软土地区水下顶管沉井设计实例吴伟

软土地区水下顶管沉井设计实例吴伟

吴伟

中铁一局集团厦门建设工程有限公司厦门思明361000

摘要：沉井是修筑深基础和地下结构建筑物的主要基础形式，其施工技术是修筑深基础和地下构筑物工程采用的重要施工方法之一，尤其是在施工场地狭小及地下水位较高、涌水量较大或有地下承压水、流砂、软土等地质条件下，沉井施工是较为理想的选择。当沉井施工技术应用于软土地基时，施工前若不采取有效措施，极易出现超沉突沉不止、涌泥涌砂、井内涌水、倾斜、下沉过深等质量问题。鉴于此，文章重点就软土地区水下顶管沉井设计与施工进行研究分析，以供参考和借鉴。

关键词：软土地区；水下顶管；沉井设计；研究

引言

某大桥中心里程DK433+994.9#墩位于红柳河河中，墩身高度32m，下层承台尺寸16.4×20.9×3m（长×宽×高），下层承台底设计高程为1315.85m，设计顶标高为1318.85，原地面高程为1324.96，开挖深度为9.5m，土质为粉砂土，承载力σ=220Kpa，20根Ф1.8m钻孔灌注桩基础，桩长64m。在对钢筋砼沉井方案进行了详细的技术经济比较后，按照安全可靠、经济合理、便于施工、保护环境的原则，选用矩形钢筋砼沉井施工方案。为减短工期，方便施工，设计沉井总高度为8.0m，采用分层法浇注C30砼，砼臂厚1.0m，内支撑采用Φ600mm圆钢管井字型支撑。

1沉井施工技术概述

沉井是修建深基础和地下建筑物的一种施工方法，适用于淤泥质地基和砂性地基，其施工过程为：在地面或地坑内制作开口钢筋混凝土井身；待井身达到要求强度后，在井筒内分层挖土并将土运出；沉井筒身借其自重或其他技术措施克服与土壁之间的摩阻力和刃脚反力，不断下沉直至设计标高；封底。沉井尤其是钢筋混凝土沉井由于具有占地面积小，开挖土方量少，对临近构造物及附近地质条件影响小，且施工方便、工期短等特点，广泛地应用于工程实践，如桥梁、水闸、港口等工程中用于基础工程，市政工程中给、排水泵房，地下电厂，矿用竖井等，近年来也成为工业建筑物尤其是软土地下建筑物的主要基础类型。根据外形不同，钢筋混凝土沉井分为方沉井和圆沉井。相对方沉井而言，圆沉井具有较好结构受力特性，刚度大，能承受较大的外荷载，配筋量小，因而应用较多。

2软土地区水下顶管沉井施工工艺

2.1沉井下沉到位后封底浇底板施工工艺

一般施工顺序为，挖基坑→铺设C15混凝土垫层、安装砖垫座→制作刃脚、底节沉井及第二节沉井→拆除支架、模板、砼强度达100％后开始挖土下沉到设计标高→沉井封底、浇注钢筋混凝土底板→制作第三节沉井及上部结构。沉井挖土在软质土层中下沉时，一般在分层挖去井内泥土的过程中，沉井即会逐渐下沉，而且沉井刃脚始终埋在土层中。首先在沉井内挖成锅底，在沉井四周的刃脚处留有土堤，再逐步削平刃脚四周土堤，沉井在挖土堤时边挖边沉。封底方法分为排水封底法和不排水封底法，一般采用排水封底法，先将混凝土接触面冲刷和凿毛，清除刃脚上的污泥，对井底进行修整成锅底形。由刃脚向中心设置放射形排水沟，铺设碎石作滤水暗沟，在井底的锅底部位设置集水井，以保持地下水位低于井底面300～500mm，浇筑混凝土垫层并振捣密实。底板混凝土的浇筑应在整个沉井面上分层浇注，每层厚度为300～500mm由四周向中央进行振捣密实。待底板混凝土强度达到设计强度70％以上时，抽干集水井积水，立即向滤水井管中灌入C30混凝土，捣实后装上法兰，再在上面浇注一层底板混凝土，使之与底板平齐。

