刍论不均质软土地基中的沉井施工技术

摘 要:在软土地质条件下进行沉井施工时，施工过程中容易产生井坑周边土体下沉、状态失稳、底鼓和超沉等影响安全施工的现象。论文通过对天津港某雨水泵站沉井施工的过程中，对不均质软土地基沉井施工技术进行详尽探讨，希望得到的一些结论能对今后在软土地基上沉井施工时起到一定积极的借鉴作用。

关键词:软土地基；沉井；防失稳

中图分类号：TU471.8 文献标识码：A 文章编号：

0前言

目前我国开掘地下工程时所采用的现行重要施工方法之一是沉井施工法。在我国由淤泥、水下沉积的饱和软粘土组成的软土层分布面积异常广泛。根据地质情况，本沉井下沉采用冲水下沉结合人工开挖法；如果遇到较坚硬的土体（刃脚下水泥搅拌桩部位），采用人工开挖配合吊车调运的形式。沉井整体混凝土强度达到100%后方可下沉。

1沉井施工法施工特点及使用范围

（1） 不均匀软土地基沉井法针对软土地基强度比较低的性能，在进行沉井施工前，需要对下沉整体稳定性进行合理科学的验算。通过合理地科学计算，当施工过程中不能满足硐室的整体稳定要求时，施工、设计人员需要提前采取合适的加固硐室壁的安全措施，避免在沉井施工的过程中，突发硐室整体失稳的现象，从而造成重大安全事故和带来巨大的不必要的经济损失；

（2） 在沉井施工上，我国广泛采用的是在沉井井筒制作完成前，提前将基坑开挖完成，在完成的基坑中制作沉井。这样开挖沉井下沉的深度大大减小了，同时沉井及周边土体的整体稳定性也有很大的改善；

（3）用现在流行使用的浇混凝土垫来替换传统的放牧铺垫，即在施工完成后不用进行抽垫，节省了工作时间，同时又提高了沉井施工放线的准确性。

本种施工方法广泛适用于在软土地质上进行的沉井施工。

2沉井施工法施工工艺原理

（1） 在进行预计的沉井操作前，需要对下沉的沉井整体稳定性进行计算，避免发生沉井失稳现象。由于软土层的抗剪强度比较低，当开挖较深时，沉井井壁周围某点的剪应力数值增大到一定量时，井壁的土体就会在剪切面两侧产生相对的错动，外荷载是随着沉井深度的增加而逐渐增加的，因此，在沉井达到一定的深度时，土体破坏的点也就越来越多，最后相连形成一个不间断的滑动面，在这个时候，井壁周围土体就会发生整体失稳，近而发生土体的滑动破坏。滑动下落的的土体坠入到沉井底部，将会带动沉井一起下沉。

在计算沉井开挖过程中，可能因失稳，带来的的最大深度国际上广泛采用的是瑞典条分法，譬如当实际开挖的沉井深度大于因失稳造成的最大深度时，当两者差值较小时，我们采用增加基坑深度来减少荷载；当差值较大时，采用对基底进行特殊的加固措施，本项目增加水泥搅拌桩来处理。

（2）因为软土的强度较低，需要施工人员在沉井的施工过程中，最大限度地减少基底以上的荷载，避免沉井的整体失稳；又因为水泥搅拌桩有阻水效果，在基坑开挖后的很短时间内，基坑内不会渗出大量的水，因此施工的排水系统比较容易。由于预先开完的基坑深度，使沉井的下沉高度相对减少，这又加快了沉井施工的进度，节省施工时间，且大大降低了施工的危险性，保障了施工工作人员的人身安全，带来了良好的社会效益和经济效益。

（3） 淤泥质粘土类软土的渗透系数约为10－6—10－7（cm/s）左右，因此渗水量较少，所以可采用水冲法开挖的施工工艺。人工操作配合机械操作，进行排水开挖，不仅大大加快了施工的进度，而且便于在施工过程进行必要的质量控制；经过排水封底后，在对沉井进行浇筑混凝土时，这个过程是处于无水状态，因而很好地保证了混凝土的质量，从而也提高了浇筑质量。

