一種沉井施工方法與流程

本發明屬于地下工程施工技術領域，主要涉及一種適用于在承壓水層中超深沉井下沉施工的方法。

背景技術：

沉井作為頂管的始發井和接收井。沉井施工是先在地表制作成一個井筒狀的結構物(沉井)，然后在井壁的圍護下通過從井內不斷挖土，使沉井在自重作用下逐漸下沉，達到預定設計標高后，再進行封底，構筑內部結構。廣泛應用于橋梁、煙囪、水塔的基礎、或頂管的工作井。

沉井施工作為建造地下構筑物或深基礎的一種方法，在市政工程中廣泛應用，現有沉井下沉的方法有如下兩種：

1)降水下沉(也叫排水下沉)

當地下水位不高，或是雖有地下水，但周邊的土層為不透水層或者是弱透水層，涌入的水量不大且降水不困難時可采用降水下沉法。

2)不降水下沉

在下沉深度范圍內存在粉土、砂土或者強透水層降水下沉有可能造成流砂，或者沉井周邊有重要建/構筑物保護時采用不降水下沉。

降水下沉的缺點是容易對周邊環境造成影響，且對于水層較淺的地方降水要求高，不降水下沉的缺點是井內封底時間長，且容易造成封底不實，產生井內突涌。

在實際的沉井施工過程中往往遇到各種復雜環境、復雜地層，單純的采用降水下沉或不降水下沉的方法都無法滿足施工要求。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種沉井施工方法，以解決沉井在降水下沉時，對周邊環境的影響。

為解決上述技術問題，本發明提供一種沉井施工方法，包括以下步驟：

至少制作沉井的一部分；

待沉井達到預定結構強度后，實施沉井的第一次下沉施工；

在沉井周圍實施降水措施，并實施沉井的第二次下沉施工，直至沉井達到預定深度；

實施沉井底板施工；

其中，在沉井周圍實施降水措施前還包括，在沉井周圍搭建止水帷幕，所述降水措施在所述止水帷幕和沉井之間實施。

可選的，采用trd工法在沉井周圍搭建止水帷幕。

可選的，所述降水措施為在止水帷幕和沉井之間打設若干降水井，在每個降水井中設置水泵，并利用水泵將降水井內的水排出。

可選的，所述降水井的深度大于沉井的下沉深度。

可選的，在實施沉井的第一次下沉施工和實施沉井的第二次下沉施工期間還包括至少一次沉井的接高施工。

可選的，在沉井第一次下沉施工結束后，在沉井的第二次下沉施工之前，實施沉井的第一次接高施工，且沉井的第一次接高施工和在沉井周圍搭建止水帷幕同時進行。

可選的，當沉井內遇到地下水時，停止實施沉井的第一次下沉施工。

可選的，采用觸變泥漿輔助下沉的方法實施沉井的第二次下沉施工。

可選的，在觸變泥漿輔助下沉的方法中所使用的泥漿包括膨潤土、石堿和水，所述石堿和膨潤土的配重比為1：3～1：5，所述石堿和水的配重比為1：14～1：16。

可選的，還包括測量沉井的下沉量，所述測量沉井的下沉量的方法為在沉井側壁的頂端等間距設置若干個測量點，測量每個測量點到沉井底部的高度，計算所有測量點到沉井底部的高度的平均值作為沉井的下沉量。

可選的，統計所有測量點到沉井底部的高度的最大值和最小值，當測量點到沉井底部的高度的最大值和最小值之差大于預設值時，對沉井糾偏。

可選的，沉井糾偏的方法為在測量點到沉井底部的高度較小的一側增大挖土量，在測量點到沉井底部的高度較大的一側減小挖土量。

在本發明提供的沉井施工方法中，在采用止水帷幕做保護的前提下進行降水下沉，有效的減小了沉井在降水下沉施工時對周邊環境的影響；而且，采用trd工法搭建的止水帷幕，大大降低了工程成本，與施工地下連續墻圍護相比，采用trd工法搭建的止水帷幕連續性好，止水效果好，且工藝簡單；另一方面，與不降水下沉相比，既保證安全又節約工期。

