沉井下沉施工工艺Word版

1 工程概况
新沂河海口控制工程位于江苏省灌云、灌南两县交界处的黄海之滨，工程包括南、北两座深泓闸和南、中、北三座浅滩橡胶坝共5座建筑物。

北深泓闸是新沂河海口控制工程的主要建筑物之一，共10孔，单孔净宽10m，设计流量1 785m3／s。

北深泓闸闸区在钻探深度范围内所揭示的地质均为第四系全新流地质，地质分布情况为：2-1层为黄褐色淤泥质土、粉质粘土，含FeMn质结核和腐植质，厚2m左右；2-2层为灰黄色重粉质砂壤土，高程-0．4m~-1．8m；
3-1层为淤泥质中粘土，高程-1．8~
-10．0m；3-2层为淤泥质重粘土夹砂壤土、壤土薄层，高程-10．0m~－17．6m；3-3层为深灰色淤泥质重粘土，高程-17．6m~-21．0m；5层为黄、灰色轻砂壤土、粉砂，高程-21m以下。

由于工程所处地段海淤土层较厚，设计采用群井基础，闸室沉井5个，沉井平面尺寸均为21．6m×10m，高17.6m，岸墙沉井2个，沉井平面尺寸均为19．5m×10m，高17.6m。

沉井下沉到刃脚标高为-23.0m，沉井顶面为钢筋混凝土实用堰面。

闸室及岸墙7只沉井以双翼形布置形成沉井群。

沉井群施工平面布置见图1。

高程-1.8m~-10．0m③层淤泥重粘土层为预制沉井的持力层，⑥层黄、灰黄色轻砂土层为沉井终沉后的持力层，其中高程-21．0m 以下为粉土。

2 沉井群施工特点
该双翼形沉井群施工的特点：(1)结合工程地基条件差、潮汐影响大、承压水头高等情况，沉井采用干法下沉。

(2)采用两次制作、两次下沉的施工方案。

第一次制作高度9.5m，下沉的深度为7．5m。

沉井制作选在3-1层、高程-2．5m 处，用换填砂作为沉井制作的基础，换填砂厚度2．0m。

表面沉井刃脚和隔墙做
混凝土条基，见图2，当混凝土强度达到75％以后即开始条基回填砂的拆除，即进行第一次下沉。

第一次下沉到位后，经过24h观测，累计下沉量不大于
10mm时，再进行第二次接高。

(3)沉井第二次接高的高度为8．0m，自重905t，沉井接高过程中的稳定较难控制。

为了节省时间，往井内注水以增加浮托力，解决了二次接高防止突沉的问题。

同时控制混凝土浇筑速度，使两个沉井交替均匀上升以减少沉井偏沉量过大。

(4)在沉井接高制作时，考虑到井体下沉因素，将内脚手架附着于一次制作时预留的混凝土牛腿上，外脚手架搭设于井壁外的砂垫层上，与模板完全分开，以避免沉井下沉时引起其失稳，见图2。

(5)沉井群井间距仅1．0m，每个井下沉时相互间都有较大影响，为了避免下沉过程相互干扰，采用7只沉井基本同时下沉方案，控制好相邻间沉井下沉时高差不超过1．0m。

3 沉井施工设计
3．1 第一节沉井
由于高程-2．5m~-10．0m左右均为淤泥质重粘土的软土地基，承载力低，采用砂垫层基础和上铺承垫木扩大刃脚的方法，隔墙下侧采用砂垫层和混凝土基础，扩大承载面。

3．1．1 砂垫层设计
砂垫层厚度按下式计算：
H=(1)
式中：
G1、G2—分别为沉井每米延重、每米能承担的施工荷载；
R—地基承载力；
φ—砂垫层扩散角；
L—混凝土垫层宽度。

经计算，并考虑施工过程中不利因素的存在，实际砂垫层施工厚度采用2．
0m。

第一次沉井制作刃脚踏面高程-1．0m，采用厚1．4m、宽0．2m混凝土垫层扩大刃脚踏面。

单只沉井自重1 315t。

此时地基整体稳定性须进行校核，地基极限承载力按下式计算：
P=×(1+)+?酌d,
P=P / k(2)
式中：Pu—地基极限承载力；
P—地基承载力；
C—地基土凝聚力；
b、l—分别为沉井平面宽、长；
d—砂垫层厚度；
k—安全系数。

尤其要校核短边井壁下地基稳定性。

经计算地基承载力均小于允许承载力。

3．2 沉井降低地下水位计算
因为沉井终沉持力层含承压水，承压水头H为22m，渗透系数k=l×10-2cm ／s，沉井下沉前必须降低承压水头至井底0．5m。

系统涌水量按下式计算：
Q=(3)
R=1.95s(4)
式中：
Q—系统涌水量；
R—抽水影响半径；
s—井内的水位降深；
H—承压水头；
S’—基坑底水位降低值；
H0—含水层有效深度可由S’/(S’+l)查表；k—渗透系数；
X0—基坑假想半径。

