簡介： 大沉井用于水閘下游海漫防沖，保護(hù)海漫下游端不被下泄洪水和潮水沖刷破壞，起到了良好的效果。文中介紹了13m高防沖大沉井的制作、下沉和沉放過程中的施工控制技術(shù)。
關(guān)鍵字：大沉井 制作 下沉 控制

沉井一般常用于橋梁墩（臺）深基礎(chǔ)，可以承載較大的負(fù)荷。沉井用于水閘工程的下游防沖已在較多水閘中取得成功經(jīng)驗(yàn)。在海漫和防沖槽之間設(shè)置鋼筋砼防沖大沉井，起“鎖墻”作用，保護(hù)海漫下游端不被下泄洪水和潮水沖刷破壞。

　　1 工程概況

　　1.1工程特點(diǎn)

　　曹娥江大閘樞紐工程位于紹興市，錢塘江下游右岸主要支流曹娥江河口，距紹興市區(qū)約30公里，為Ⅰ等工程，主要建筑物擋潮泄洪閘、堵壩、岸墻、翼墻為Ⅰ級建筑物；次要建筑物上游導(dǎo)流堤等為3級建筑物；臨時建筑物施工圍堰等為4級建筑物。大閘樞紐主要由擋潮泄洪閘、堵壩、導(dǎo)流堤、魚道、上游河道護(hù)腳、上下游堤防加高加固以及2號閘老圍堰處理等建筑物組成。在灌砌石海漫下游端設(shè)防沖大沉井，

　　防沖大沉井總長685m，共計(jì)55只。由于沉井下沉過程中不可避免有傾斜現(xiàn)象，根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，在相鄰井間預(yù)留0.9m的寬縫，在預(yù)留縫的上下游兩端采用高壓旋噴樁進(jìn)行縫堵，高壓旋噴樁深15m，樁徑不小于1.5m。單個防沖大沉井，順?biāo)�流向長8m，垂直水流向長12m，深13m，外壁厚0.7m，中間設(shè)分隔墻厚0.4m，頂板厚0.8m，下端開口，中間為空箱，刃腳底面寬度0.3m。沉井沉放完畢后，在空箱內(nèi)回填砂質(zhì)粉土。設(shè)計(jì)沉井底標(biāo)高為-15.5m，頂標(biāo)高為-2.5m。

　　1.2工程地質(zhì)

　　沉井場址在勘探深度內(nèi)土層出露較簡單，分布較均勻。自上而下分述如下：

　　①砂質(zhì)粉土（al-mQ4）組成，頂板標(biāo)高-17.2~-1.31米；

　�、谟倌噘|(zhì)粘土粉土夾層（al-mQ4），頂板標(biāo)高-19.2~-12.31米；

　�、塾倌噘|(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土（al-mQ4），頂板標(biāo)高-24.4~-21.4米；

　�、芊圪|(zhì)砂土、粉土互層（al-mQ4），頂板標(biāo)高-44.9~-33.1米；

　�、莘凵埃╝l-mQ3）等組成，頂板標(biāo)高-60.8~-50.22米。

　　地基土砂性強(qiáng)，抗剪抗壓性能良好，砂性土抗沖能力差，易受水的影響。

　　施工區(qū)域內(nèi)建設(shè)單位已建有施工圍堰，堰高平均高程約為10m，圍堰區(qū)內(nèi)場地比較平坦，場地標(biāo)高為-2~-2.5m。

　　2 沉井下沉方案的確定

　　2.1 沉井制作

　　沉井制作采用就地澆筑的方式，每只沉井分二節(jié)制作，一次下沉。第一節(jié)制作高度 8.5m，分三次澆筑砼，即1.0m、3.7m、3.8m。為方便施工第一次沉井制作時的地面標(biāo)高（刃腳位置）為-7.0m。第一節(jié)制作的沉井下沉到▽-15.5m，然后再進(jìn)行上部的接高，進(jìn)行第二節(jié)3.9m的制作。