附圖說明

圖1是本發明實施的沉井施工方法流程圖；

圖2是本發明實施的沉井接高的結構示意圖；

圖3是本發明實施的沉井降水施工的結構示意圖；

圖中：1-止水帷幕；2-降水井；3-沉井；4-底板；5-砼墊層；6-腳手架。

具體實施方式

本發明的核心思想在于在沉井降水施工前，在沉井周圍土方中搭建止水帷幕，從而減小降水施工過程中對周邊環境的影響。

以下結合附圖和具體實施例對本發明提出的沉井施工方法作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

參閱圖1，其示出的是本實施例中沉井施工的流程圖，包括以下步驟：

至少制作沉井的一部分；

待沉井達到預定結構強度后，實施沉井的第一次下沉施工；

在沉井周圍搭建止水幛幕，并在止水幛幕和沉井之間實施降水措施；

在降水措施的前提下實施沉井的第二次下沉施工，直至沉井達到預定深度；

實施沉井底板施工。

其中，沉井底板施工包括先在沉井底部澆筑素砼封底，待素砼穩定后再板扎鋼筋制作底板4。

止水帷幕的作用是隔斷沉井周圍土方中的地下含水層，使得在沉井3施工和沉井封底是切斷井內和地下含水層的水力聯系，保證了工程施工的可靠度。止水帷幕也可以在制作沉井前提前進行施工，只要在降水施工前搭建好即可，具體可根據工程實踐實施狀況來調整搭建止水帷幕的時間。

其中，止水帷幕的搭建有兩種方法，一種是施工地下連續墻的方法來搭建止水帷幕，另一種是采用trd工法(trenchcuttingre-mixingdeepwallmethod)搭建止水帷幕。

參閱圖3，其示出了沉井3采用搭建止水帷幕1并進行降水下沉的示意圖。其中，施工地下連續墻的方法來搭建止水帷幕包括：在土層淺部采用液壓抓斗掘土，深度選用液壓銑槽機成槽，然后澆筑混凝土成墻。

trd工法搭建止水帷幕1包括以下步驟：

(1)測量放線

施工前，先根據設計圖紙和業主提供的坐標基準點，精確計算出圍護墻中心線角點坐標，利用測量儀器進行放樣，并進行坐標數據復核，同時做好護樁。并通知相關單位進行放線復核。

(2)開挖溝槽

根據trd工法設備重量，圍護墻中心線放樣后，對施工場地進行鋪設鋼板等加固處理措施，確保施工場地滿足機械設備對地基承載力的要求，確保樁機的穩定性。用挖掘機沿圍護墻中心線平行方向開挖工作溝槽，槽寬約1.2m，溝槽深度約1.0m。

(3)吊放預埋箱

用挖掘機開挖深度約3m、長度約2m、寬度約1m的預埋穴，利用吊車并將預埋箱吊放入預埋穴內。

(4)樁機就位

由當班班長統一指揮樁機就位，移動前看清上、下、左、右各方面的情況，發現有障礙物應及時清除，移動結束后檢查定位情況并及時糾正，樁機應平穩、平正。

(5)切割箱與主機連接

用指定的履帶式吊車將切割箱逐段吊放入預埋穴，利用支撐臺固定；trd主機移動至預埋穴位置連接切割箱，主機再返回預定施工位置進行切割箱自行打入挖掘工序。

(6)安裝測斜儀

切割箱自行打入到設計深度后，安裝測斜儀。通過安裝在切割箱內部的多段式測斜儀，可進行墻體的垂直精度管理，通常可確保1/250以內的精度。

(7)trd工法成墻

測斜儀安裝完畢后，主機與切割箱連接。在切割箱底部注入挖掘液預先切割土層一段距離，再回撤挖掘至原處，開始固化液使其與原位土體強制混合攪拌，形成等厚水泥土的止水幛幕。

