沉井施工法的应用与改进
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沉井施工是在土层中修筑地下建筑物的方法之一，多用作桥梁墩台或重型工业建筑物的深基础，后来逐渐应用到各种泵房、地下沉淀池等地下建筑物。沉井作为地下建筑使用，其单体造价较低；主体部分的混凝土在地面上灌筑，整体刚度亦较大且对邻近建筑物的影响较明挖法小。因此在用地与环境条件受到限制的场合下，沉井法是一种较好的施工方法。
某泵站泵房采用整体式布局，即进水闸井，格栅井，集水池及压力出水池均在同一构筑物内。采用沉井法施工，沉井的外框断面为26200mm×13100mm，壁厚600mm，沉井刃脚的底部标高为-8.6m，厂区自然地面的平均标高为+3.2m，沉井全高12m。沉井上部为一般的设备基础，下部采取钢筋混凝土底板封底，其上设置素混凝土加重层。混凝土采用S6、C20的抗渗混凝土，素混凝土垫层采用C15。
由于此沉井埋深较深，且与周边构筑物距离较小，不适合采用常规的基础大开挖方式施工，故采用沉井法施工。
一、沉井法施工概述
沉井法又称沉箱凿井法，在不稳定含水地层掘进竖井时，在设计的井筒位置上预先制作一段井筒，井筒下端有刃脚，借井筒自重或略施外力使之下沉，将井筒内的土方挖掘出的施工方法。挖掘与下沉交相进行，直到下沉至设计地层。沉井法广泛应用于桥梁、烟囱、水塔的基础以及水泵房、地下油库、水池竖井等深井构筑物和盾构或顶管的施工。其应用历史可以追溯到19世纪，1839年法国创造了压气沉井法，因下沉深度有限，并有损工人健康，到20世纪50年代渐被淘汰。1894年德国创造了淹水沉井法。1944年日本向沉井壁后施放压缩空气，减少井壁与土层的摩擦阻力获得成功。1952年匈牙利和瑞士创造了触变泥浆液体减阻的新方法。中国于1958年创造了震动沉井法；1969年起采用壁后泥浆淹水沉井，建成了30多个井筒，最深井达192.5m。
沉井法一般适用于以下的情况：
1.天然含水量的土壤中，构筑物埋设深度很大，用开挖法在经济上不合算时；
2.地下水位高，土质松软，采用开挖法，难以解决流砂情况时；
3.土壤渗透系数大（如砂砾层），开挖后排水量大，施工困难时；
4.有水地区采用筑岛沉井方法有利时；
5.附近有建筑物，不允许采用敞口开挖法时。
二、沉井施工过程
一般情况下，沉井施工流程为： 平整场地，测量放线开挖基坑铺设石屑垫层、垫木拼装刃脚立内模立外模绑扎池壁钢筋浇注底节砼及养生抽垫木下 沉分节浇筑砼至设计标高基底清理绑扎池壁钢筋浇注底板砼绑扎内隔墙钢筋浇注内隔墙砼。
在上述泵站的施工过程中，将采用在石屑上浇筑垫层以取代垫木的方式对沉井进行铺垫，然后在其上制作井筒。
1.沉井制作
沉井分节设置：沉井的分节设置应视下沉进度、开挖方法、土质性质、沉井的平面尺寸和沉井深度作全面分析而定。第一节沉井的最小高度，以在拆除垫木时沉井能抵抗纵向破裂为标准，如沉井底节下为松软土时，则其第一节（即底节）的最大高度不得大于0.8B，B为沉井宽度。其次各节应尽可能作高。
沉井下沉中，井顶高度（分节）应适合挖土起重机械工作的要求。对于土法设备，一般不宜高于5米。对于较好的设备，井高可增至10米，若沉井总高在7米以内，地基良好时，可一次灌注，但应注意初期下沉的正位工作。
根据本泵站工程实际情况进行了分析，计划将沉井分节设置成三段。第一段高度为3m，将沉井刃脚制作完成；第二段为6m，本段完成后开始下沉，直至沉井到位；第三段为3m，将泵站构筑物池壁全部浇注完成。
2.沉井下沉