　　2.2 下沉方案

　　2.2.1 沉井群劃分

　　根據(jù)本工程的施工特點(diǎn)及現(xiàn)場實(shí)際情況，具體施工按以下原則進(jìn)行組織：

　　將共55只沉井分為7組，每組又分為兩個小組，除3-2為3只外，其余每小組均為4只，分組順序編號見下圖。每組沉井進(jìn)行編號，按第1組→第2組→第3組→…→第7組的順序進(jìn)行施工，具體從東到西，即從0-5.8樁號開始進(jìn)行第1組編號，實(shí)行連續(xù)流水作業(yè)。

　　大沉井分組順序編號圖

　　2.2.2 資源配置

　　每組沉井群計(jì)劃設(shè)置兩個鋼筋模板作業(yè)班組，一個砼澆筑作業(yè)班組，進(jìn)行三班制流水作業(yè)。在每只沉井具備澆筑條件后即進(jìn)行砼澆筑，沉放時，同時沉放一個小組的四只沉井，時間大概為兩天，待沉放穩(wěn)定后，再同時沉放另一小組的四只沉井。資源均按此進(jìn)行配置。

　　2.2.3 沉井下沉方法

　　本次沉井群采用排水下沉和不排水下沉相結(jié)合的方法。我們考慮先采用排水下沉，最后視具體情況采用排水或不排水下沉。預(yù)計(jì)不排水下沉深度2～3m。

　　沉井采用水力沖土，泥漿泵排土。

　　同組的每小組四只沉井同時進(jìn)行下沉。由于沉井群井間距僅90cm，每個沉井下沉?xí)r相互間存在一定的影響，為了避免下沉過程相互干擾， 4只（最后一小組為3只沉井）沉井下沉?xí)r基本同步，相鄰間沉井下沉?xí)r高差按不超過1.0m進(jìn)行控制。

　　具體的施工順序?yàn)椋菏┕��?zhǔn)備→打設(shè)第一級井點(diǎn)→挖基坑→打設(shè)第二級井點(diǎn)→制作第一節(jié)沉井→拆除模板、挖土下沉→部分回填土→第二級井點(diǎn)拆除→沉井接高→回填土→頂板施工→旋噴施工→工程完工清場

　　3 下沉穩(wěn)定性計(jì)算

　　計(jì)算沉井的下沉穩(wěn)定系數(shù)（按制高8.5m，下沉8.3m，且排水下沉進(jìn)行計(jì)算）

　　3.1 計(jì)算沉井側(cè)面摩阻力的下沉系數(shù)

　　k1=Q/Rf。

　　其中Q為沉井自重，按8.5m高計(jì)算，為7160KN

　　Rf為井壁總摩阻力，按Rf=U（H-2.5）fc計(jì)算。

　　fc為單位面積的摩阻力，錢塘江邊的粉砂土經(jīng)驗(yàn)值取20kpa

　　故Rf=40×（8.3-2.5）×20=4640KN，k1=7160/4640=1.54>1.15

　　（如按部分不排水，地下水作用2~3m，沉井的浮力為1360 KN，此時k1=（7160-1360）/4640=1.25>1.15）

　　3.2 計(jì)入側(cè)面摩阻力、刃腳及隔墻下土體的支承反力時的下沉系數(shù)

　　k2=G/（Rf+R）

　　其中R為刃腳及隔墻下的土體的支承反力。

　　計(jì)算得k2=7160/（4800+3800+1277）=0.72<1.0

　　3.3 計(jì)入側(cè)面摩阻力和刃腳踏面下土的支承反力時的下沉系數(shù)

　　k3=G/（Rf+R1）

　　其中R1為刃腳踏面下土的支承反力。

　　k3=7160/（4800+2280）=1.01

　　從計(jì)算結(jié)果可知，k1>1，說明沉井能夠下沉，k2<1，說明沉井停沉?xí)r能夠穩(wěn)定而不會發(fā)生超沉，k3> 1，說明沉井在下沉過程中，只要將隔墻土、刃腳鈄面掏空，沉井能開始下沉。所以在此種地質(zhì)條件下下沉沉井具有可行性。