(8)置換土處理

將等厚度水泥土攪拌墻施工過程中產生的廢棄泥漿統一堆放，集中處理。

(9)拔出切割箱

一段工作面施工結束后，利用trd主機將切割箱分段拔出。

其中，降水措施為在止水帷幕1和沉井3之間打設若干降水井2，在每個降水井2中設置水泵，利用水泵將降水井2內的水排出。

具體的，為了保證降水要求，打設降水井2的深度大于沉井3的下沉深度，較佳的，降水井2深度在沉井刃腳以下2m～3m。

其中，沉井3分段制作，在實施沉井3的第一次下沉施工和/或實施沉井的第二次下沉施工的過程中還包括至少一次沉井的接高施工。較佳的，可在第一次下沉施工結束，待沉井穩定后進行第一次接高施工。

參閱圖2，其示出了對沉井3接高的示意圖，沉井3接高施工包括在沉井3內澆筑砼墊層5，并在砼墊層5上搭設腳手架6；同時在沉井3外側搭設腳手架6，在內外腳手架6上同時對沉井3進行接高。

為了縮短工期，沉井3的第一次接高施工和在沉井3周圍搭建止水帷幕1可同時進行。

較佳的，沉井3的第一次下沉施工以遇到地下水為停工界限。當沉井3內遇到地下水時，停止實施沉井3的第一次下沉施工。

隨著沉井3的下沉，沉井3所受到的阻力逐漸增大，沉井3下沉后期下沉系數較小，為了保證沉井3在下沉后期正常的下沉，可采用觸變泥漿輔助下沉的方法實施沉井3的第二次下沉施工。觸變泥漿助沉法是較好的助沉減阻方法，且在施工時能在較大程度降低沉井3對周圍土體擾動影響。觸變泥漿主要靠兩種因素維持土體穩定，其一是靠觸變泥漿對土體的靜力作用，基本上按三角形分布，其二是觸變泥漿的凝膠狀態，即觸變泥漿的分子排列形成一定的網狀結構骨架，其值和觸變泥漿的靜切力及一定壓力有關。所以，觸變泥漿在沉井3下沉中起著減少摩擦力和維護土壁穩定的作用。具體包括以下四個步驟：

(1)施工布置

根據現場情況布置泥漿箱，拌漿機1臺，壓漿泵2臺，輸漿管道用φ75的膠管和鋼管，壓漿管布設采用井內外管法施工，管材為φ25鋼管。為防止壓漿時泥漿直接沖射土壁和減少壓漿出口處的堵塞，在射口處設角鋼l100×100×8長度為20cm組成射口圍圈。為防止地面土層坍塌而破壞泥漿套，設地表圍圈。地表圍圈采用鋼板、角鋼焊接，安裝高度頂口高出地面50cm，圍圈外側用粘性土回填分層夯實。

(2)泥漿制備

泥漿采用優質膨潤土、石堿和水調制而成，其中，石堿和膨潤土的配重比為1：3～1：5，石堿和水的配重比為1：14～1：16，較佳的，三者的配重比按重量比可為4：1：15，土質變化處稍微做了調整。施工中對以下泥漿指標進行了嚴格的控制。①比重：采用比重計測定，控制在1.10～1.3之間；②粘度：采用粘度計裝入700cm³泥漿，測定500cm³流出的時間不小于100s；③膠體率：要求達到100％；④ph值：采用ph試紙測試，其值控制在6～8之間。對失水量及泥皮厚、靜切力、含沙量按常規控制。

(3)壓漿

壓漿采用壓漿泵，正常壓注壓力為100～800kpa，啟動時壓力稍高，壓漿采用一個孔一個孔的壓注，并隨沉井3下沉不斷補漿，使泥漿面始終保持在地面以上0.3m左右。壓漿時泥漿流動半徑約為5m，流動坡度約為5％～10％。