另外，单井涌水量：
q=60?仔Dl(5)
式中：
q—单井涌水量；
l—深井滤管长度；
k—渗透系数；
D—滤管直径，为0．
3m。

施工中深井数量：
n=(6)
该工程经计算，系统涌水量19 424m3／d，单井出水量522m3／d，确定施工中深井为40口。

3．3 第二节沉井预制时的稳定
第一节沉井预制高度10．5m，实际下沉9．0m，这时，沉井受4个力作用：沉井自重、施工荷载、下沉时的摩阻力、刃脚踏面下土体的支承力。

经计算，此时下沉系数远大于1，因此沉井处于不稳定状态，采取回填6m深的黄砂，经复核回填砂垫层后沉井制作的稳定系数0．97，满足施工时的稳定要求。

4 沉井下沉
4．1 沉井下沉系数
经计算沉井侧面摩阻力的下沉系数k1为1．779；计入侧面摩阻力、刃脚及隔墙下的土体的支承力时的下沉系数k2为0．883；计入侧面摩阻力、刃脚下土体的支承力时的下沉系数k3=1．264。

从计算可知，k1>1，说明沉井能够下沉，k2<1，说明沉井终沉时能够稳定而不会发生超沉，k3>1，说明沉井在下沉过程中，只要将隔墙土掏空，沉井即开始下沉。

4．2 下沉方法
本工程沉井高度较高，为保证平稳下沉，分两次制作，两次下沉。

首先将混凝土垫层、砂垫层、砖砌体拆除及支承木抽除，在沉井四角设立指针，并埋设高程点和水平位移标志。

采用干法施工，由于土层复杂，夹层较多，地下水丰富，沉井下沉前必须确保降水深井打好，必要时及时抽水，为沉井内干取土创造条件。

由于用砂垫层施工，在清理砂垫层过程中不可能清理干净，因此在
下沉过程中井壁外围有砂和泥土夹层与井壁摩擦，此时如果过快的将刃脚掏空会发生突沉，当发生类似情况时应适当挖取井土，在井外减载较为安全。

4．3 沉井倾斜防止措施
(1)在沉井初沉过程，对称、依次、同步、分区清除垫层。

(2)沉井下沉过程中，按规范要求对称、均匀取土，井格之间的土层高差控制在小于
50cm范围内。

(3)沉井发生倾斜后，在刃脚较低的一侧回填砂或石块，以延缓下沉，在刃脚高的一侧加强取土，待沉井正位后再均匀分层取土下沉。

(4)沉井群分批间隔下沉。

即按1#、3#、5#、7#、2#、4#、6#间隔下沉，相邻沉井下沉高差不大于
1m，这主要是防止沉井下沉过程中对周围土壤的扰动而导致相邻沉井倾斜。

4．4 沉井下沉过快控制措施
沉井下沉时将经过软弱土层，根据下沉系数计算，在不考虑刃脚反力的情况下，下沉系数达1．779，如果下沉时挖土处理不当，可能出现沉井下沉过快现象。

因此在沉井下沉挖土施工时，除按对称、均匀原则外，还应控制每层开挖深度在0．4m内，由中间逐渐向四周开挖，在刃脚处留一土堤，再分段向刃脚方向逐层全面、对称、均匀地削薄土体。

此时切削土体速度放慢，利用沉井刃脚挤压土均匀下沉。

另外施工时，减少中间挖土深度，必要时利用沉井井格底梁与沉井刃脚一起挤压土下沉。

4．5 井外土、砂涌入井的防止处理
当沉井接近终沉时，会遇到⑤层粉砂土层，且有承压水，如果处理不当，容易发生流砂现象，为此，施工时要注意。

(1)做好沉井外降排水，降低承压水头。

(2)中间挖土不能形成锅底，并防止在刃脚上挖土。

(3)如发生意外时，井内控制一定的水头，作为压重，防止泥砂涌入。

4．6 沉井下沉状态观测
当沉井下沉4～5m时，进入正常下沉阶段，正常下沉时，每4h测量一次，使沉井的对角高差不超过30cm，并观察沉井周围土质变化情况，将地下水位、涌土、沉降、沉速随时记入历时曲线表。

终沉阶段最后2m范围内要减小锅底的开挖深度，防止突沉及超沉事故发生，此时每2h测量一次沉降值，以控制开挖深度及速度，以下沉为辅，纠偏为主。

当沉速8h不超过1cm即认为沉井已趋稳定。

5 结束语
新沂河海口控制工程北深泓闸沉井群基础是迄今为止江苏省水利工程建设中设计最大的沉井群。

该沉井群两次制作、两次下沉，并采用干法下沉，下沉过程有效地防止了砂涌、倾斜、突沉等情况的发生，既节省工程投资，又缩短工程施工工期，为其它海淤土地基上建造类似工程提供了经验。

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