　　4 沉井下沉施工

　　4.1 施工準(zhǔn)備

　　4.1.1井點(diǎn)布設(shè)

　　采用井點(diǎn)降低地下水位，井點(diǎn)布設(shè)按二級考慮。軸線定位后立即進(jìn)行井點(diǎn)布設(shè)。采用標(biāo)準(zhǔn)輕型井點(diǎn)，每套配置40~50根花管，花管長為6m，其中1m長為濾管。井點(diǎn)按封閉布置。一個作業(yè)段（4個沉井）配置5套井點(diǎn)。

　　為滿足二級井點(diǎn)布設(shè)和挖機(jī)行走的需要，一級井點(diǎn)花管中心線及二級井點(diǎn)花管中心線距沉井中心線距離在有效范圍內(nèi)。同樣，二級井點(diǎn)也布置成封閉型，一組共5套。井點(diǎn)管采用水力沖沉，管周圍回填中粗砂。

　　4.1.2表土清除

　　為方便沉井制作，減少沉井下沉工作量，第一節(jié)沉井刃腳制作布置在-7.2m高程。-2.5~-7.2高程之間的土方（其中-2.5~-6.5高程間土方量為：51368m3，-6.5~-7.2高程間土方量為： 770m3，每組為3790m3）需要先行挖除。在-2.5~-6.2m范圍內(nèi)土方采用水力沖挖，將近高程時采用機(jī)械配人工進(jìn)行開挖。

　　首先，根據(jù)土方堆放場地，對沉井部分的表土進(jìn)行清除，清除的表土直接打至土方堆放處進(jìn)行場地平整。場地平整完成后，將第一、二組土方?jīng)_排入錢塘江中，以后各組的土方或回填或進(jìn)行堆放。

　　在井點(diǎn)正式作用二天后開始土方?jīng)_挖，每一作業(yè)段計(jì)劃安排3天時間進(jìn)行沖挖，根據(jù)泥漿泵的工作效率，一個作業(yè)段配10套沖挖設(shè)備，其中8套工作，2套備用。

　　土方?jīng)_挖后，井點(diǎn)已工作5天，開挖后的基坑能滿足上部作業(yè)的需要。

　　4.2 沉井下沉

　　沉井砼澆筑時，在沉井內(nèi)離井底約4m左右的位置四周設(shè)置若干小牛腿，以便設(shè)置下沿工作平臺，同時在該位置內(nèi)隔墻上設(shè)置進(jìn)人孔，使沉井內(nèi)各格間形成通道，便于操作人員相互溝通。在井壁內(nèi)側(cè)設(shè)置插筋，以便搭設(shè)爬梯，形成垂直通道。

　　本工程沉井高度較高，為保證平穩(wěn)下沉，第一次制作待砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后即進(jìn)行沉井的下沉，下沉?xí)r一次沉放到位。下沉考慮每小組四只同時沉放，完成一小組再沉放另一小組，兩作業(yè)組同時作業(yè)，但存在時間差，主要采用排水法施工。

　　沉井下沉施工工藝圖

　　4.2.1排水下沉

　　首先將沉井四周與下沉無關(guān)的機(jī)具、設(shè)備（包括鋼管、鋼模板）均搬離施工現(xiàn)場，清除雜物；

　　在沉井四角設(shè)立指針，并埋設(shè)高程點(diǎn)和水平位移標(biāo)志，架設(shè)測量儀器進(jìn)行首次測量；

　　檢查維護(hù)降水井點(diǎn)并確保其運(yùn)轉(zhuǎn)正常；

　　搭設(shè)井內(nèi)作業(yè)平臺及上下作業(yè)爬梯；并在沉井面上搭設(shè)操作平臺、欄桿。泥漿泵、水槍配備到位（每格內(nèi)配泥漿泵一臺、水槍一支）；

　　井內(nèi)取土的原則是：從中間往周圍，盡量使土體成漏斗狀，讓刃腳周圍的土體自然下擠。控制各隔倉內(nèi)土體高差不大于0.5m。正常情況下，距刃腳50cm范圍內(nèi)嚴(yán)禁取土，除非因沉井刃腳土體問題出現(xiàn)沉井不沉或沉井糾偏的需要。

