沉井工程施工(「施工技术」基坑工程→沉井施工，值得您学习和收藏)

Posted 2023-05-31

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沉井工程施工(「施工技术」基坑工程→沉井施工，值得您学习和收藏)

1.1原理和特点

沉井是修筑地下结构和深基础的一种结构形式。施工时先在地面或基坑内制作一个井筒状的钢筋混凝土结构物，待其达到规定强度后，在井身内部分层挖土运出，随着挖土和土面的降低，沉井井身在其自重及上部荷载或在其他措施协助下克服与土壁间的摩阻力和刃脚反力，不断下沉，直至设计标高就位，然后进行封底。

沉井施工工艺具有如下特点：沉井结构整体刚度大，整体性好，抗震性好；沉井施工法工艺成熟，与其他地下施工相比更优越；沉井施工地质适用范围广，对周围环境影响小，适用于对土体变形敏感的地区；沉井结构本身兼做围护结构，不需另加设支撑和防水措施。沉井由井壁、刃脚、内隔墙、井孔凹槽、底板、顶盖等组成。井壁是井体的主要受力部位，必须具备一定的强度以承受井壁周围的水、土压力。刃脚的作用是切土下沉，故必须有足够的强度, 以免破损。其构造如图1所示。

图1：刃脚构造示意图

内墙为井内纵横设置的内隔墙，井壁与内墙, 或者内墙和内墙间所夹的空间即为井孔。凹槽位于刃脚内侧上方，目的在于更好地将井壁与底板混凝土连接。通常底板为两层浇筑的混凝土，下层为素混凝土，上层为钢筋混凝土。顶盖即为沉井封底后根据实际需要，井体顶端设置的板，通常为钢筋混凝土或钢结构。

1. 2 沉井类型

按沉井的横截面形状可分为：圆形、方形、矩形、椭圆形、端圆形、多边形及多孔井

字形等，如图2所示。

图2：沉井平面图

（a）圆形单孔沉井；（b）方形单孔沉井；（c）矩形单孔沉井；

（d）矩形双孔沉井；（e）椭圆形双孔沉井；（f）矩形多孔沉井

沉井按竖向剖面形状分：有圆柱形、阶梯形及锥形等，如图3所示

图3：沉井剖面图

（a）圆柱形；（b）外壁单阶梯形；

（c）外壁多阶梯形；（d）内壁多阶梯形

按构成材料：可分为素混凝土沉井、钢筋混凝土沉井及钢沉井。

1.3 沉井施工技术

1.沉井施工的准备工作

应对施工场地进行勘察，查清和排除地面及以下3m内障碍物，提供土层变化、地下水位、地下障碍物及有无承压水等情况，对各土层要提供详细的物理力学指标。应编制技术上先进、经济上合理的切实可行的施工方案，在方案中要重点解决沉井制作、下沉、封底等技术措施及保证质量的技术措施。事先要设置测量控制网和水准基点，作为定位放线、沉井制作和下沉的依据。

2.沉井刃脚垫层

在松软地基上制作沉井应对地基进行处理，以防由于地基不均匀下沉引起井身开裂。处理方法一般采用砂垫层和垫木。

3.沉井制作

（1）沉井制作方式

沉井的制作有一次制作和多节制作，地面制作及基坑制作等方案，如沉井高度不大时宜采用一次制作，可减少接高作业，加快施工进度；高度较大时可分节制作，但尽量减少分节节数。沉井制作可在修建构筑物的地面上进行，亦可在基坑中进行，如在水中施工还可在人工筑岛上进行。应用较多的是在基坑中制作。

采取在基坑中制作，基坑应比沉井宽2〜3m,四周设排水沟、集水井，使地下水位降至比基坑底面低0. 5m,挖出的土方在周围筑堤挡水，要求护堤宽不少于2m,如图4 所示。