沉井下沉主要是通过从沉井内用机械配合人工的办法均匀取土，消除或减小沉井内侧土的摩阻力及刃脚下的正面阻力，有时也同时采取减小井壁外侧土的摩阻力办法，使沉井依靠自身的重量逐渐地从地面沉入地下。
本工程沉井下沉的施工方法为：机械抓土人工配合下沉和用水力机械下沉。沉井制作完成后先采用机械抓土人工配合下沉方法下沉3米左右，届时沉井的位置已经被四周包围的土层固定后，然后采用水力机械下沉，直至沉井到设计高度。
3.沉井封底
3.1当沉井下沉至距设计底标高10cm时，应停止井内挖土和排水，使其靠自重下沉至或接近设计底标高，再经2～3d下沉稳定，或经观测在8h内累计下沉量不大于10mm，即可进行封底。
3.2封底前应先将刃脚处新旧混凝土接触面冲洗干净或打毛，对井底进行修整使之成锅底形，由刃脚向中心挖放射形排水沟，填以卵石作成滤水盲沟，在中部设2～3个集水井与盲沟连通，使井底地下水汇集于集水井中用潜水泵排出，保持水位低于基底面0.3m以下。
3.3封底按照图纸铺设碎石层，再在其上浇一层混凝土垫层，在刃脚下切实填严，振捣密实，以保证沉井的最后稳定，达到50%强度后，绑钢筋，两端伸入刃脚或凹槽内，浇筑底板混凝土。
3.4混凝土浇筑应在整个沉井面积上分层、不间断地进行，由四周向中央推进，并用振动器捣实，当井内有隔墙时，应前后左右对称地逐孔浇筑。
3.5混凝土养护期间应继续抽水，待底板混凝土强度达到70%后，对集水井逐个停止抽水，逐个封堵。封堵方法是将集水井中水抽干，在套管内迅速用干硬性混凝土填塞并捣实，然后上法兰盘用螺栓拧紧或四周焊接封闭，上部用混凝土垫实捣平。
三、沉井施工中的注意事项及铺垫方法的改进
1.沉井施工中的注意事项
沉井制作的关键在于保证下降过程中的稳定性。施工过程中可能遇到井壁裂缝、井身歪斜、下沉太快、下沉太慢和下沉遇流砂等问题，在施工过程中要对这些可能出现的问题做出谨慎的预测，并在施工过程中注意预防，准备好必要的补救措施，以保证施工过程的顺利进行。
2.沉井中垫木铺垫
一般情况下使用垫木进行铺垫，但是一般出现井壁裂缝时，其主要是由于沉井垫木设置不当、布置不均匀、间距过大或沉井垫木未对称拔除，导致井壁内部产生拉应力而出现裂纹。所以如果使用垫木，应注意刃脚处垫木设置合适，使地基受力均匀，垫木间距应计算求得，跨中与支点的拉应力应当相等，而且沉井垫木应分区、分组、对称、同步拔除。
3.沉井铺垫方法的改进
相对于沉井的常规施工方法而言，本工程将使用的较先进的铺垫方法，不再使用垫木，而是以混凝土浇筑进行铺垫。这一方法已在许多的沉井工程中成功地应用，并取得了良好的效果。这不仅节省了大量的木材，而且避免了因垫木设置不当造成的井壁裂缝和井身歪斜等不良后果。
使用混凝土垫层代替垫木的沉井施工过程如图1所示。
在平整场地、测量放线、开挖基坑后，在基坑内铺垫15cm厚的石屑，振压密实。然后在其上支设模板，浇筑10cm厚的混凝土垫层，并在垫层中刃脚的边界线处放置木模板隔开。在混凝土垫层的强度达到设计要求时，进行拼装刃脚、立内模、绑扎池壁钢筋、立外模，浇筑。如1（a）所示。
在刃脚达到设计强度后，抽取支架，如图1（b）。此时由于刃脚边线对混凝土垫层的剪切力增大，混凝土底板沿刃脚边线断裂，实现刃脚带动正下方的垫层下沉，其余垫层与之分离并清除，如图1（c）所示。
这种沉井垫层的制作方法，不仅省去了大量的木材，而且提高了沉井下沉的稳定性，在很大程度上简化了沉井施工的过程，提高了施工效率。在地质条件等实际情况允许的情况下，非常值得推广。
四、结语
本文对某泵站应用沉井技术进行施工的情况作了介绍，对其中可能遇到的问题作了分析，并提出了一种较先进的垫层制作方法，对沉井施工具有一定的借鉴和指导意义。