沉井在深基坑“坑中坑”的应用

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摘要：本文从沉井施工方法进行论述，提出了沉井在深基坑中施工的方法，并在某地下室工程中实际进行了施工研究，达到了基坑施工质量及安全保障的效果，解决了“坑中坑”施工困难的难题。

关键词：沉井，坑中坑，应用

Abstract: this paper discusses the method of open caisson construction, and puts forward in deep foundation pit in open caisson construction method, and in a basement project in actual construction research, to the foundation pit construction quality and safety protection effect, solve the "pit pit" construction difficult problem.

Keywords: open caisson, pit pit, applications

中图分类号：U445.55+7文献标识码：A文章编号：

1基坑及沉井简介

1.1基坑支护形式为基坑西段采用放坡和排桩和钢筋混凝土支撑支护，“坑中坑”部分采用沉井和钢管支撑支护，其余均采用放坡开挖，基坑支护安全等级为二级。

1.2自然地面的绝对标高平均为3.80，±0.00对应的绝对标高为5.00。

1.3钢管和钢板等钢材为Q235B，焊条型号为E43型，除注明外，连接焊缝均为连续角焊缝，焊缝高度为10mm。

1.4基坑开挖底标高为-8.9m，“坑中坑”开挖底标高为-12.4m。

1.5沉井高度为3.5m，其顶面标高为-8.9m，刃脚底标高为-12.4m，沉井的埋置深度为3.5m，混凝土等级C25。

2工程地质状况简介

与基坑相关的各层土质的特征见下表所示：

3沉井的主要施工方法选择

沉井是用于深基础和地下构筑物施工的一种工艺技术，其原理是：在地面上或地坑内，先制作开口的钢筋混凝土筒身，待筒身混凝土达到一定强度后，在井内挖土使土体逐渐降低，沉井筒身依靠自重克服其与土壁之间的摩阻力，不断下沉直至设计标高，然后经就位校正后再进行封底处理。

沉井方法有多种选择，如：排水下沉和不排水下沉；一次制作、一次下沉和分节制作、分节下沉等。根据本工程的特点和设计的具体要求，沉井的主要施工方法将作以下选择：

3.1沉井方法：采用排水下沉和干封底的工艺技术

根据对拟建场地的土层特征、地下水位及施工条件的综合分析，设计要求本工程的沉井采用排水下沉和干封底的施工方法。

该方法可以在干燥的条件施工，挖土方便，容易控制均衡下沉，土层中的障碍物便于发现和清除，井筒下沉时一旦发生倾斜也容易纠正，而且封底的质量也可得到保证。

3.2降水方法：井外真空深井泵与井内明排水相结合

采用排水下沉和干封底的施工技术，关键是选择合理可行的降水方法，使降水效果满足排水下沉的技术要求。根据本工程的沉井施工特点分析，可供选择的井外降水方法主要有两级轻型井点降水、喷射井点降水及真空深井泵降水等。

经对上述方法的比较与论证，采用井外真空深井泵与井内明排水相结合的降水方法。与其他降水方法相比，采用该方法降水不但施工方便、降水效果好，而且能有效防止含砂性粘土层可能发生的流砂或管涌等不良现象发生，以此保证沉井施工的安全和顺利进行。

3.3制作与下沉方法：一次制作、一次下沉

沉井施工的一般方法为：一次制作、一次下沉；分节制作、一次下沉；多节制作、分节下沉（制作与下沉交替进行）。根据本工程的特点与设计要求，对沉井应采用一次制作、一次下沉的方法。

3.4沉井底部地基加固方法：20cm厚C25素混凝土垫层

本工程的沉井持力层处在含砂性粘土层。该层土体湿度达到饱和，为硬塑，属高压缩性，承载强度较高，但易发生流砂或管涌等不良现象。针对这一不利的地质情况，下沉达到标高后，对刃脚部位进行封堵，地面浇筑20厚C25素混凝土封底，防止或减少渗透和不均匀的沉降。

4沉井下沉方法与技术措施

4.1沉井下沉的作业顺序安排

下沉准备工作 设置垂直运输机械设备 挖土下沉 井内外排水、降水 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