图4：制作沉井的基坑图

沉井过高，常常不够稳定，下沉时易倾斜，一般高度大于12m时，宜分节制作；在沉井下沉过程中或在井筒下沉各个阶段间歇时间，继续加高井筒。

（2）刃脚的支设

沉井下部为刃脚，其支设方式取决于沉井重量、施工荷载和地基承载力。常用的方法有垫架法、砖砌垫座和土底模等。在软弱地基上浇筑较重的沉井，常用垫架法。沉井较小，直径或边长不超过8m且土质较好时可采用砖砌垫座。在土质较好时，重量轻的小型沉井，甚至可用土底模。

（3）模板支设

沉井模板与一般现浇混凝土结构的模板基本上相同，应具有足够的强度、刚度、整体稳定性和缝隙严密不漏浆。井壁模板采用钢组合式定型模板或木定型模板组装而成。采用木模时，外模朝混凝土的一面应刨光，内外模均采取竖向分节支设，每节高1.5〜2.0m, 用如2〜16mm对拉螺栓拉槽钢圈固定，如图5所示。有抗渗要求的，在螺栓中间设止水板。第一节沉井筒壁应按设计尺寸周边加大10〜15mm,第二节相应缩小一些，以减少下沉摩阻力。对高度大的大型沉井，亦可采用滑模方法制作。用滑动模板浇筑混凝土,可不必搭设脚手架，也可避免在高空进行模板安装及拆除工作。

图5：沉井井壁钢模板支设

（4）钢筋绑扎

沉井钢筋可用吊车垂直吊装就位，用人工绑扎，或在沉井附近预先绑扎钢筋骨架或网片，用吊车进行大块安装。竖筋可一次绑好，按井壁竖向钢筋的50%接头配置。水平筋分段绑扎。在分不清是受拉区或受压区时，应按照受拉区的规定留出钢筋的搭接长度。与前一节井壁连接处伸出的插筋采用焊接连接方法，接头错开1/4。沉井内隔墙可采取与井壁同时浇筑或在井壁与内隔墙连接部位预留插筋，下沉完后，再施工隔墙。

（5）混凝土浇筑和养护

沉井混凝土浇筑，可根据沉井高度及下沉工艺的要求采用不同方法浇筑。高度在10m以内的沉井可一次浇筑完成，浇筑混凝土时应分层对称地进行施工，且应在混凝土初凝时间内浇筑完一层，避免出现冷缝。沉井拆模时对混凝土强度有一定要求，当达到设计强度的25%以上时，可拆除不承受混凝土重量的侧模；当达到设计强度的70%或设计强度的 90%以上时，可拆除刃脚斜面的支撑及模板。分节浇筑时，第一节混凝土的浇筑与单节式混凝土的浇筑相同，第一节混凝土强度达到设计强度的70%以上，可浇筑第二节沉井的混凝土，混凝土接触面处须进行凿毛、吹洗等处理。

混凝土浇筑完毕后12h内对混凝土表面覆盖和浇水养护，井壁侧模拆除后应悬挂草袋并浇水养护，每天浇水次数应能保持混凝土处于湿润状态。浇水养护时间，当混凝土采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥时不得少于7d,当混凝土内掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求时不得少于14d。

4.沉井下沉

沉井下沉按其制作与下沉的顺序，有三种形式：①一次制作，一次下沉。一般中小型沉井，高度不大，地基很好或者经过人工加固后获得较大的地基承载力时，最好采用一次制作，一次下沉方式；②分节制作，多次下沉。将井墙沿高度分成几段，每段为一节，制作一节，下沉一节，循环进行；③分节制作，一次下沉。这种方式的优点是脚手架和模板可连续使用，下沉设备一次安装，有利于滑模。沉井下沉应具有一定的强度，第一节混凝土或砌体砂浆应达到设计强度的100%,其上各节达到70%以后，方可开始下沉。

（1）凿除混凝土垫层

沉井下沉之前，应先凿除素混凝土垫层，使沉井刃脚均匀地落入土层中，凿除混凝土垫层时，应分区域对称按顺序凿除。凿断线应与刃脚底板齐平，凿断之后的碎渣应及时清除，空隙处应立即采用砂或砂石回填，回填时采用分层洒水夯实，每层20〜30cm。