　　由于每次將四只沉井同時下沉，原則上同時同步取土。特殊時按先1#、3#后2#、4#沉井，沉井之間的高差不大于1m。

　　準(zhǔn)備二臺4吋水泵，以備非常情況下（井內(nèi)出現(xiàn)大量流砂、沉井突沉等），對井內(nèi)進(jìn)行灌水。

　　4.2.2 不排水下沉

　　在距下沉底標(biāo)高2~3m 時，在正常情況下仍可采用排水下沉，如需采用不排水下沉，具體如下：

　　利用距井底4m的小牛腿搭設(shè)工作平臺，泥漿泵用葫蘆掛在工作平臺作業(yè)面，在泥漿泵吸泥口下方設(shè)置一根長約2m的硬管，增加泥漿泵的吸程，水槍槍口采用2m鋼管或毛竹桿接長直接進(jìn)行沖沉，工作人員直接在工作平臺上作業(yè)，其他機(jī)械設(shè)備及工序同排水下沉。

　　4.3 設(shè)備及人員配置

　　在每一沉井的四個分隔倉內(nèi)，每倉配備水槍1支，泥漿泵1臺。泥漿泵采用葫蘆懸掛便于移動取土，由于取土較深，泥漿泵需要進(jìn)行接送。故每一沉井內(nèi)配水槍4支，泥漿泵8臺。每支水槍配1人，每只井配4人進(jìn)行泥漿泵管理，每組另配4人管理泥漿泵、4人管理高壓泵。共計(jì)72人，泥漿泵64臺，高壓清水泵16臺。

　　4.4 沉井的接高

　　沉井制作：經(jīng)過下沉后的沉井此時處于暫時穩(wěn)定狀態(tài)，如上部接高，相當(dāng)于對沉井進(jìn)行加載，沉井將有可能自然下沉。為保證安全對沉井外圍及井內(nèi)進(jìn)行土方回填。

　　上部沉井砼高3.9m，自重3.9×34×25=3315KN。此部份荷載需由土體摩阻力來平衡。此時需要回填土高3315/（105.6×20）=1.57m。為方便施工，計(jì)劃將井內(nèi)外的土方均回填后進(jìn)行接高施工。

　　二級井點(diǎn)待井內(nèi)土方回填后方予以拆除。

　　接高沉井高3.9m，砼計(jì)劃一次立模澆筑。其他工作同第一節(jié)沉井施工。此時沉井內(nèi)為水土混合狀態(tài)，井內(nèi)上部接高施工時，采取一定的安全措施保證安全。

　　5 下沉施工監(jiān)測要點(diǎn)

　　5.1施工過程的控制

　　沉井下沉過程的控制主要包括三個方面：

　�、偃心_高差控制；

　　②下沉速度控制；

　�、燮矫嫖灰瓶刂�。

　　其中平面位移控制是通過刃腳高差控制和下沉速度控制來實(shí)現(xiàn)的。

　　5.1.1 刃腳高差控制

　　排水下沉?xí)r，由于不帶水作業(yè)，故刃腳高差鍋底的形成和移動都比較直觀，根據(jù)高差的大小可以有效地改變鍋底的大小、深淺和平面位置，以此來達(dá)到對刃腳高差的控制。

　　5.1.2 沉井下沉速度控制

　　沉井下沉速度控制也是一個重要方面，一般來講對沉井下沉速度沒有嚴(yán)格的限制，需根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)和沉井下沉的具體情況而定，本工程施工中主要按以下原則進(jìn)行：

　�、� 在沉井刃腳高差不大時(在水平間距的0.5%以內(nèi))，沉井的下沉速度越快越好；

　�、� 沉井下沉速度均勻?yàn)橐耍?/p>

　�、� 沉井在粉砂土等易引起涌砂的土層中下沉?xí)r，應(yīng)加快下沉速度。

　　5.1.3 沉井平面位移控制

　　對沉井平面位移的控制主要是通過控制沉井刃腳高差來實(shí)現(xiàn)，如果沉井刃腳高差不大，則沉井平面位移較易得到控制，它們之間的關(guān)系并無定量計(jì)算，但有一些聯(lián)系：

