沉井下沉施工技术

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中图分类号：TU74 文献标识码： A

1、工程概况

本文依据取水泵房地面以下结构采用沉井工艺设计施工为背景，通过资料调研，理论分析，并对沉井下沉过程不同的土质情况进行分析，来论述沉井下沉的方法。沉井结构尺寸：L*B*H=43.39m*31.6m*28.5m(从泵房零米算到刃脚踏面),外壁厚2.0m。沉井内有5道横梁，3道纵梁，把整个沉井分为24格，自重约3.8万t。沉井下沉深度为27.6m，取土约38000m3。沉井下沉过程中需穿越9种不同土层，其中包括3m的卵石粘土层、4m左右硬塑粘土层和5m的风化岩层。如何保证沉井在下沉过程中成功穿越不同地层并且不发生大的偏差，尤其是采用何种下沉工艺穿越粘土层、卵石粘土层、强风化和中风化岩层，对我们提出了新的挑战。

1.1工程地质条件

1.1.1各岩土层物理力学指标表

2、下沉方案选择

针对不同地层条件，采用相对应下沉取土方案，根据地质报告分析，对16层以上各层（粉质粘土层、粘土层）等较软土层可采用出土效率高的水力机械冲泥取土下沉工艺。

对16层卵石粘土层将主要是采用水力冲泥破土及人工装斗清理较大卵石、机械吊装出渣方法。在沉井中部8个格仓内安装6台泥浆泵及16把水枪切割破坏土体，两台塔吊和两台履带吊吊运卵石。

在穿越21-1层硬塑粘土层（全风化岩层）、22层强风化岩层及23层中风化岩层时采取松动爆破方式破岩，人工及小型挖机清渣，机械吊装出土方法。爆破分两步进行，首先对井内区域岩层分3-4次进行爆破并人工清渣，每次爆破深度为1.5m左右，预留井四周刃脚下一圈岩层暂不爆破，使之形成一个深5-6m的“井”，为井壁刃脚一圈圈岩爆破创造临空面，然后按每层50cm逐层爆除刃脚下圈岩，使沉井在自重作用下下沉。

2.1粘土层水力机械冲泥施工工艺

2.1.1施工准备

沉井下沉前，在沉井周围设置4个大型渣池和一个清水池，渣池主要用于沉淀沉井取土泥浆，清水池主要储备清水以供水枪使用。渣池总储泥能力大小等同于取土方量。清水池大小按每个清水泵80m3贮备水进行设置，并可以保证清水池内清水得到及时补充。泵房沉井分为24个格仓，中部8个格仓每仓各设置2把8kg水枪、1套立式泥浆泵和中继泵组成的泥浆输泥系统，清水池边设置16台清水泵利用软管连接16把水枪，每组水枪和排泥系统配置独立电箱进行控制。

2.1.2施工工艺

沉井初沉阶段，利用水枪自沉井中部向四周开始破土出泥，并逐步形成小锅底，随着锅底深度不断增加，逐步形成大锅底，水枪不断切割土体并打散形成泥浆，由泥浆泵抽出井外。沉井刃脚四周始终保留1.5—2m土堤，让沉井挤土下沉，尽量避免直接掏空井壁刃脚，防止突沉和不均匀下沉。

沉井下沉过程中，要保证均匀对称出土，严格控制沉井四角刃脚高低差，根据下沉速度可相应扩大、加深锅底或者减小锅底，使沉井平稳、匀速下沉。

2.2卵石粘土层水力机械冲泥与人工清石出土工艺

2.2.1施工准备

由于16层卵石粘土层存在较大粒径卵石，无法使用泥浆泵直接输出井外，因此较大粒径卵石需经人工装斗后，机械吊运出井外。吊运机械采用沉井两侧塔吊和现场2台50t履带吊。

2.2.2施工工艺

水力冲泥破土自沉井中部锅底开始向四周均匀扩散，并以每层30-50cm逐层进行，控制锅底与刃脚底部高差不大于3.0m。

沉井中部8仓配备16把8kg水枪对卵石粘土土体切割冲刷，将粘土泥浆及细小砂石由排泥泵排走，大块卵石由人工装斗并用吊车吊出井外。

井外前后墙配置两台履带吊负责沉井周边8个格仓，两台塔吊负责沉井中部16个格仓，井内设有8个吊斗，每个吊机2个，每2个吊斗配装土工8人进行装斗。破土、取土必须连续作业、一气呵成。

沉井刃脚边四周应保留1m宽左右的土堤使沉井刃脚处挤土下沉，以减少对四周土体的扰动，让沉井平稳下沉，并保证施工人员安全。

若随着锅底扩大沉井未明显下沉，则用高压水枪加大力度逐层、对称的打散刃脚下方土体，使沉井顺利下沉，每次打散的高度在30㎝-50㎝，并使刃脚下方土体形成大角度的斜面，冲散后的卵石可以在自重作用下滚到锅底中部方便人工清理装斗。