2.2先浇筑沉井底板后下沉的施工工艺

挖工作基坑→浇筑砼垫层及钢筋混凝土底板→搭设模板及脚手架→制作第一节井→搭设上节模板及脚手架→制作第二节井→拆除脚手架及模板→冲水下沉至设计深度→封堵底板预留孔洞→制作第三节沉井及上部结构。下沉采用冲水法下沉，凿除底板预留孔下混凝土垫层，采用高压水枪由底板预留孔冲入高压水，搅动泥土成泥浆，同时用泥浆泵抽出运走。冲水速度和方位应基本相应和对称。如下沉需要，可采用泥浆润滑减阻措施，使用泥浆必须做到本身是稳定的，在长时间静置下不能有离析现象发生。待下沉到略高于设计标高时停止冲水，抽干泥浆，对底板预留孔进行封堵。由于预留孔面积较小，该工艺沉井封底简单易行。

3施工中的注意事项

3.1测量控制与观测

在沉井外部地面及井壁顶面四周设置纵横十字中心控制线，水准基点，控制位置和标高。在井筒内按4或8等分标出垂直轴线各吊线锤一个，对准下部标板来控制，并定时用两台经纬仪进行垂直度偏差观测。挖土时随时观测垂直度，当线锤与下部标板中线偏离25mm，或四周标高不一致时，即应起动纠偏程序。在标板上设刻度尺，以cm为最小单位，用水准仪来观测沉降，沉井下沉中应加强位置、垂直度和标高的观测，每班最少测两次，接近设计标高时应加强观测，每2小时1次，预防突沉、超挖。由专人定时、定仪器负责并做好记录，如有倾斜、位移和扭转，应及时通报并采取有效措施纠正，使偏差控制在允许范围内。

3.2助沉纠偏

沉井下沉过程中，刃脚下产生地基反力，当沉井下沉系数小于设计下沉系数时，允许采用加载助沉，加载平台应符合重物堆放方便和结构安全等要求，重物堆放重心应根据施工组织设计规定，加载时加载范围内的其他工作应停止。沉井下沉到设计标高时应先卸载，卸下的重物应随卸随运，不应堆放在沉井边。沉井纠偏应根据测量资料随偏随纠，当沉井偏斜达到允许值的1/4时便要纠偏，沉井下沉过程中要做到勤测、勤纠和缓纠。沉井初沉阶段纠偏应根据“沉多则少挖”“沉少则多挖”的原则在开挖中纠偏。刃脚下挖土要逐步扩大，不能一次过量掏挖，不要通过大量挖土来纠偏。水或冲气方法纠正井体倾斜时，可在沉井偏高的一例在井壁外插入射水管或冲气管进行射水或冲气，减少井壁摩阻力。射水或冲气管亦可预埋设在井壁内适当位置，供纠偏时按照偏斜方法进行纠偏。用射水法纠偏后如留有射水孔宜用厚触变泥浆或砂土填满。井下沉过快时，在沉井外壁间填粗糙材料，或将井筒外的土夯实，加大摩阻力。

3.3保护周围建构筑物的措施

沉井下沉对四周土体的破坏不可能完全避免，但可采取如下措施尽量减少坍陷范围：最大沉井的下沉系数，在软土中下沉沉井时，可使沉井刃脚埋入土中1.5～3.0m，以阻碍土体从井外向井内涌入，这样对稳定井外的土体有利；在粉、细砂土层中下沉沉井时，为避免产生管涌现象和流砂大量流入井内，关键在于降低沉井四周地下水位，该工程十分强调在施沉中地下水位必须降到刃脚以下0.5米，在封底时地下水位要降到0.5～1米才能保证干封底浇筑混凝土，同时插入导管法施工；在沉井四周如坍陷严重时，应及时进行回填，特别对四周不均匀坍陷更应注意，以免由于沉井四周土压力不均匀，而引起沉井发生过大的倾斜。

结束语

综上所述，沉井施工作业面狭小，施工工序多，质量控制要求高，施工过程错综复杂，但在修筑深基础及地下构筑物工程，面对地下水位高、淤泥质土层、施工场地狭小等条件的约束时，使用该技术可以取得较好的施工效果，它具有基坑开挖量小、施工安全、造价低、工期快等优点，具有较好的经济效益和社会效益。

参考文献

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[2]曾超.软土地区大型沉井、长距离曲线顶管岩土工程勘察案例研究——以上海为例[J].工程技术研究，2018(04):25-26.