（2）下沉方法选择

沉井下沉有排水下沉和不排水下沉两种方法。前者适用于渗水量不大（每平方米渗水不大于1m³/min）,稳定的黏性土或在砂砾层中渗水量虽很大，但排水并不困难时使用；后者适用于流砂严重的地层和渗水量大的砂砾地层，以及地下水无法排除或大量排水会影响附近建筑物的安全的情况。

1）排水下沉挖土方法

①普通土层。从沉井中间开始逐渐挖向四周，每层挖土厚0. 4-0. 5m,在刃脚处留1 〜1.5m的台阶，然后沿沉井壁每2〜3m 一段向刃脚方向逐层全面、对称、均匀开挖土层，每次挖去5〜10cm,当土层经不住刃脚的挤压而破裂，沉井便在自重作用下均匀地破土下沉，如图6 (a)所示。当沉井下沉很少或不下沉时，可再从中间向下挖0.4~ 0. 5m,并继续按图6 (a)向四周均匀掏挖，使沉井平稳下沉。

②砂夹卵石或硬土层。可按图6 (a)所示方法挖土，当土珑挖至刃脚，沉井仍不下沉或下沉不平稳，则须按平面布置分段的次序逐段对称地将刃脚下挖空，并挖出刃脚外壁约10cm,每段挖完用小卵石填塞夯实，待全部挖空回填后，再分层去掉回填的小卵石，可使沉井均匀减少承压面而平衡下沉，如图6 (b)所示。

③岩层。风化或软质岩层可用风镐或风铲等按图6 (a)的次序开挖。较硬的岩层可按图6 (c)所示的顺序进行，在刃口打炮孔，进行松动爆破，炮孔深1.3m,以 1X1m梅花形交错排列，使炮孔伸出刃脚口外15〜30cm,以便开挖宽度可超出刃口 5〜 10cm。下沉时，顺刃脚分段顺序，每次挖lm宽即进行回填，如此逐段进行，至全部回填后，.再去除土堆，使沉井平稳下沉。

图6沉井下沉挖土方法

(a)普通挖土； (b)砂夹卵石或硬土层；(c)岩石放炮

2）不排水下沉挖土方法

①抓斗挖土。用吊车吊住抓斗挖掘井底中央部分的土，使沉井底形成锅底。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。在黏质土或紧密土中，刃脚下的土不易向中央坍落，则应配以射水管松土，如图7所示。

图7：水枪冲土、抓斗在水中抓土

②水力机械冲土。使用高压水泵将高压水流通过进水管分别送进沉井内的高压水枪和水力吸泥机，利用高压水枪射出高压水流冲刷土层，使其形成一定稠度的泥浆，汇流至集泥坑，然后用水力吸泥机(或空气吸泥机)将泥浆吸出，从排泥管排出井外, 如图8所示。

图8：用水力吸泥机水中冲土

3）沉井的辅助下沉方法

①射水下沉法

用预先安设在沉井外壁的水枪，借助高压水冲刷土层，使沉井下沉。射水所需水压在砂土中，冲刷深度在8m以下时，需要0.4〜0.6MPa；在砂砾石层中，冲刷深度在10〜 12m以下时，需要0. 6〜1. 2MPa；在砂卵石层中，冲刷深度在10〜12m时，需要8〜 20MPa。冲刷管的岀水口口径为10〜12mm,每一管的喷水量不得小于0. 2m3/s,如图9所示。

图9：沉井预埋冲刷管组

②触变泥浆护壁下沉法

沉井外壁制成宽度为10〜20cm的台阶作为泥浆槽。泥浆是用泥浆泵、砂浆泵或气压罐通过预埋在井壁体内或设在井内的垂直压浆管压入，如图10所示，使外井壁泥浆槽内充满触变泥浆，其液面接近于自然地面。