3工程案例

天津港某雨水泵站为海域造陆区域开发配套项目，建设位置为原滩涂围海造陆吹填形成，利用港区内广泛采用的地基处理方式（真空预压法）进行地基处理，改善基础土质。

泵房工程概况

本工程埋深较大（刃脚下）10.7m、平面尺寸31.6m×8.6m(15.6m)。场地土质较差，设计考虑采用沉井结构施工，沉井既作为围护结构又作为进水泵房基础。该沉井为异形沉井，近似“凸”字形，落地面积约为410M2，刃脚底标高为-4.45米，沉井底面标高为-1.4米，该处地面标高为新港高程5.3米，设计沉井高程为6.3米，沉井实际埋深为10.75米。

水冲配合人工开挖法下沉工艺流程

下沉准备工作 设置垂直运输机械设备（安装淤泥泵） 冲水下沉 边下沉边观测 纠偏措施 沉至设计标高 核对标高、观测沉降稳定情况 井底设盲沟、集水井 铺设井内封底垫层 底板防水处理 底板钢筋施工与隐蔽工程验收 底板混凝土浇筑 井内结构施工 上部建筑及辅助设施 回填土。

（3）沉井施工过程中的出现的难点与解决问题的关键点

采用排水沉井法施工泵房工程，从勘测的地质条件来看，水泵房自身是座落于软粘土层中，而从施工的周边环境及刃脚下水泥搅拌桩的作用效果来看，施工人员应当主要考虑以下几个问题。

A.沉井易于发生倾覆等现象

由于沉井基底是位于淤泥土层之中，在进行沉井混凝土施工时，可能会发生因为地基土强度不足而产生的沉井失稳，从而沉井产生倾覆、倾斜等现象。

B.超沉现象

由于软土地基土层的抗剪强度较小，力学性能较差，与沉井井壁产生的摩擦力也相对地较小。在施工的过程中，可能会因阻力不够大而发生超沉现象。并且刃脚下水泥搅拌桩相对周边土质强度较大，开挖过程中容易整体破碎，下沉较快。

C.沉井底鼓现象

沉井底部的土质多为淤泥、淤泥质粉质粘土。当进行沉井施工时，井内的体土掏空，沉井继续向下施工，土体的原有平衡状态遭到严重的破坏，此时，往往会因为井底土强度的不足，而发生井底涌土的现象。

4防治措施

（1） 防倾覆、倾斜的措施

在施工水泵房混凝土前，首先要计算地基的承载力是否能满足沉井井壁稳定性的要求, 确保混凝土施工时泵房的稳定性。采用K=G/（Rf+R2）公式验算沉井下沉系数K是否满足规范要求。该泵站沉井结构自重G为22750KN，作用在井壁侧面上的土层摩擦力Rf为5671.83KN。该工程最初设计时将沉井刃角底部打设水泥搅拌桩，刃脚踏面下土的正面阻力R2为14599.2KN。经计算其下沉系数K为1.12，小于规范的1.25，符合沉井下沉要求。

（2） 防止超沉

超沉是沉井在软土地基施工时, 最为常见的通病。目前常用的的防止超沉的方法为：采用搅拌桩在刃角踏面下进行沉井地基加固，来增加沉井的端阻力，起到防止沉井超沉的作用。根据不同的土质，在刃角踏面下打一至两排水泥搅拌桩。在沉井允许下沉的范围内，桩的掺灰量为 18%。沉井下沉范围内，掺灰量小的桩，可起到阻止沉井下沉过快的作用，也不会给在井底挖土作业时造成太大难度。当沉井沉到预期得设计要求时，在刃角踏面下掺灰量大的桩，可及时阻止沉井超沉。

5结论

根据设计要求，最终沉井顺利并沉至设计标高，确保了水泵房建设进度的顺利推进，同时也为今后的工作积累了相关的施工经验：

(1)对于在渗透系数不大的软土体地基中，就大型沉井施工来讲，运用冲水下沉法是一种经济可靠的施工工艺。结合均匀布置开挖位置人工开挖，在沉井外部地面及井壁顶部设置纵横十字中心线和水准基点，加强观测沉井结构位置及标高，可防止沉井偏移及超沉。

(2)对于在软土体地基中，进行大型的沉井工程来讲，土层本身提供的摩擦阻力十分有限，应当在适当部位例如刃脚下及底板下增加水泥搅拌桩用以提高地基的承载力、摩擦阻力并起到止水效果。虽然在开挖过程中水泥搅拌桩的脆性破坏可能导致沉井下沉过快，但通过采用有效的监测手段及填垫措施可有效解决。

参考文献

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［2］龚晓南 . 地基处理手册( 3 版) ［M］． 北京: 中国建筑工业出版社，2008.

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