浅议大型沉井下沉抗渗透施工措施

摘要： 大型沉井下沉施工在一定的特定地质条件下无法使用不排水取土下沉施工方法，而需采用排水取土下沉施工时，在附近水源补给充足情况下有时会导致地下水抽不干，可能会出现流砂或涌土现象，在这种情况，沉井下沉施工要考虑采取抗渗止水措施，以保证沉井下沉的施工安全、施工质量。

关键词： 沉井下沉；流砂或涌土；抗渗止水措施

1、项目简介

某液化天然气（LNG ）项目接收站为吹砂填海形成陆域，其中取水泵房采用沉井施工方法，沉井设计顶标高为+8.50，刃脚底标高为-9.20，原地面标高为+8.20。沉井结构平面尺寸为45.2 ×37.4m（长×宽）、主体部分总高度为17.7m；主要包括前池、滤网间及泵房三段，三段整体现浇成一箱涵结构，由边墙及中间隔墙、刃脚等组成。在沉井底部3.7m范围，由内外墙刃脚及底梁将沉井格分为56个格仓，格仓主要平面净尺寸为3.5×5.2m、3.5×4.5m、3.5×5.9m、3.5×5m。沉井设计为分五层浇筑，一次下沉，第一层4.7m高，第二至四层各3.6m高，第五层2.2m；第五层下沉完成后，封底及底板现浇完成后进行接高，高度为2.2m，属于大型沉井施工。

2、沉井下沉施工存在的问题

为保证沉井下沉安全优质施工，施工前委托专业的研究院对海水泵房工程沉井下沉专项施工方案进行技术咨询和论证，主要工作内容为：沉井的抗渗稳定性。研究院提交的咨询报告表明：根据沉井周边地层的渗透性，沉井位置处的地层可主要分为五层：第一层为中、中粗砂，以及块石层，其渗透性属于透水～强透水层。该层尽管渗透性较强，但该层埋深较浅。同时，沉井高度为17.9m，为钢筋混凝土结构，完全截断了该层。因此，该层对沉井渗透稳定性没有影响。第二层为粉质粘土及粘土（Q3al+pl），该层渗透系数为2.8×10-8 cm/s，可视为不透水层，该层连续分布，平均厚度为4.89m。第三层则为粉砂层，局部有中粗砂，沉井设计标高正位于该层。该层为透水层。第四层为粉质粘土及粘土（Q2al+pl），该层渗透系数也为2.8×10-8 cm/s，属于不透水层。第五层为分布连续的粉细砂（Q3al+pl）层，平均厚度 7.65m，该层为富水层，地下水具有承压性。

根据地勘报告，⑦粉细砂层属富水层，地下水具有承压性，其它粉砂层之间的砂层富水，地下水具有一定的承压性。由于场地临海，场地地下水位受海水潮汐变化影响明显，勘察场地内地下水水位变化主要随海水潮汐而变化。据当地2013年潮汐表：海水高潮位在3.84～5.32m 范围、低潮位在3.22～2.32m 范围。因此，沉井下沉过程中会有以下两个方面的渗透稳定性问题：

一、对于第二、第三层，均为沉井下沉经过地层。其中第三层相对透水，具有一定的承压性，若取海水高潮位平均值4.5m，沉井下层标高至-9.2m。因此，水头差将达到13.7m 左右。因此，需要考虑在沉井下沉过程中的第二层、第三层的渗透稳定性。

二、第四层、第五层均为沉井设计标高以下地层。其中第五层为富水层，地下水具有很大的承压性，并与海水相连。而第四层，在沉井设计标高处最薄的厚度仅有3.1m。因此，需要验算第四层的渗透稳定性。

3、沉井下沉抗渗透施工措施和分析

3.1抗渗措施

本工程沉井下沉过程中，由于第二层、第三层地层属于沉井下沉经过的地层，安全性要求高。同时，考虑到②-1 粉细砂和中粗砂层的厚度比较薄，仅为2.5 米 左右，埋深也比较浅，层顶标高-8.86～-4.52 米。同时，距本项目70 米处有一正在施工中的LNG储罐。因此综合考虑，工程措施拟采用止水为主，抽水降压为辅的方案。

3.2止水方案比选

3.2.1 方案选择

根据②-1粉细砂和②-2中粗砂层的地层特性，止水方案拟选择两种方案进行对比：方案一：在沉井周边中、粗砂层做三重管高压喷射注浆止水帷幕，止水帷幕截断②-1 粉细砂和②-2 中粗砂。方案二：在同样位置打设一排钢板桩，利用钢板桩进行止水。

3.2.2 计算模型

根据沉井场地的水文特点和地质资料，对于止水方案的渗流分析对比，采用区域多层水平面渗流有限元方法计算（即平面渗流计算方法），沉井渗流计算区域以沉井为中心，上端和左端边界取防波堤堤外坡脚处，下端和右端取距沉井中心100米处为界。

3.2.3 计算参数

尽管第一层为中粗砂以及块石，但考虑到其对沉井渗流没有影响，在计算中将其和第二层粉质粘土合并为一层，并将沉井四周视为不透水连续墙。各层渗透系数和旋喷区域、钢板桩区域渗透系数见表1。

3.2.4 结果分析

显然，采用三重管高压喷射注浆止水效果明显，实施后，沉井内水头从2.7m 降至-3.25m，效果显著。而方案二，采用钢板桩止水，效果不明显，水头降落才 0.2m 左右。因此，止水方案推荐三重管高压喷射注浆，截断通过②-1 粉细砂渗。 根据上述方案对比，取水泵房沉井下沉抗渗措施采用止水为主，抽水降压为辅的方案。经过施工验证该方案施工方便，抽水量较少，对沉井周围已建或在建的建筑物影响小。

4、结束语。

鉴于我国沉井施工技术现状，及沉井对于社会各行业施工有着极其广泛的应用，因此在类似沉井施工工程中应严格按照相关施工标准、验收规范，结合工程地质情况，制订出合理的施工方案，具有一定的借鉴作用。