图10：触变泥浆护壁下沉方法

③抽水下沉法

不排水下沉的沉井，抽水降低井内水位，减少浮力，可使沉井下沉。

④井外挖土下沉法

若上层土中有砂砾或卵石层，井外挖土下沉就很有效。

⑤压重下沉法

可利用灌水、铁块，或用草袋装砂土以及接高混凝土筒壁等加压配重，使沉井下沉。

⑥炮震下沉法

当沉井内的土已经挖出掏空而沉井不下沉时，可在井中央的泥土面上放药起爆，一般用药量为0. 1〜0. 2kg。同一沉井，同一地层不宜多于4次。

（3）降水措施

基坑底部四周应挖出一定坡度的排水沟与基坑四周的集水井相通。集水井比排水沟低 500mm以上，将汇集的地面水和地下水及时用潜水泵、离心泵等抽除。基坑中应防止雨水积聚，保持排水通畅。基坑面积较小，坑底为渗透系数较大的砂质含水土层时可布置土井降水。土井一般布置在基坑周围，其间距根据土质而定。一般用800-900mm直径的渗水混凝土管，四周布置外大内小的孔眼，孔眼一般直径为40mm,用木塞塞住，混凝土管下沉就位后由内向外敲去木塞，用旧麻袋布填塞。在井内填150〜200mm厚的石料和100~150mm厚的砾石砂,使抽吸时细砂不被带走。

1）明沟集水井排水

在沉井周围距离其刃脚2〜 3m处挖一圈排水明沟，设置3 〜4个集水井，深度比地下水深 1〜1.5m,在井内或井壁上设水泵，将水抽出井外排走。为了不影响井内挖土操作和避免经常搬动水泵，釆取在井壁上预埋铁件，焊接钢结构操作平台安设水泵，或设木吊架安设水泵，用草垫或橡皮承垫，避免震动，如图11所示，水泵抽吸高度控制在不大于5m。

图11明沟直接排水法

（a）钢支架上设水泵排水：（b）吊架上设水泵排水

2）井点排水

在沉井周围设置轻型井点、电渗井点或喷射井点以降低地下水位，如图12所示。

图12：井点系统降水

3）井点与明沟排水相结合的方法

在沉井上部周围设置井点降水，下部挖明沟集水井设泵排水，如图13所示。

图13：井点与明沟相结合的方法

（4）空气幕措施

沉井下沉深度越深，其侧壁摩阻力越大,采用空气幕措施可减少井壁与土层之间的摩阻力，使沉井顺利下沉到设计标高。该法是在沉井井壁内预设一定数量的管路，管路上预留小孔，之后向管内压入一定压力的压缩空气，通过小孔内向沉井井壁外喷射，形成一层空气帷幕，从而降低井壁与土层之间的摩阻力。

5.沉井封底

当沉井下沉到距设计标高0.1m时，应停止井内挖土和抽水，使其靠自重下沉至设计或接近设计标高，再经2〜3d下沉稳定，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，沉井下沉已经稳定时，即可进行沉井封底。封底方法有排水封底和不排水封底两种，宜尽可能采用排水封底。

（1）排水封底时的干封底

该方法是将新老混凝土接触面冲刷干净或打毛，对井底进行修整，使之成锅底形，由刃脚向中心挖成放射形排水沟，填以卵石做成滤水暗沟，在中部设2〜3个集水井，深1 〜2m,井间用盲沟相互连通，插入∅0〜800mm四周带孔眼的钢管或混凝土管，管周填以卵石，使井底的水流汇集在井中，用潜水泵排出，如图14所示。

图14:沉井封底构造

浇筑封底混凝土前应将基底清理干净。清理基底要求将基底土层作成锅底坑，便于封底，各处清底深度均应满足设计要求。在不扰动刃脚下面土层的前提下，清理基底土层可采用人工清理、射水清理、吸泥或抓泥清理。清理基底风化岩可用高压射水、风动凿岩工具，以及小型爆破等办法，配合吸泥机清除。