2.3粘土及风化岩层爆破施工工艺

进入硬塑粘土层（全风化岩）和风化岩层后，土体难于切割破坏，水力冲泥及人工清渣效率下降，水力冲泥在遇到较硬土质时，平均每天（24小时）仅出土250m3左右，平均下沉深度不到20cm。采用松动爆破方式可以很快破除岩层，增加取土下沉效率。

根据周围环境、结构特点及施工设计要求，爆破总体方案将采用“微差控制爆破与分步开挖相结合”，采用浅孔松动爆破技术将沉井内石方松动，并且实施对称施工作业法，即在沉井的一半打孔放炮，另外一半清渣，放炮和清渣工作每天都交替进行。爆破施工分为两个阶段，清渣主要采用机械（小型挖机、单梁吊）装斗吊运。

2.3.1锅底爆破

第一阶段先将沉井内的岩层分3~4次爆破，每次爆破深度1.5m，周围支撑沉井的一圈基岩暂不爆除，使泵房沉井内部形成深6m左右的“大锅底”（为沉井刃脚下方的爆破开挖创造临空面），锅底自刃脚下基岩按1：1放坡。

2.3.2刃脚下基岩爆破

第二阶段将沉井刃脚下预留的一圈基岩，逐层采用水平爆破开挖刃脚下方岩层，按每层0.5m从上到下分成多层对称爆破，每次爆破一层，爆完后，80%～90%的爆碴被抛入“井”内，沉井在重力的作用下自动下沉约0.5m。

每层基岩爆破时布置1排水平孔、1排倾斜孔，外侧倾斜孔的装药距刃脚不得小于0.5m，以确保刃脚在爆破过程中的安全。2排孔跳段微差起爆，起爆顺序依次为:水平孔、倾斜孔。刃脚下方的石方爆破分次进行时，必须保证爆破开挖的对称性，以确保沉井下沉过程中不发生偏斜。

2.3.3机械清渣

清渣主要采用4台0.3m3小型挖机进行装斗，同时安排人工清理基面，井上安装8台单梁吊以增加吊装出土能力，井内布置16个吊斗以满足吊机吊运能力。清理出井外的土方先堆放在井壁周围，然后及时用装载机转运至指定弃土场。

2.3.4爆破技术控制要点

针对上述爆破条件特点，为确保施工效率、施工安全与施工进度，爆破设计与施工中采取了如下技术措施:

(1)采用小孔网爆破参数，避免单孔较大的装药量，单孔最大装药量不得大于1kg；

(2)微差爆破控制爆破单响药量，掏槽与扩槽孔单响药量不大于5kg，其余孔不大于1kg；

(3)钻孔距刃脚的最小距离不得小于30cm；

(4)为确保爆破后沉井的顺利下沉，设计的爆破开挖边界应超出沉井外壁面30cm；

(5)选用炸药:在有水基岩爆破作业，选用φ32mm的管状乳化炸药。雷管:选用毫秒段导爆管雷管，瞬发电雷管(用于引爆导爆管雷管)。

2.3.5爆破设计

2.3.5.1锅底爆破布置

掏槽爆破是坑槽开挖成功与否的关键。根据土质及开挖断面条件，采用楔形掏槽。

掏槽孔外为扩槽孔，扩槽孔孔深2m，孔间距0.5～0.6m，孔排距0.5～0.6m。在掏槽孔爆破之后，逐排微差起爆。

2.3.5沉井止沉

当沉井井壁刃脚下沉距设计高程1m左右时，井内大锅底最大深度控制在3m以内，刃脚下岩圈采用1：1放坡，停止锅底爆破。待锅底内渣土清理完成后，对刃脚下岩圈爆破先采用大间距（间距3m）、小药量（单孔药量0.6kg）爆破松土，并预留沉井井壁刃脚四个角部分不爆破，然后对未爆除部位利用挖机进行逐步掏挖清除，使沉井平稳沉至设计高程位置。

根据实际地质情况，沉井提前进入中风化岩层，且岩层厚度较厚，在中风化岩层地基极限承载力可以满足止沉要求，停止开挖并观察测量8小时，若沉井自沉累计不大于1cm，则对沉井直接进行混凝土封底。

3、结束语

通过资料调研，理论分析，并对沉井下沉过程不同的土质情况，采取“水力机械冲泥下沉”和“岩层爆破开挖工艺”，经分析，得出如下结论：

（1）勘察资料的准确，下沉系数控制准确，正确下沉工艺选择，是沉井顺利下沉的前提条件。

（2）“水力机械冲泥下沉”工艺纠偏速度快，机动灵活，在砂性土、粉质粘土、软塑粘土中下沉时，功效好。在岩层中爆破下沉时，沉井容易发生倾斜，装药量和排距要谨慎布置，纠偏时可采用“不对称爆破法”，偏出土纠偏。