4.2沉井下沉验算

沉井下沉时，必须克服井壁与土间的摩阻力和地层对刃脚的反力，其比值称为下沉系数K，一般应不小于1.15~1.25。

沉井下沉系数的验算公式为：K=（Q-B）/（T+R）

式中：K――下沉安全系数，一般应大于1.15~1.25

Q――沉井自重及附加荷载（kN）

B――被井壁排出的水量（kN），如采取排水下沉法时，B=0

T――沉井与土间的摩阻力（kN），T=πD（H-2.5）•f

D――沉井外径（m）

H――沉井全高（m）

f――井壁与土间的摩阻系数（KPa），由地质资料提供

R――刃脚反力（kN），如将刃脚底部及斜面的土方挖空，

则R=0

本工程沉井的验算的条件为：

沉井尺寸为：13.2×13.2m

沉井全高3.5m，自重为51.6×0.35×3.5×25+0.64×37=1603.93kN

井壁摩阻系数为：15KPa。

第一节沉井下沉系数验算：

K=1603.93/[51.6×（3.5-2.5）×15] = 2.07

沉井的下沉系数满足安全验算要求。

4.3沉井封底后的抗浮稳定性验算

沉井封底后，整个沉井受到被排除地下水向上浮力的作用，如沉井自重不足于平衡地下水的浮力，沉井的安全性会受到影响。为此，沉井封底后应进行抗浮稳定性验算。

抗浮稳定性计算公式为：

K = (G+T)/F≥1.1

式中：G――沉井自重力（kN）

T――沉井与土间的摩阻力（kN），T=πD（H-2.5）•f

F――地下水向上的浮力（kN）

验算条件：

沉井自重为井壁和封底混凝土重量：1603.93+635.04=2238.97 kN

地下水向上浮力： 因基坑支护采用止水帷幕，经实测基坑内水位-10.6m，水深按1.8m考虑，则F =1.8×13.2×10×13.2 =3136.32 kN

K =(2238.97+774)/3136.32 =0.96

根据上述计算可知，沉井封底后如停止降水，沉井自重不能抵抗地下水的浮力，必须在沉井封底后，井外的深井降水与井内的集水井排水继续进行，直到沉井内部结构和上部结构完成后再停止，确保施工安全。

5应急处理方案

5.1沉井过沉

5.1.1现象：下沉达到设计标高后继续下沉，难以控制。

5.1.2原因分析：因该持力层承载力较好，可能原因为长期抽水或因砂的流动，使井壁与土的摩阻力下降，沉井外部土体出现液化。

5.1.3处理方案：发现下沉过快，可重新调整挖土，在刃脚下不挖或部分不挖土；可用木垛在定位垫架处给以支承，以减缓下沉速度；如沉井外部土液化出现虚坑时，可填碎石处理。

5.2瞬间突沉

5.2.1现象：沉井在瞬时间内失去控制，下沉量很大，或很快，出现突沉或急剧下沉，严重时往往使沉井产生较大的倾斜或使周围地面塌陷。

5.2.2原因分析：在淤泥层中，沉井侧面摩阻力很小，当沉井内挖土较深，或刃脚下土层掏空过多，使沉井失去支撑，常导致突然大量下沉，或急剧下沉；沉井下遇有含砂层，由于动水压力的作用，向井筒内大量涌砂，产生流砂现象，而造成急剧下沉。

5.2.3处理方案：在粘土层中严格控制挖土深度(一般为40cm)不能太多，不使挖土超过刃脚，可避免出现深的锅底将刃脚掏空，有砂层时，防止把砂层吸空；控制排水高差和深度，减小动水压力，使其不能产生流砂或隆起现象；加强操作控制，严格按次序均匀挖土，避免在刃脚部位过多掏空，或挖土过深。

6使用效果及结论

6.1 使用效果

本沉井工程，自工程开始施工至沉井施工完毕，整个施工过程中，沉井下沉稳定，施工过程中未出现沉井大幅度下沉，沉井施工完毕至上部结构施工完成，沉井未出现明显沉降或上浮，外部基坑未受影响，效果较好。

6.2 结论

6.2.1施工中，沉井四周深井井点降水深度需严格验算，以防止开挖过程中出现管涌等状况。

6.2.2沉井施工在开挖过程中，需四周同时开挖，避免单独挖一面，引起意外倾斜，同时开挖沉井时，沉降观测随时进行，以控制下沉速度及下沉深度。

6.2.3沉井抗浮稳定性需严格验算，如不能通过，则降水作业不能中断，直至内部结构施工完成，自重加大满足抗浮。

6.2.4沉井施工完毕至上部结构施工完成中沉降观测不能中断，同时做好应急措施。

参考文献：

[1] 建筑施工计算手册 第三版北京 中国建筑工业出版社 1998

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。