的次數(shù)而定。當(dāng)傾斜方向不平行軸線時，糾正后則產(chǎn)生扭位，多次不同方向的傾斜，糾正傾斜后拌隨產(chǎn)生位移的綜合復(fù)合作用，也常導(dǎo)致產(chǎn)生偏離軸線方向的扭位。

2.處理措施

施工中應(yīng)加強下沉過程中的觀測和資料分析，發(fā)現(xiàn)傾斜和位移，應(yīng)及時糾正。

（1）當(dāng)沉井垂直度出現(xiàn)傾斜超過允許限度，可采取在刃腳高的一側(cè)加強取土，低的一側(cè)少挖土或不挖土，待正位后再均勻分層取土；或在刃腳較低的一側(cè)適當(dāng)填砂石、石塊，延緩下沉速度。如果由于棄土堆在沉井一側(cè)，形成沉井兩側(cè)有土壓力差的存在，產(chǎn)生偏斜，可在沉井傾斜低的一側(cè)回填砂或土，并夯實，使低的一側(cè)產(chǎn)生的土壓力大于沉井高的一側(cè)的土壓力，可起到糾偏的作用。

（2）當(dāng)沉井軸線與設(shè)計軸線不重合，而產(chǎn)生一定位移的現(xiàn)象時，一般是控制沉不再向位移方向傾斜，同時有意識地使沉井向位移相反方向傾斜，糾正傾斜后，使其伴隨向位移相反方向產(chǎn)生一定位移糾正。如位移較大，也可有意使沉井偏位的一方傾斜，然后沿傾斜方向下沉，直到刃腳處中心線與設(shè)計中心線位置吻合或接近時，再糾正傾斜，位移相應(yīng)得到糾正。扭位可按糾正位移方法糾正，使傾斜方向?qū)食辆行?，然后糾正傾斜，扭位隨之得到糾正。亦可先糾正一個方向的傾斜、位移，然后糾正另一個方向的傾斜、位移，幾次傾斜方向糾正后，軸線即恢復(fù)到原位置。

（二）下沉過慢

1.原因分析

由于井壁與土體間的摩擦力過大，刃腳下阻力過大，加之沉井自重不夠，下沉系數(shù)過??；刃腳被障礙物擋住，造成刃腳反力過大及挖土不符合要求；沉井下沉被擱置或懸掛等致使沉井下沉速度很慢，甚至出現(xiàn)不下沉的現(xiàn)象。

2.處理措施

難沉或慢沉解決的辦法主要有增加沉井自重和降低摩阻力。

（1）可采取繼續(xù)澆灌混凝土增加重量，或在井頂加載；將刃腳下的土分段均勻挖除，減少正面阻力；繼續(xù)進行第二層（深40～50cm）碗形破土，促使刃腳下土失穩(wěn)下沉；

（2）不排水下沉改為排水下沉，減少浮力，在井外壁裝射水管沖刷井周圍土，減少摩阻力；在井壁與土間灌入觸變泥漿或黃土降低摩擦力；清除障礙物，遇小孤石或塊石擱住，可將四周土挖空后取出，對較大孤石或塊石，可用炸藥或靜態(tài)破碎劑進行破碎，然后清除。

（三）下沉過快

1.原因分析

沉井下沉過快主要是由于 K 值過大，遇到軟弱土層，土的承載力很低，使下沉速度超過挖土速度；長期抽水，以及砂的流動，沉井外部土體出現(xiàn)液化，使井壁與土體間摩擦力減小等均能引起沉井下沉過快。

2.沉井下沉過快的主要處理方法是增大摩擦力和提高土的承載力。

（1）將排水法下沉改為不排水法下沉，以增加浮力。發(fā)現(xiàn)下沉過快，可重新調(diào)整挖土，在刃腳下不挖或部分不挖土。在沉井外壁間填粗糙材料，或?qū)⒕餐獾耐梁粚?，增大摩阻力?/p>

（2）提高土的承載力可通過降水的方法來固結(jié)土體，降水可以采用重力降水或井點降水。

（四）流砂

1.原因分析

由于井內(nèi)土體開挖過深，井外土、粉砂產(chǎn)生流動狀態(tài)隨地下水一起涌入井內(nèi)，或是井內(nèi)表面排水后，井外地下水動力壓力將土壓入井內(nèi)，以及爆破處理障礙物時，井外土受振動后進入井內(nèi)。