封底一般先浇一层0. 5 — 1. 5m的素混凝土垫层，达到50%设计强度后，绑扎钢筋，两端伸入刃脚或凹槽内，浇筑上层底板混凝土。浇筑应在整个沉井面层上分层，同时不间断地进行，由四周向中央推进，每层厚300〜500mm,并用振捣器捣实。当井内有隔墙时，应前后左右对称地逐孔浇筑。混凝土采用自然养护，养护期间应继续抽水。待底板混凝土强度达到70%后，对集水井逐个停止抽水，逐个封堵。封堵方法是，将滤水井中的水抽干，在套筒内迅速用干硬性的高强度等级混凝土进行堵塞并捣实，然后上法兰盘盖, 用螺栓拧紧或焊牢，上部再用混凝土填实捣平。

（2）不排水封底时的水下封底

不排水封底即在水下进行封底。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浇筑。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，按排水封底法施工上部钢筋混凝土底板。

导管法浇筑可在沉井各仓内放入直径为200〜400mm的导管，管底距离坑底约300~ 500mm,导管搁置在上部支架上，在导管顶部设置漏斗，漏斗颈部安放一个隔水栓，并用铅丝系牢。水下封底的混凝土应具有较大的坍落度，浇筑时将混凝土装满漏斗，随后将其与隔水栓一起下放一段距离，但不能超过导管下口，割断铅丝之后不断向漏斗内浇筑混凝土，混凝土由于重力作用源源不断由导管底向外流动，导管下端被埋入混凝土并与水隔绝，避免了水下浇筑混凝土时冷缝的产生，保证了混凝土的质量。

（3）浇筑钢筋混凝土底板

在沉井浇筑钢筋混凝土底板前，应将井壁凹槽新老混凝土接触面凿毛，并洗刷干净。

1）干封底时底板浇筑方法

当沉井采用干封底时，为保证钢筋混凝土底板不受破坏，在浇筑混凝土过程中应防止沉井产生不均匀下沉。特别是在软土中施工，如沉井自重较大，可能发生继续下沉时，宜分格对称地进行封底工作。在钢筋混凝土底板尚未达到设计强度之前，应从井内底板以下的集水井中不间断地进行抽水。抽水时钢筋混凝土底板上预留孔，如图15所示。待沉井钢筋混凝土底板达到设计强度，停止抽水后，集水井用素混凝土填满。集水井的上口标高应比钢筋混凝土底板顶面标高低200〜300mm,待集水井封口完毕后用混凝土找平。

图15：封底时底板的集水井

2）水下封底时底板浇筑方法

当沉井采用水下混凝土封底时，从浇筑完最后一格混凝土至井内开始抽水的时间，须视水下混凝土的强度（配合比、水泥品种、井内水温等均有影响），并根据沉井结构（底板跨度、支承情况）、底板荷载（地基反力、水压力），以及混凝土的抗裂计算决定。但为了缩短施工工期，一般约在混凝土达到设计强度的70 %后开始抽水。

1. 4沉井施工质量的控制措施

沉井井位偏差及纠偏

沉井井位倾斜偏转的原因：人工筑岛被水流冲坏，或沉井一侧的土被水流冲空；沉井刃脚下土层软硬不均匀；没有对称地抽除承垫木，或没有及时回填夯实；没有均匀除土下沉，使井孔内土面高低相差很多；刃脚下掏空过多，沉井突然下沉，易于产生倾斜；刃脚一角或一侧被障碍物搁住，没有及时发现和处理；由于井外弃土或其他原因造成对沉井井壁的偏压；排水下沉时，井内产生大量流砂等。

根据沉井产生倾斜偏转的原因，可以用下述的一种或几种方法来进行纠偏。

（1）偏除土纠偏：如系排水下沉，可在沉井刃脚高的一侧进行人工或机械除土，如图 16所示。如系不排水下沉的沉井，一般可靠近刃脚高的一侧吸泥或抓土，必要时可由潜水员在刃脚下除土。

图16：偏除土纠偏

（2）井外射水、井内偏除土纠偏：当沉井下沉深度较大时，若纠正沉井的偏斜，关键在于降低土层的被动土压力，如图17所示。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。

