沉井施工方法及施工速度快

沉井是地下建筑工程施工中常用的一种方法，沉井的施工方法为: 先在地面上制作一个上无盖下无底的井筒状结构，该结构常用钢筋混凝土制成，然后在井筒内不断挖土，井筒借助于自重不断下沉，沉至设计标高，再进行沉井封底，形成地下建筑物。该方法广泛使用于矿井、通风道、水泵房、取水用集水井及桥墩等工程。近年来，更多用于地下油库、地下电厂盾构工作井及顶管工作井的建造。如图8.3.1所示。

沉井工作内容包括沉井的制作和沉井下沉两个主要部分。根据不同情况和条件 (如沉井高度、地基承载力、施工机械设备等)，沉井可以采用一次制作或分节制作; 也可以一次制作一次下沉，或制作与下沉交替进行。沉井最适于在弱透水的土层中下沉，因为此时可以用不排水下沉，速度快且方向易控制，遇到大的坚硬障碍物，也便于排除。

图8.3.1 沉井下沉示意图

1—挖土; 2—顶板; 3—井孔; 4—封底混凝土; 5—设计标高

8.3.1 沉井制作

1. 沉井的构造与基坑开挖

沉井一般为钢筋混凝土结构，其横断面形状为圆形或方形，纵断面形状大多为阶梯形。沉井结构是由刃脚、井筒、内隔墙等组成。刃脚在井筒的最下端形如刀刃，在沉井下沉时起切入土中的作用，因此要求刃脚具有一定的强度和刚度，刃脚一般由钢板、角钢做成或由型钢加固。井筒是沉井的外壁，在下沉过程中起挡土作用，同时还要有足够的重量克服筒壁与土壤之间的摩阻力和刃脚底部的土阻力，使沉井能在人工挖土或机械挖土的情况下，依靠本身的自重逐步下沉。内隔墙的作用是把沉井分成许多小间，减少井壁的净跨距以减小弯矩，施工时亦便于挖土和控制沉降与纠偏。如图8.3.2所示。

图8.3.2 沉井构造示意图

隔墙; 4—井孔; 5—凹槽; 6—射水管组; 7—封底混凝土; 8—顶板

沉井在地面制作时，是否开挖基坑，可以根据施工方法和土质情况而定。若土质情况不好，承载力较差; 表土有草根不利于水力机械挖土，或采用大型机械挖去部分土方较为有利时，均应考虑先开挖一定深度的基坑再制作沉井。若土质情况较好，承载力较大，可以考虑原地制作或进行浅基处理，浅基处理时，在沉井与刃脚底面接触范围内，进行原土夯实。采用砂垫层、砂石垫层，灰土垫层等处理，垫层厚度一般取30～50cm。然后在垫层上浇筑井筒混凝土。

若土质情况不好，地基承载力较差，在基坑挖好后，应在其上铺砂垫层，再沿井壁周边刃脚下铺设承垫木，其主要目的是为了将沉井的重量扩散到更大的面积上，避免沉井混凝土在浇筑后而尚未达到一定强度前，产生不均匀沉降而使沉井结构开裂。另外，砂垫层易于找平，便于铺设承垫木和抽除承垫木工作的进行。

砂垫层一般要选用级配较好的中、粗砂或砂夹卵石，铺设的厚度取决于沉井的重量及垫层底部地基的承载力，一般情况下砂垫层的总厚度不小于0.5m，不大于2m。铺设砂垫层时应分层洒水夯实。每层厚度以30～50cm为宜。

砂垫层密实度的质量标准用砂的干容重控制。对中砂可以取15kN/m3; 对于粗砂，则可以适当提高。对于较轻的沉井可以适当降低。砂垫层上的承垫木一般采用方木，长度为2.5m，截面尺寸为0.2m×0.2m。一般两根或四根排列为一组。两根一组时，组距约0.2m; 四根一组时则应大于O.35m。沿刃脚长向约每米长度用四根承垫木。

当沉井混凝土强度达到设计要求 (一般在设计强度的70%以上) 时，可以开始抽除承垫木。抽除承垫木应分区、对称、同步进行。每抽除一组承垫木，刃脚下即填筑砂或碎石，且随即夯实。

