沉井在市政工程中的应用
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摘要：市政工程常常涉及较多管线、泵房等的设计施工，在某些情况下进行放坡开挖施工可以达到安全，经济等效果，但在特定情况下开挖施工限于场地、经济等因素并不适用，这时就要采用其它方法进行设计施工。如管线可采用顶管或支护开挖方式进行施工，泵房则可采用沉井或支护开挖进行施工，沉井施工使得支护和构筑物的建造一次完成以达到较好的技术、经济效果。虽然沉井已得到很普遍的应用，但沉井在设计施工时常常遇到各种不确定的因素，因此对沉井的设计和施工方法及应注意的问题进行分析和研究是有其价值的。
关键词：市政工程 ，施工，设计
Abstract: the municipal engineering often involves more pipelines, with the design and construction of the pump room, etc, and, in some cases with slope excavation construction can achieve security and economic effect, but in specific cases excavation site, economic and other factors to not applicable, would then take some of the other methods for design and construction. Such as pipeline can use pipe jacking or deep excavation way construction, pump room can be used in open caisson or deep excavation construction, open caisson construction makes the support and structures built a complete with achieve good technology, economic effect. Although in open caisson has been very widely, but in open caisson construction design often meet many uncertain factors, and open caisson to design and construction methods and problems of analysis and research is the value.
Keywords: municipal engineering, construction, design
中图分类号：TU99文献标识码：A 文章编号：
概述
沉井是一种在地面制作、通过取除井内土体的方法，使之沉到地下某一深度的井体结构。利用沉井作为挡土的支护结构，可以建造各种类型和各种用途的地下工程构筑物。沉井与大开挖相比可减小土方工程量，节约工程用地且可以建造深度很大的地下构筑物和基础[1]。
沉井制作场地灵活，即可就地制作，也可在滑道，拼装船上中制作，尤其在水域里，沉井这一特点是其它深基础难以取代的。沉井结构刚度大，井壁能承受井外的水土压力，取土时无需像地下连续墙或板桩那样需加设支护。同敞口基坑开挖相比，沉井的挖土量较少，深度越深，其优越性越明显。沉井不仅可以作为临时挡土隔水构筑物，更可作为结构本身或结构基础使用，其混凝土质量比在泥浆下浇筑的地下连续墙更可靠。沉井下沉时，对周围土体有扰动，因此对在井周破坏棱体范围内的构筑物、管线，需采取有效措施并进行必要的保护和监测。
沉井的设计及施工
沉井的设计要点
沉井从制作到下沉、封底等各个工况下，沉井个部位的传力体系、所承受的外力及作用都在不断的变化。沉井的设计计算应按从施工到使用的各个阶段分别依序进行，以保证沉井结构能满足在施工、运行各个阶段的强度、刚度和稳定性的要求。沉井施工阶段的计算与所选定的施工方法有关，对于排水下沉和不排水下沉，沉井在施工阶段的设计计算内容是不相同的。在沉井下沉阶段，不带内框架的井壁结构进行内力计算时，可在垂直方向截取单位高度的井段，按水平闭合结构进行计算；对带内框架的井壁结构，则应根据框架的布置情况，按连续平板或拱板计算[2]。
沉井顶面的设计标高，除应符合工艺、使用要求外，由于在终沉后，尚需进行封底及内部充填、安装及上部建筑作业。故用于水中或岸边构筑物的井顶设计标高应高于施工期间最高水位（加浪高）0.5m以上；用于人工筑岛或陆地制作的沉井，宜高于岛面或地面0.3m以上，以防止地面水流入井内。
