浅谈沉井排土下沉的施工方法

摘要：沉井排土下沉施工分排水下沉和不排水下沉两种方式，本文通过典型工程实例详细介绍了沉井不排水排土下沉的施工方法、工艺流程及操作要点。通过工程实例可知该工艺是一种节能环保、技术先进、经济合理、、简易方便、劳动强度低、施工安全可靠、下沉质量容易控制、工效高的新施工方法，适用于淤泥、淤泥质土、粘土、粉质 粘土、粉土等软土地基中的沉井施工，具有明显的经济效益和社会效益。

关键词：沉井；排土；下沉；方法

中图分类号： TU7 文献标识码： A

一、工程概况

我公司2008年承建的泰州长江公路大桥北锚碇和中塔的沉井工程，沉井排土下沉主要采用不排水下沉的施工方法。

1、泰州长江公路大桥北锚碇沉井工程

泰州长江公路大桥北锚碇基础采用矩形沉井基础。沉井长和宽分别为67.9m和52m（第一节沉井长和宽分别为68.3m和52.4m），平面共分为20个井孔。北锚碇沉井高57m，共分11节，第一节为钢壳混凝土沉井，高8m，第二至十一节除第十节为4m外其余均为5m。封底混凝土厚为10m。井中心里程为K14＋960.849，沉井顶面标高为＋2.0m，基底标高为－55m。

泰州长江公路大桥北锚锭沉井分五次下沉，第一、二次为排水下沉累计下沉，20个井格内分布16台6PNL-250水力冲挖机组，每台机组配置2支水枪，井外设置18台20米深水井、16台30米深水井，下沉时间共40天，平均下沉量为0.575m/天；第三、四、五次为不排水下沉， 20个井格内分布一组导管潜水泥浆泵机组，每台配一支水枪，遇到硬土质进行破土处理，下沉时间共80天，平均下沉量为0.3米/天。

2、泰州长江公路大桥中塔沉井下沉

泰州长江公路大桥中塔沉井位于长江中心，长和宽分别为42米和36米，下沉深度为76米，中塔沉井采用不排水下沉。潜水泥浆泵在中塔水下取土深56米处试验比较，等量出土耗能是空气吸泥机的1/2，机械成本投入只有空气吸泥机的1/3，出泥效果比空气吸泥机组高。

泰州大桥北锚碇开工仪式

二、工艺介绍

沉井排土下沉分排水下沉和不排水下沉这两种方式。

排水下沉主要通过简便的水力机械设施，使用高压水枪将土体破碎并与水枪的出水混和成一定浓度的泥浆，然后由泥浆泵经由输泥管路吸排出沉井送至泥浆沉淀池中。

不排水下沉主要是用导管式潜水泥浆泵，将潜水泥浆泵悬浮于水下，通过调节潜水泥浆泵水下深度，利用泥浆泵的吸程和扬程，让泥浆泵发挥到最大功率，通过特制的导管吸头在水中自身重力进行排泥工作，从而使沉井按设计要求下沉，遇到较复杂土质可由潜水泥浆泵导管吸头下口处安装的高压水枪或在导管处安装小型振动器，从而通过冲力破坏土表达到吸泥目的。该工艺无振动、无污染，对环境影响较小、设备简单安装、移动方便以浮体为起吊设备不需龙门吊等大型起吊设备配合、排水与不排水工艺转换时管线可以共用。

该工艺具有技术先进、经济合理、操作简便，劳动强度低、施工安全可靠、下沉质量容易控制等优点。随着城市基础设施的发展，各类沉井工程相继实施，泥浆泵排土是经常被采用的一种施工技术。经过大量工程的施工实践证明，该技术具有明显的经济效益和社会效益。

不排水下沉施工工艺具有以下特点：

1、沉井下沉施工中泥浆泵排土是既可靠又高效、安全的出土方式，适用于任何平面尺寸的大中小型沉井工程。2、泥浆泵破土排泥设施构造、操作简单，不易损坏，容易修复。3、能适应各类土质的地层情况，特别是在有环境保护要求的条件下，能成功地减少地表沉降量，并能有效地控制下沉对相邻建筑物产生的影响。4、能在作业面上直接控制水下吸泥工作，避免了水下作业的不足。施工中按顺序操作，可均匀有序地分层破土排泥，使沉井平稳下沉，可避免沉井施工中开挖深锅底、突沉和超挖等现象，确保下沉质量。5、潜水泥浆泵沉井用浮体作起吊设施，浮体借助水的浮力浮于水面上，除土下沉时潜水泥浆泵在水中悬挂于浮体上移动方便，接高、工序转换无需撤除设备，直接漂浮于水面，不需每次接高撤除、下沉安装所有机械的设备以及起吊设备（传统方法一般起吊设备多采用龙门吊），这样节省设备使用费，降低了工程成本、优化了施工工期。