2. 沉井制作及防水处理

沉井制作包括支模、绑扎钢筋、浇筑混凝土及养护、拆模等。其施工方法和施工的顺序与一般钢筋混凝土结构基本相同。但因沉井结构的特殊性，沉井结构的井壁和底板，应采用防水混凝土制作。沉井的施工应符合下列规定:

①制作沉井时可以分节制作，逐步下沉或一次下沉。分层的高度与沉井自身的稳定性、结构的重量 (以保证足够的下沉系数)、施工的方便性等因素有关。若考虑分节制作一次下沉则必须根据地基允许承载力进行验算，其最大浇筑高度可以视沉井平面尺寸而定，但一般不宜超过12m。

②浇筑沉井混凝土时，应分层对称均匀浇筑，振捣密实，每层浇筑厚度30cm，振捣时在每一段交接处应延伸至另一段50cm处。

③在垫层或砖胎上第一节沉井的浇筑高度宜为1.5～2.0m，且在强度达70%后，方可浇筑第二节沉井。

④浇筑井壁混凝土时，应停止挖土下沉，以保证施工安全，同时前一段下沉的沉井应在地面上预留0.5～1.0m高度，以便于操作。

⑤沉井井壁分节时，接缝做法同防水混凝土施工缝，且应在井壁迎水面接缝处设置附加防水层; 连续沉井之间的接缝，应设置止水带和密封材料填嵌。

⑥固定模板用的螺栓穿过井壁时，必须采取止水措施。

8.3.2 沉井的下沉

井筒的混凝土强度达到设计强度70%时沉井开始下沉。沉井下沉分排水下沉和不排水下沉。

1. 沉井排水下沉

当土质透水性很低或漏水量不大的较稳定土层，其涌水量每立方米沉井面积不超过1m3/h时，排水不会产生流砂，可以采用排水下沉。排水下沉施工简单，易保证工程质量，应尽量优先采用。

排水下沉直接采用水泵或人工降低地下水位方法，将井筒内的地下水排除，然后人工进行挖土，再配以小型机具 (台灵架、少先吊及手推车) 进行运土。

当沉井较大，为提高施工效率，可以采用抓斗挖土机挖土，配以汽车进行运土。但采用抓斗挖土机挖土，沉井周围应有较好路基，否则易发生塌方。用抓斗挖土机挖土，隔墙或井壁周围处不宜挖掘，还要人工进行修整。

采用水枪冲泥和水力吸泥机排泥方法，具有施工速度快、机械化程度高的特点，在大型沉井施工中应用较多，特别是靠近江、河、海岸边的沉井，因其水源近、排泥方便，应用更多。该方法对排水下沉或不排水下沉均适用，但采用不排水下沉时，有时需潜水员配合工作。采用水枪冲泥和水力吸泥机排泥方法如图8.3.3所示。(www.xing528.com)

图8.3.3 水力机械挖土示意图

2. 沉井不排水下沉

当沉井需穿过较厚的，且含水量较大的 (W＞30%～40%) 砂土或粉砂层时，采用排水下沉，容易产生流砂现象，这时宜采用不排水下沉。

采用不排水下沉，为避免流砂现象，井内水位必须高出井外水位1～2m，以防止流砂涌入井内。不排水下沉，土方也可以由抓斗挖土机挖土。抓斗挖土机将中间土挖成锅底形时，沉井在自重作用下会自动切土，沉井逐渐下沉。

若采用高压水枪冲土，为使井筒下沉均匀，高压水枪宜沿井壁四周均匀布置，每个水枪均应设置阀门，以便沉井下沉不均匀时，进行调整。水枪布置图如图8.3.4所示。

图8.3.4 水枪布置图

1—井筒; 2—水管; 3—水枪; 4—胶管; 5—泵站

水枪直径一般为63～100mm，喷嘴直径为10～12mm。高压水枪压力随土的性质而定，如表8.1.1所示。

表8.1.1 高压水枪压力与土质的关系

沉井下沉时，每次不宜超过50cm即进行清土校正，然后继续进行。沉井下沉至距离设计标高50cm时，应放慢下沉速度。当采用排水法施工时，若条件许可，可以在设计标高刃脚处放置混凝土块，使沉井最后落实到混凝土块上。当采用不排水法施工时，可以向井内适当注水，增加水对沉井的浮力，避免下沉过快和超沉。