　�、� 沉井哪個角下沉得快(即刃腳較低)，則沉井就會向哪個方向移位；

　�、� 沉井刃腳高差大時，沉井位移量大；

　�、� 沉井始終在同一個方向的刃腳高差下下沉?xí)r，沉井位移量較大。

　　施工過程中需要具體情況具體分析，決定采取相應(yīng)的方法和措施。

　　5.2 在施工過程中的各項(xiàng)施工監(jiān)控工作

　　在沉井下沉前，將每個沉井各個角點(diǎn)處的高程及沉井軸線放樣并做好標(biāo)記，記錄測量原始數(shù)據(jù)，繪制測量監(jiān)控平面圖，計(jì)算下沉具體高度。

　　下沉分三個階段，即首沉2~3m，中沉，最后下沉1.5~2.0m。

　　首沉階段，必須每30分鐘觀測一次并記錄數(shù)據(jù)，匯總到監(jiān)控小組，及時計(jì)算偏差情況，并由總指揮統(tǒng)一指揮確定沖沉部位及沖沉速度等；

　　中沉階段，進(jìn)入正常下沉，正常下沉?xí)r，可每2h測量一次；

　　最后下沉階段必須增加觀測頻率，一般為30分鐘左右觀測一次。

　　通過對各階段觀測數(shù)據(jù)的分析，必須使沉井的對角高差不超過15cm，并觀察沉井周圍土質(zhì)變化情況，將地下水位、涌土、沉降、沉速隨時記入歷時曲線表。

　　終沉階段最后2m范圍內(nèi)要減小鍋底的開挖深度，防止突沉及超沉事故發(fā)生，控制開挖深度及速度，以下沉為輔，糾偏為主。

　　當(dāng)沉速8h不超過1cm即認(rèn)為沉井已趨穩(wěn)定。

　　測量監(jiān)控相關(guān)表格：

　�、�、沉井下沉觀測記錄表（水準(zhǔn)控制、軸線控制）；

　　②、沉井下沉累計(jì)統(tǒng)計(jì)表；

　�、邸⒊辆�下沉監(jiān)控平面圖；

　�、�、沉井下沉糾偏、糾扭計(jì)算圖表；

　�、�、沉井下沉地下水位、涌土、砂率、沉速歷時統(tǒng)計(jì)表。

　　5.3 沉井的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

　　根據(jù)有關(guān)規(guī)范的要求，沉井制作與下沉?xí)r的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)如下：

　�。�1）沉井平面尺寸偏差：長度、寬度為±0.5%，即長度方向?yàn)椤?cm，寬度方向?yàn)?cm；兩對角線差異為1%對角線長，即14.4cm。

　�。�2）沉井壁厚偏差：±1.5 cm；

　�。�3）下沉后刃腳高程與設(shè)計(jì)高程的偏差不得超過10 cm；

　�。�4）沉井四角中任何兩個角的刃腳高差不得超過該兩個角間水平距離的0.5%，且不得超過15cm；水平距離小于10m時，其高差可為10cm；

　�。�5）沉井頂面中心的水平位移不得超過下沉總深度的1%。

　　6 結(jié)語

　　13m高防沖大沉井，分節(jié)制作一次下沉；當(dāng)多只沉井連續(xù)分布時采用群沉法施工在本工程實(shí)踐都取得了良好效果，保證了沉井下沉達(dá)到設(shè)計(jì)要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。沉井下沉?xí)r根據(jù)工程地質(zhì)條件采用適當(dāng)?shù)慕档偷叵滤�方式，如本工程中采用的二級井點(diǎn)降水，也是保證沉井下沉質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。

　　作者簡介：董素貞（1971-），男，工程師，大學(xué)本科，主要從事水利工程施工技術(shù)及試驗(yàn)管理。