沉井下沉相关技术问题浅析
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[摘 要]通过对勘察报告研究，泵站工程沉井下沉过程进行现场控制及记录，依据不同阶段、不同情况的下沉阻力及下沉系数的计算分析成果并随时进行数据监测，根据相应数据采取相应的技术措施，从而保证了沉井下沉顺利进行安全就位。另外，用下沉阻力及下沉系数的分析结果，诠释了沉井下沉过程中所表现出来的各种难工现象。通过对某雨水泵站基础沉井工程的描述，说明大型基础沉井的前期数据计算及相应措施。
[关键词]沉井 下沉系数计算 施工工艺
中图分类号：TQ340.6 文献标识码：Q 文章编号：1009914X（2013）34022201
某雨水泵站占地面积：2850，设计流量：14.5m?/s，水泵采用五台潜水轴流泵。主要工作内容为：泵站进水闸井、集水池、主泵站、出水闸井、泵站附属建筑及庭院设计。主机房地下部分设计采用钢筋混凝土沉井结构。
1.工程特点
拟建场地以大面积水域、洼地为主，局部为荒地。本工程地处华北平原的东部，北依燕山，东临渤海，是首都北京的门户，也是华北地区的交通枢纽，内外贸易的集散地。
本工程为市政排水工程，结构复杂，预埋件及电器、线路预埋管较多，池壁混凝土为大面积暴毙混凝土施工，同时还要根据现场条件和施工情况制定施工进度计划，保证工程质量。总体来看，本工程工期紧、任务重，需尽早开工，并保证结构施工避开冬季施工。
2.主要工艺
为了保证工程的按进度计划顺利完成，前期工作做到周密准备，主要工艺第一点是施工测量做到准确无误。根据先整体后局部、高精度控制低精度的工作程序，将控制网遍布全场，在重要位置设置多个水准点和水平线。在沉井位置的井外地面设置纵横十字控制桩及水准基点，以此做好定期数据记录，当发现数据异常或对象倾斜、位移、扭转时，及时通知专业人员予以纠正，是允许偏差范围控制在允许范围以内。
主要工艺第二点是下沉阻力及下沉系数的计算。通过对该工程《岩土工程勘探报告》的深入研究，沉井工程主体需先经过下沉阻力及下沉系数的计算分析，后制定相应的工程方案。
具体数据及计算过程如下：
基本数据：
本工程的深井结构（泵站主体结构部分）平面为矩形，外墙皮长29.625m，宽20.4m，地下部分总深12.6m，标高-8.1―2.00m为沉井部分。泵站沉井结构采取预制、排水下沉施工方法。本沉井设计工艺采用二次制作，一次性下沉的办法进行。
沉井混凝土结构分二节浇注：
第一节浇注，自标高-8.1m浇注至2.5m，浇注高度10.6m。
第二节浇注，自标高2.5m浇注至4.5m，浇注高度2m。
最终沉井地下部分的标高范围为：-8.1m―2m，高度12.6m。
下沉系数计算：
结合本工程《岩土工程勘探报告》，确定沉井在下沉前的稳定状态，不均匀沉陷情况和下沉系数。规范要求KO值的范围：K0=1.00～1.25
1）沉静下沉段制作总体积（制作高度10.6m）
V=V刃脚+V井壁+V横隔梁+V底梁=6189.424m?
下沉段沉井制作总重量G0：（25―钢筋砼容重）
G0=6189.424*25=154735.6KN
沉静侧面阻力计算：沉井下沉各阶段高程及下沉深度
沉井下沉起始高程：2.00m（开挖2m深基坑）
沉井刃脚底面设计高程：-8.1m
沉井下沉深度：1.06m
2）沉静侧面阻力F
F=43.4*11.0*2+36.5*11.0*2*f0=1757.8*15=12999.8KN
3）刃脚踏面正面阻力R刃=190.1*1.8*224+1.3*34*6*224=136053.12KN
下沉系数K0
K0=G0/（F+R刃）
式中K――下沉系数；
G0――沉井自重及附加荷载（KN），取值154735.6KN；
F――沉井壁与土之间的摩阻力（KN），取值120999.8KN；
K0=G0/（F+R刃）=154735.6/（120999.8+136053.132）=1.04
该沉井的下沉系数小于规范规定的数值，不会发生沉井出现超沉突沉，故不需采取止沉措施。
沉井下沉稳定系数验算
规范规定沉井下沉稳定系数范围为0.8～0.9，沉井下沉座落在3C粉质粘土层上，其极限承载力为224～349KN/
沉井制作自重G0=154735.6KN；
沉静侧面阻力F=120999.8KN；
刃脚正面阻力R1=136053.132KN；
底梁正面阻力R2=251.4*224=56313.6KN；
下沉稳定系数=154735.6/（120999.8+136053.12+56313.6）=0.753
沉井终沉时处于稳定状态。
3.常遇问题和处理方法
在沉井施工过程中，遇到了一下几个问题，并得到了妥善的解决。
1）沉井下沉速度超过挖土速度，出现异常情况，即下沉过快。经过分析，因遇到软弱土层，土的耐压强度小，使下沉速度超过挖土速度；长期抽水或因砂的流动，使井壁与土间摩擦力减小。处理方法：可用木垛在定位垫架处给以支承，并重新调整挖土，在刃脚下不挖或部分不挖土。
2）沉井下沉过程中经常发生偏斜。经过分析，偏斜的客观原因有刃脚下的土层不均匀、地层倾斜、地下水的流向影响。根本因素是施工质量不符合要求。因此，在沉井下沉过程中应加强测量工作，以便及时发现和纠正偏斜。常用方法有：当沉井入土较浅，纠正倾斜时，可在沉井高的一侧集中挖土，以减少刃脚下的正面阻力；在低的一侧回填砂石，增加在沉井低的一侧的阻力，使偏差在下沉过程中逐步纠正。纠正位移时，可有意使沉井向偏位方向倾斜，然后沿倾斜方向下沉，直至沉井底面中轴线的位置相重合或接近时，再将倾斜纠正，使沉井的倾斜和移位都在允许范围以内。
3）沉井下沉超过设计要求的深度，即超沉。经过分析，在下沉接近设计深度时，并未放慢挖土下沉速度，也并未进行标高观测。处理方法：在井壁地梁交界处设置承台，在其上面铺方木，使梁底压在方木上，以防过大下沉。
4.沉井总结：
1）沉井下沉施工前，应详尽计算与分析不同情况下的摩擦阻力及下沉系数，以指导施工。
2）不排水下沉法实属隐蔽作业，水下情况难明、刃脚下切复杂，应制定详细可行的探测手段，确保沉井安全下沉。
3）当沉井下沉出现异常时，应采取破坏井壁土，降低水位，提高配重等技术措施。
4）沉井分节制作，分期下沉时，应根据各个下沉系数，确定沉井重量，再考虑结构要求最后划定分节高度。
5）当采用降低水位，以相对增加荷重时，应注意井内外水位差，避免流砂产生。