2.處理措施

（1）采用排水下沉，水頭宜控制在1.5～2.0m，而且穿過流砂層應(yīng)快速，最好加荷載，使刃腳切入土層；應(yīng)避免挖土?xí)r在刃腳箱下挖掏，防止流砂大量涌入，沉井中間不宜挖成鍋底形；在采用井點降低地下水位時，防止井內(nèi)流淤，井點可設(shè)置在井外或井內(nèi)，對于大型沉井采用井點降水更是消除流砂，穩(wěn)定土體的有效措施；采用不排水下沉?xí)r，應(yīng)保證井內(nèi)水位高于井外水位，以免涌入流砂。

（2）當(dāng)出現(xiàn)流砂現(xiàn)象，可在刃腳堆石子壓住水頭，削弱水壓力，或周圍堆砂袋圍住土體，或拋大塊石，增加土的壓重。改用深井或噴射點井降低地下水位，防止井內(nèi)流淤。深井宜安設(shè)在沉井外，噴射點井則可設(shè)置在井外或井內(nèi)。改用不排水法下沉沉井，保持井內(nèi)水位高于井外水位，以避免流砂涌入。

（五）超沉或欠沉

1.原因分析。沉井下沉完畢后，刃腳平均標高大大超過或低于設(shè)計要求深度，相應(yīng)沉井壁上的預(yù)埋件及預(yù)留孔洞位置的標高，也大大超過規(guī)范允許的偏差范圍。主要原因為沉井下沉至最后階段，未進行標高控制和測量觀測。下沉接近設(shè)計深度，未放慢挖土和下沉速度。遇軟土層或流砂，下沉失去控制。在軟弱土層預(yù)留自沉深度太小，或未及時封底；或沉井下沉尚未穩(wěn)定就封底，常造成超沉；在砂土層或堅硬土層預(yù)留自沉深度太大，或沉井下沉尚未穩(wěn)定就封底，常發(fā)生欠沉。測量人員責(zé)任心不強，沒按要求進行監(jiān)測，并且對測量標志沒有進行校核，記錄的測量數(shù)據(jù)有誤，導(dǎo)致沉井超沉。

2.處理措施。沉至接近設(shè)計標高，應(yīng)加強測量觀測和校核分析工作。在井壁底梁交接處，設(shè)磚砌承臺，在其上面鋪方木，使梁底壓在方木上，以防過大下沉。沉井下沉至距設(shè)計標高0.1m時，停止挖土和井內(nèi)抽水，使其完全靠自重下沉至設(shè)計或接近設(shè)計標高。采取減小或平衡動水壓力和使動水壓力向下的措施，以避免流砂現(xiàn)象發(fā)生。沉井下沉趨于穩(wěn)定（8h的累計下沉量不大于10mm時），方可進行封底。如超沉過多，可將沉井上部接高處理；欠沉一般作抬高設(shè)計標高處理。

（六）沉井下沉對周圍建筑物的影響

1.原因分析。沉井下沉?xí)r，會對周圍的建筑物或多或少產(chǎn)生影響，常見的是造成建筑物的附加不均勻沉降。原因有：沉井下沉?xí)r，由于傾斜、位移或糾偏，導(dǎo)致井外土體松動；在沉井內(nèi)部挖土和排水，外部土體由于內(nèi)部土粒流失或固結(jié)而產(chǎn)生附加沉降；沉井下沉產(chǎn)生的摩阻力使周圍土體產(chǎn)生附加應(yīng)力等。

2.預(yù)防措施防治方法包括增加沉井的下沉系數(shù)；在可能發(fā)生流砂或管涌的地層中沉井時，采取降水措施或用不排水下沉；在沉井周圍設(shè)置地下連續(xù)墻等隔離措施；對周圍建筑物進行加固等等。在施工過程中一定要加強對周圍建筑物的沉降觀測，做到防患于未然。

四、總結(jié)

本文講述了沉井下沉的一般方法，談及的在下沉過程中存在的問題是沉井施工過程中常常遇到的，是對沉井施工實踐中常見問題的總結(jié)，由于各具體工程的復(fù)雜性和差異性，其原因可能是多方面的，同樣的原因可導(dǎo)致各種現(xiàn)象的發(fā)生，同樣的現(xiàn)象也可能有多種原因。在沉井下沉過程中要加強測量發(fā)現(xiàn)問題及時采取相關(guān)措施才能保證良好的施工質(zhì)量。

參考文獻：

[1]《給水排水工程施工方法與實例》前建筑工程部北京給水排水設(shè)計院[M]，北京：中國建筑出版社，1978.

[2]《沉井沉箱施工技術(shù)——巖土工程叢書》周申一 等編著[M]，人民交通出版社，2005.10.