6、和其它不排水下沉施工方法相比，潜水泥浆泵相对其他设备更节能、环保、高效。当前不排水下沉施工中多采用空气吸泥机和钻吸机组，采用空气吸泥机进行不排水下沉成本投入大，能源浪费严重。

三、施工操作要点

1、按照规定安装好机械设备：高压水泵、低压取水泵、泥浆泵、水枪、井下及井上的高压进水管和低压排泥浆管路等。2、机械设备安装好后应进行负荷试运转，保证设备能按要求正常运转，泥浆泵及水枪均应经过水压检验，检验压力为工作压力的1.5倍，对潜水泥浆泵、电缆接头等做好绝缘电阻的测试工作，验收合格后方能允许使用。

3、做好操作规程的技术交底工作，并按工种分工明确，各司其职，严格培训和操作。

4、为保证水力破土效果和泥浆泵的正常工作，必须将井底各类杂物垃圾清除干净。5、沉井下沉施工应按“先中后边、分层对称均匀破土、先高后低、及时纠偏”的原则进行操作。6、沉井井格中部开挖深度，一般应控制在l～2m以内为宜。锅底过深则易产生突沉，使沉井下沉量和惯斜度无法控制，同时井外土体也易塑流入井，引起井周地面过多沉降。

7、不排水施工前应正确掌握井内水位和锅底土面的标高，并认真控制好施工过程中进排水量对井内水位的变化，井内水位不得低于允许水位标高。8、初沉阶段要严格控制下沉速度和出土量，初沉速度不易过快，应稳慢、均匀取土，让沉井刃脚充分进入土内，防止沉井倾斜不易纠偏。9、在施工过程中应及时做好各项施工监控工作，特别要注意在沉井下沉影响范围内的地面构筑物、地下管线的沉降观测和现场监护工作。

四、材料与设备

1、 导管式潜水泥浆泵组成系统

导管式潜水泥浆泵工作主要是潜水泥浆泵，配置供水、供电、输送管路、排放泥浆管路、泥浆沉淀池和助沉设施等部分，有机地组合成一个系统。2、主要机具设备

（1）30KW潜水电动机；（2）连轴器；（3）轴套止水装置；（4）潜水泥浆泵；（5）浮体；（6）排泥管软管；（7）吸泥管软管；（8）弯头；（9）固定升降杆；（10）连接吸头；（11）加力泵；（12）内管；（13）外管；（14）螺旋引水环；（15）引流开口。

3、主要设备简介

（1）潜水泥浆泵

潜水泥浆泵是由30KW潜水电动机和潜水泥浆泵通过连接轴、轴套止水装置连接成整体，通过葫芦与浮体连接悬挂于水中，升降小型起吊器来控制潜水泥浆泵的垂直方向的位置，移动浮体来控制潜水泥浆泵水平方向。

（2）导管

导管是由内管、外管、螺旋引水环、引流开口组成，通过升降杆与浮体相连接。用导管端头特制锥形设备以自身的重力破土吸泥，（遇复杂土质在导管下端口安装高压水枪）通过升降杆、浮体来控制垂直、水平方向移动。

（3）管线

管线由排泥、吸泥管以及输水管道以及相关供电设备组成。特大深沉井下沉是以排水和不排水相结合，或者地下水位难控制的情况下，排水转换为不排水阶段管线可以共用，只要把排水下沉所用的冲挖机组机械换成导管式潜水泥浆泵，再往井内注一定量的水即可，转换非常简单、方便，管线无需重新撤除、安装。

五、效益分析导管式潜水泥浆泵排土沉井下沉施工法的社会和经济效益是明显的。

1、泥浆泵排土沉井下沉施工出土效率高，施工速度快(一般1台泥浆泵平均每昼夜排土200～400m3)。

2、泥浆泵排土沉井下沉可避免采用大型挖土设备和起吊设备(即使采用，其出土效率也低，台班费用大、浪费时间)。

3、泥浆泵排土沉井下沉施工井位偏差容易控制，工程质量也容易保证。

第一作者简介：周 斌（1979—），男，本科，工程师，主要从事水利建设工作。