(4)灌漿

沉井3下沉完畢后，應對沉井3外側的環帶進行灌漿以置換膨潤土泥漿。灌漿應從底向上穿過井壁上的灌漿孔。水泥漿由普通硅酸鹽水泥和水灰比不超0.45的水泥漿組成。灌漿應是水泥和水的均勻混合物，它們的稠度應有足夠的流動性但不能過度，以保證灌漿在中等壓力下填滿所有間隙部分時能流動通暢。

采用觸變泥漿助沉法還有以下兩方面的好處。(1)可以利用空氣幕的不均衡壓氣減阻來達到糾偏下沉的目的；(2)沉井3下沉到標高后，為防止沉井3超沉，可通過空氣幕管路進行側壁壓漿，來達到阻沉、穩定沉井3的目的。

為了便于控制下沉量，在沉井3下沉的同時還包括實時測量沉井3的下沉量，具體測量方法為在沉井側壁的頂端上等間距設置若干個測量點，統計每個測量點到沉井底部的高度，計算所有測量點到沉井底部的高度的平均值作為沉井的下沉量。統計所有測量點到沉井底部的高度的最大值和最小值，當測量點到沉井底部的高度的最大值和最小值之差大于預設值時，對沉井3糾偏。理想的下沉過程是所有測量點的值均相同，由于沉井下沉過程中可能會偏，所以各個測量點所測量的數據會存在不同。

造成沉井3產生傾斜偏轉的常見原因包括：(1)沉井刃腳下土層軟硬不均勻；(2)沒有均勻除土下沉，使井孔內土面高低相差很多；(3)刃腳下掏空過多，沉井3突然下沉，易于產生傾斜；(4)刃腳一角或一側被障礙物擱住，沒有及時發現和處理；(5)由于井外棄土或其他原因造成對沉井井壁的偏壓。

具體的，沉井3糾偏方法包括以下四種：

(1)側邊出土糾偏

沉井3入土較淺時，容易產生傾斜，但也比較容易糾正。在測量點到沉井底部的高度較小的一側增大挖土量，在測量點到沉井底部的高度較大的一側減小挖土量。由于挖土量的不同，隨著沉井3的下沉，在沉井3較高的一側減少了刃腳下正面阻力，在沉井較低的一側增加了刃腳下的正面阻力，使沉井3的偏差在下沉過程逐漸糾正，這種方法簡單，效果較好。

糾偏位移時，可以預先使沉井3向偏位方向傾斜。然后沿傾斜方向下沉，直至沉井3底面中軸線與設計中軸線的位置相重合或接近時，再將傾斜糾正或糾至稍微向相反方向傾斜一些，最后調正至使傾斜和位移都在容許范圍以內為止。

(2)破壞單向摩阻

當沉井3入土深度逐漸增大，沉井3四周土層對井壁的約束力亦相應增加，這樣給沉井3糾偏工作帶來很大的困難。因此，當沉井3下沉深度較大時，若糾正沉井3的偏斜，關鍵在于破壞土層的土壓力。

在測量點到沉井底部的高度較小的一側的沉井外壁與土體之間注泥漿潤滑減阻，從而減小井壁與土體間的摩阻力，使土層的被動土壓力大為降低。這時再采用井內偏除土方法，可使沉井3的傾斜逐步得到糾正。在有條件時，還可以在沉井3頂部加偏壓重的方法來糾正沉井3的傾斜。

(3)壓重糾偏

在沉井較高的一側壓重，最好使用鋼錠或生鐵塊，這時沉井高的一側刃腳下土的應力大于低的一側刃腳下土的應力，使沉井高的一側下沉量大些，亦可起到糾正沉井3傾斜的作用。這種糾偏方法可根據現場條件進行選用。