图17井外射水纠偏

（3）增加偏土压或偏心压重纠偏：在沉井倾斜低的一侧回填砂或土，并进行夯实，使低的一侧产生土偏的作用。如在沉井高的一侧压重，最好使用钢锭或生铁块，如图18 所示。

图18：偏心压重纠偏

（4）沉井位置扭转纠正：沉井位置如发生扭转，如图19所示。可在沉井的A、C 二角偏除土，B、D二角偏填土，借助刃脚下不相等的土压力所形成的扭矩，使沉井在下沉过程中逐步纠正其位置。

图19：平面扭转纠偏

2.井内流砂及处理措施

沉井井内岀现流砂的原因是由于井内锅底开挖过深，井外松散土涌入井内；井内表面排水后，井外地下水动水压力把土压入井内；爆破处理障碍物，井外土受振进入井内；挖土深超过地下水位0. 5m以上。

一般釆用排水法下沉，水头宜控制在1.5〜2.0m；挖土避免在刃脚下掏挖，以防流砂大量涌入，中间挖土也不宜挖成锅底形；穿过流砂层应快速，最好加荷，如抛大块石增加土的压重，使沉井刃脚切入土层；采用深井或井点降低地下水位，防止井内流淤；深井宜安置在井外，井点则可设置在井外或井内；采用不排水法下沉沉井，保持井内水位高于井外水位，以避免流砂涌入。

3.沉井突沉的预防措施

可适当加大下沉系数，可沿并壁注一定的水，减少与井壁摩阻力；控制挖土，锅底不要挖太深；刃脚下避免掏空过多；在沉井梁中设置一定数量的支撑，以承受一部分土反力。

4.沉井终沉时的超沉预防措施

沉井至设计标高，应加强观测；在井壁底梁交接处设置承台（砌砖），在其上面铺方木，使梁底压在方木上，以防过大下沉；沉井下沉至距设计标高0.1m时，停止挖土和井内抽水，使其完全靠自重下沉至设计标高或接近设计标高；避免涌砂发生。

5.沉井下沉对周边环境的保护措施

按沉井施工特点进行工程地质与水文勘探，为制定安全合理的施工方法提供必需的地质资料。通过现场水文地质勘探，查清各层土的渗透系数和各层土间的相互水力联系、承压水压力，特别查清有无通向附近暗浜、河道和大体积水源的通道。大型沉井在建筑物和地下管线附近施工时，利用监控指导施工是十分必要的，依靠监控和数据的不断反馈可避免盲目施工、冒险施工，有利于对周边环境的保护。应查明周边环境条件，按保护周边环境的要求，确定井周地面沉降的控制要求和相应的施工方案。

1. 5质量控制

沉井制作时的质量控制如表1所示。

沉井制作时的质量控制表1

项	序	检查项目		允许偏差或允许值
				单位	数值
主控项目	1	混凝土强度		满足设计要求（下沉前必须达到70%设计强度）
	2	封底前，沉井（箱）的下沉稳定		mm/8h	<10
	3	封底结束后的位置：刃脚平均标高（与设计标高比）刃脚平面中心线位置四角中任何两角的底面高差		mm	<100 <1%H〈H为下沉总深度） <1%L （L为两角的距离）
一般项目	1	钢材、对接钢筋、水泥、骨料等原材料检查		符合设计要求
	2	结构体外观		无裂缝，无风窝、空洞，不露筋
	3	平面尺寸：长与宽曲线部分半径两对角线差预埋件		% % % mm	±0.5,且不得大于100 ±0.5,且不得大于50。 1.0 20
	4	沉井井壁厚度		mm	+ 15
	5	井壁、隔墙垂直度		%	1
	6	下沉过程中的偏差	高差	%	1.5 〜2.0
			平面轴线		<1.5%H （H为下沉深度）
	7	封底混凝土坍落度		cm	18 〜22

沉井下沉结束，刃脚平均标高与设计标高的偏差不得超过100mm；沉井水平位移不得超过下沉总深度的1%,当下沉总深度小于10m时，其水平位移不得超过100mm。矩形沉降刃脚底面四角（圆形沉井为相互垂直两直径与圆周的交点）中的任何两角的高差，不得超过该两角间水平距离的1%,且最大不得超过300mm。如两角间水平距离小于10m,其刃脚底面高差允许为100mm。