用于地下或水中的空腹式构筑物，应按使用净空要求确定刃脚踏面设计标高。沉井的刃脚应埋置在冲刷线一下足够深度，并且应满足抗倾覆、滑移等稳定性的要求，根据地基承载力和变形要求，刃脚应落在较好的持力层上。
沉井在平面上的内部净空尺寸除应满足使用要求外，尚应计入沉井下沉施工允许的竖向偏斜和水平位移。沉井的平面布置对沉井的下沉，沉井的壁厚及配筋等都具有很大的影响，因此应对沉井的平面布置进行多种方案的比较，选出最佳的沉井布置方案。
沉井施工的主要事项
施工现场准备工作的主要内容是施工场地的障碍物处理及“三通一平”，即水通、电通、道路通及场地平整。在障碍物处理之前，首先应调查清楚地上建筑物，地下构筑物、管道、电缆等情况，然后确定要清除及保护的对象和应采取的措施。
基坑底部的平面尺寸，一般要比沉井的平面尺寸大一些，同时还需考虑支模、搭设脚手架及排水等项工作的需要。基坑开挖的深度，视水文、地质条件而定，在一般情况下，基坑开挖的深度即等于砂垫层的厚度，约为1~2m深。在地下水位较低的地区，为了减少沉井的下沉深度，亦可将基坑开挖深度加深，但须确保坑底高出施工期间最高地下水位0.5m以上。
砂垫层可提高地基的承载能力，便于整平、支模及可使沉井自由收缩，避免产生收缩裂缝。砂垫层宜采用颗粒级配良好的中砂、粗砂或砾砂，在缺少中、粗或砾砂的地区，如采用细砂，宜同时参入一定数量的卵石或碎石，石子的最大粒径不易大于5cm。在开挖好的基坑内，应做好排水工作，并防止被暴雨所淹没。砂垫层的密实视不同条件可选用振实法、夯实法、碾压法等方法进行。
为了减少混凝土与土之间的摩阻力，模板表面应平整光滑。由于沉井自重较大，在混凝土浇筑过程中，考虑到沉井可能会产生较大的沉降，故在施工中，不易从地面用斜撑支承井墙模板，以免在混凝土的浇筑过程中，因沉井继续下沉，而造成斜撑折断。
沉井下沉
当地下水位不高或者虽有地下水但沉井周边的土层为不透水层或弱透水层，涌入井内的水量不大且排水不困难时，可采用排水下沉法，以节省费用或缩短工期。排水下沉对周围环境的影响较大，可采用在井周打止水桩然后再排水下沉的方法，以减少沉井下沉对周围环境的不利影响。
在下沉深度范围内存在粉土、砂土或其他强透水层而排水下沉有可能造成流砂或补给水量很大而排水困难时，沉井附近有已建的建（构）筑物及其他设施，排水施工可能造成其沉降及导致倾斜而难以采取其他措施防止时可采用不排水法下沉沉井。
沉井封底
进行水中封底前，要先将井底浮泥清除干净，新老混凝土的接触面应用水冲刷干净。封底混凝土采用提升导管法灌注，待水下混凝土达到所需强度后方可从井内抽水，抽水后再按排水封底方法施工上部钢筋混凝土底板。水下封底混凝土要求和易性好、流动性大、缓凝。导管安装后，应先做闭水试验，以确保导管严密无渗漏。
混凝土浇筑前要做充分准备，浇筑时应连续浇筑，不得中途停顿。导管根部，埋入砼内深度一般应为1m左右，开始浇筑砼时漏斗及导管内砼应保持充满，浇筑水下砼面均匀上升的速度不应小于0.25m/h。水下砼浇筑完毕，在未达到设计强度前井筒内外水位应保持稳定，不得抽水，砼达到设计强度后，方可抽水，清理井底。
沉井施工常见问题
沉井下沉施工，要不断地纠正偏斜，将沉井沉到设计标高。在下沉过程中，不产生偏差几乎是不可能的，但将偏差控制在规范允许的范围之内，则是完全可能的，这就要求在下沉施工中，做到勤测勤纠，精心施工。
在粉、细砂层中下沉沉井，经常会遇到流砂现象，如果设计和施工单位事先未采取措施，沉井在下沉过程中可能造成严重倾斜。如发生流砂现象应向井内灌水，减小水力梯度的目的，排除产生流砂现象的条件，在井内灌水后可采用水下挖土，带水下沉的方法施工。采用井点降水后，井内土体就没有地下水，挖土时砂土不受动水压力作用，从根本上排除了流砂产生的条件。在条件允许时，通过地基处理，可改变土体可能产生流砂的特性，避免流砂现象的产生。
沉井下沉过程中，对沉井四周土体影响是难以避免的，在土的破坏棱柱体范围内有永久设施时，必须采取有效的保护措施。土的破坏棱体范围除与沉井的下沉深度有关外，尚与土质情况和施工方法以及沉井的平面形状有关。减小沉井对四周土体影响的措施有，加长刃脚、采用不排水下沉，当临近无永久建筑物时可采用井点降水措施。
总结
沉井在市政工程中都有较为广泛的应用，其技术以相当成熟，但在沉井的施工中出现问题的现象仍是相当多的。在沉井的设计施工中全面考虑各种不利情况，严格按照规范进行设计、施工对于沉井的成功实施是关键。随着新的沉井制作、下沉方法的出现发展，沉井的应用将更加广泛。
[1] 葛春辉. 钢筋混凝土沉井结构设计施工手册[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2004.
[2] 中国工程建设标准化协会标准. CECS 137:2002 给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2002.