(4)沉井位置扭轉時的糾正

沉井位置如發生扭轉，可在沉井偏位的二角偏出土，借助于刃腳下不相等的土壓力所形成的扭矩，使下沉過程中逐步糾正其位置。

沉井3下沉主要是通過從井孔內取土，消除刃腳下面的阻力及井壁摩擦阻力后，依靠沉井3自重下沉。沉井3下沉初期下沉深度較淺，井壁摩擦阻力小，可采用吊車在井內抓土下沉；后期采取降水下沉時，由于下沉系數較小，可采取助沉方式輔助下沉。下沉到位后采用干封底。

下沉前準備。

沉井3分節制作，所要沉入土中的沉井部分的強度應達到設計強度100％，其余部分達到設計強度70％方可鑿除用于防止沉井3下沉的混凝土墊層。下沉前先鑿除刃腳素砼墊層和磚胎模，墊層拆除應先內后外對稱進行，并用吊車抓斗將井內碎磚清理干凈。在沉井3四周井壁上畫出測量標尺寸、并設立水平指示尺。

沉井下沉。

當素砼墊層敲拆后，沉井3重心偏高，井壁的四周無摩擦力，沉井3的下沉系數較大，掏挖刃腳下的磚土若不均勻，將會使沉井3產生很大的傾斜，因此在沉井3挖土前，沉井3的刃腳先采用人工全面同時分層掏挖，挖除的土方先集中在各倉底中央，讓沉井3逐漸下沉，使沉井刃腳埋在土層中，降低沉井3重心。

施工中，在沉井壁上設4個觀測點，實時跟蹤測量。測量結果的整理是以4個點下沉量的平均值作為沉井3每次的下沉量，以下沉量最大的一點為基準與其他各點的下沉量相減作為各點的高差，來指導糾偏下沉施工。

沉井3初期下沉的取土方式，采用吊車抓斗挖掘井底的土，使之形成鍋底下沉。施工機械主要選用50t履帶車抓土下沉，配0.75m³容積抓斗，已考慮了在施工時適當的超載安全系數。吊車下部鋪墊路基箱，擴大支承面，以減少吊機施工時對基坑的影響。

吊車抓斗取土，應對稱進行，使其均勻下沉，倉內土面高差不宜超過50cm。吊車抓土時，鍋底深度不得深于1.0m。沉井3鍋底應均勻出土，下沉過程中應根據測量資料進行糾偏，當沉井3偏移達到允許偏差值1/4時必須糾偏。為了使抓斗能在井孔靠邊的位置上抓土，可在井孔頂部周圍預埋幾根鋼筋掛鉤。偏抓時，當抓土斗落至井底后，將抓土斗張口用的鋼絲繩掛在鋼筋鉤上，并將抓土斗提起后突然松下，抓土斗即偏向井壁落下，再收緊閉口用的鋼絲繩，即可達到偏抓的目的。

沉井下沉控制。

根據下沉過程中質量控制的重點，隨著沉井下沉的深度應做不同的調整，具體的：

(1)第一次下沉施工

①首先將素砼墊層先內后外對稱鑿除。測量要在此期間加強觀察，當沉井3發生傾斜時，應調整鑿除位置，盡量使沉井3平穩的切入土中。

②素砼墊層鑿除后，采用吊車抓斗將砂取出。第一次下沉施工取砂應從井內中部開始向四邊均勻對稱地擴展。開挖過程中在井外壁刃腳內側保留1m寬的土堤，土堤高度一般為0.1～0.3m，隨沉井3進尺量增加而適當減少。

③初沉時，沉井3下沉系數較大，重心高，穩定性差；出現波動，乃屬正常現象，但是當沉井3四個方向(東、南、西、北)高差值偏大時，就應該及時糾偏。糾偏的方法主要采用選擇挖土區域，一般由沉井3四角處不均勻對稱地挖土；利用不同的挖土深度，對沉井3頂標高大處多挖土，對頂標高小處少挖土，調整井內刃腳踏面的土反力分布狀況，使得沉井3改變傾斜狀態，逐步過渡到豎直方向下沉。