沉井下沉完毕还会下沉一定深度，为保证符合结构使用要求，一般下沉深度应有3～5cm至5～10cm的预留量。

8.3.3 沉井封底

沉井封底是一项重要工序，用沉井施工法施工的建筑物，必须做好沉井封底工作，保证不渗不漏。沉井封底分为平封底和湿封底两种。

采用排水下沉的沉井、其基底处于不透水的粘土层中或基底虽有涌水、翻砂、但数量不大时，尽量采用平封底，平封底能保证混凝土的浇筑质量，而且节约材料。

采用平封底时，为便于施工应将地下水位降到低于底平面500mm以下，且对基础进行处理。处理方法是: 当沉井沉到设计标高且基本稳定后 (表现在8h内下沉量不大于10mm)，用煤渣将超挖部分填充夯实。刃脚四周填以毛石，有时尚须铺设10～30cm厚的砂垫层，然后再用素混凝土封底。如图8.3.5所示。

图8.3.5 沉井基础处理、封底示意图

用素混凝土封底前，应将井壁与底板连接部分凿毛并清洗干净，再将井底和残渣除净。浇筑素混凝土时，应采取分格、对称、均匀浇筑的方法，先沿刃脚四周浇筑，再逐步向锅底中心推移。浇筑时为保证混凝土浇筑质量，应分层浇筑并振捣密实，分层厚度以30～50cm为宜。

若在含水地层，井底应铺设40～50cm厚的碎石和细石作为倒滤层，其中碎石和细石部分应夯实，且在井底部设置2～3个集水井不断抽水。抽水作业需待封底混凝土强度达到设计要求后方可停止，再将集水井封堵。

封堵集水井时，先将集水井内的水抽干，在套管内迅速用微膨胀混凝土堵塞，然后用带胶圈法兰盖严，且用螺栓拧紧，或用钢盖板封焊，最后在盖板上浇筑混凝土抹平。如图8.3.6所示。

图8.3.6 沉井封底排水构造示意图

5～75mm的砾石; 3—积水井，带孔钢管; 4—封底混凝土; 5—防水层底板; 7—φ300×4mm滤水钢管，带法兰、垫圈、螺栓

封底混凝土达到设计强度后，铺设油毡防水层，浇筑底板钢筋混凝土。

采用不排水下沉的沉井，封底一般采用湿封底。封底前应将浮泥清除干净且铺碎石垫层，然后采用导管法进行水下浇筑混凝土。

导管法水下浇筑混凝土，导口下口距基底保持140cm为宜。导管直径一般为250～300mm (至少为最大骨料的8倍)，每节长3m，用法兰密封连接，顶部有漏斗。导管使用前一定要进行水密、拔力试验，保证使用时不漏不裂。

混凝土浇筑前，导管下口先用木球塞住隔水，然后向导管内浇筑一定数量的混凝土，浇筑数量应通过计算确定，以使混凝土在自重作用下能迅速排出木球进入水中，且将导管底部包围。

混凝土浇筑过程中要连续供料，多根导管同时浇筑时，混凝土面应匀速上升，上升速度应不小于0.25m/h; 随着混凝土面的不断上升，要及时起拔导管。导管埋入混凝土中的深度不宜小于1m，也不宜大于3m。埋得太浅，新浇混凝土容易冲破面层混凝土而与泥浆掺混形成泥浆夹层，埋得太深，出料困难，起拔导管也困难。

水下封底混凝土应在沉井全部底面积上连续浇筑，浇筑间歇时间应不超过30min，混凝土的水泥用量宜为350～400kg/m3，砂率为45%～50%，砂宜用中粗砂，水灰比不宜大于0.6，骨料粒径以5～40mm为宜。为节约水泥，提高混凝土的和易性和扩散性，可以掺适量木钙减水剂，使混凝土能依靠重力和流态达到密实。

水下混凝土达到设计强度后，方可从井内抽水，抽水后应检查封底混凝土质量。浇筑钢筋混凝土底板前，应进行止水或导水，并凿去表层浮浆。