④當沉井3下沉偏差超限時，應及時向挖土人員發出指令，調整取土倉號或取土部位，但要控制好每倉之間的取土深度，一般取土底面高差不宜大于50cm～100cm。當測量報單四方向高差較好時，要控制好鍋底的深度，一般限制挖土鍋底深度不宜超過1m，以防止沉井3突然發生突沉事故，確實做到均挖、勤測、勤糾抓土均勻，控制好高差。

⑤初沉階段對沉井3下沉的阻力極大，多數來自井底刃腳踏面和底梁底面的土反力，并且伴隨著下沉量的增加，井外側向摩擦力增加。上述的土反力亦會相應減小，其合理的分布將變為踏面土反力不變或少變，底面的土反力則明顯減小。在施工中采用調整鍋底挖土的方式、形狀來改變上述土反力的分布狀況。

(2)第二次下沉施工

①第二次下沉施工時沉井3的深度已增大，如沉井3的各項技術指標良好，可增加沉井3鍋底深度，一般鍋底深度控制在1.2m左右，可加快挖土速度，減少土反力，從而降低下沉時的阻力，提高施工進度。

②若沉井3的四個方向控制點高差仍然很大，則按糾偏要求進行調整，使沉井3恢復正常的施工狀況。在第二次下沉施工的過程中，四方向控制點的高差大于30cm時，應立即進行糾偏，糾偏時倉與倉之間的高差以10cm左右為宜，不得過大，控制好外墻刃腳下的土體，如該處土體被破壞則極易差生涌土現象。

③沉井3下沉時，井內應對稱挖土，均勻下沉，井內土面高差不得大于1.0m。施工時應隨時觀測下沉情況，每6小時觀測一次四角高差，若發現傾斜，及時采取糾偏措施，嚴禁出現刃腳中部被局部擱置等現象。施工中作好沉井3下沉的記錄工作，畫出下沉的速度圖，為終沉施工提供可靠的數據依據。

④當沉井3的下沉到最后2m時即進入終沉階段。挖土鍋底形狀由“凹”面逐步過渡到“凸”形反鍋底，并且適當放慢取土速度和數量，嚴格按照均勻對稱的原則布置取土范圍，當沉井3四周控制點高差大于20mm時，應及時糾偏，糾偏方法以調整挖土深度為主，外刃腳土塞部分土體易涌進，不準沖挖。第二次下沉施工的臨近結束時的施工是沉井3的關鍵時刻，故一定要加強觀測，測量在最后階段應每次不超過1小時，提供一份測量報告，嚴格控制沉井3的下沉速率。

⑤一旦沉井刃腳踏面標高達到設計要求的標高，座落于刃腳加固土時，立即停止取土，用大石塊拋填刃腳，測量密切注意觀測，24小時內沉井3下沉不大于10mm。沉井3施工到位后，要求每4～6小時觀測一次四角方向高差。

結合上述描述，本實施例提供一種優選的沉井施工方法，具體包括以下步驟：

步驟一：至少制作沉井的一部分，并對所制作的沉井進行養護；

步驟二：待所制作的沉井達到預定的結構強度后，實施沉井的第一次下沉施工，并在沉井中遇到地下水時停止第一次下沉施工。

步驟三：井內土體回填，并澆筑砼墊層，為沉井的接高施工做準備；在沉井外部和沉井內部的砼墊層上搭建腳手架進行沉井的接高施工。在沉井的接高施工的同時在沉井周圍采用trd工法搭建止水幛幕，并且止水幛幕的深度大于沉井下沉的深度。

步驟四：在止水幛幕和沉井之間進行降水施工，這時沉井進行第二次下沉施工，直至沉井下沉到指定深度。

步驟五：對沉井進行封底以及沉井底板的施工。

綜上，本申請提供的沉井施工方法，在采用止水帷幕做保護的前提下進行降水下沉，有效的減小了沉井在降水下沉施工時對周邊環境的影響；另一方面，與不降水下沉相比，工期大大縮短，降低了工程成本。

上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，并非對本發明范圍的任何限定，本發明領域的普通技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬于權利要求書的保護范圍。