道路工程雨水沉井施工要点及其下沉时倾斜的控制措施

张峥愈　王顺辉

摘要：概述杭甬高速复线澥浦互通连接线工程二期Ⅱ标段道路工程状况，提出了该工程集水井采用“不排水下沉法”施工方案，制定并实施了沉井施工方法和技术要求，分析沉井下沉过程中产生倾斜的原因，采取过程控制措施和沉井倾斜纠正措施，保证了沉井施工的顺利进行。

关键词：道路工程；雨水沉井；施工要点；倾斜控制

0   引言

沉井是筒状结构物，依靠其内侧挖土和自身质量，克服井体外侧摩擦阻力后下沉到设计标高，然后使用混凝土封底，使其成为结构物的基础。这种施工方式的优点很多，可在降低深基坑支护成本的同时，起到挡土挡水的作用。在市政道路深基坑、桥梁墩台、建筑物基础和地下室等方面，沉井施工方法均得到了广泛应用。但是需要掌握沉井施工要点，对沉井在下沉过程中容易发生倾斜的问题，需要进行认真分析研究并加以解决。

1   工程概况

宁波市杭甬高速复线澥浦互通连接线工程南起绕城高速与世纪大道一期贯通，向北在嵐山水库与澥浦大河向北与海天路交叉，终点为杭甬高速复线澥浦互通收费站，全长6.93km。本文所述为该工程二期Ⅱ标段，即海天路至滨海河段道路工程，桩号为K4+550～K6+165，长度为1.615km，标准断面宽度为44m，设计标准为城市主干路，设计车速为60km/h。该标段范围内均为现状堆土区，路基两侧堆土区长度约为1500m、宽度约为100m、堆土区地面高程为6～10m，堆土区内无建筑物及地下管线。该标段共设置2道横向雨水管，其中在K5+050处设置1道长度为180m的D1200mm横向雨水管，道路雨水分别由路基两侧汇入交汇井，通过横向雨水管排入澥浦大河。设置横向雨水管时，需考虑道路纵坡低点和路侧堆土高度，尽量减少横向管道的埋深，同时在横向雨水管两侧设置沉井。

2   施工方案

2.1   设置沉井

由于道路两侧为堆土区，若横向雨水管道采用明挖法施工，土方开挖量大，会增加施工安全风险。因此100m横向雨水管采用顶管施工方案，其两侧的沉井采用“不排水下沉法”的施工方案。

沉井施工区域内的堆土区地面高程为7.8m，工作井的井内平面尺寸为5m×7m，井的深度为8.5m（含3.35m刃脚），井壁厚度为60cm。工作井采用预制盖板，其规格（长×宽×厚度）为5.5m×1.2m×0.5m，工作井进出水口高程为0.89m，支管管底高程为1.687m。接收井的井内平面尺寸为3m×5m，井的深度为9m（含3.15m刃脚），井壁厚度为40cm，其盖板与井壁整体现浇，接收井进水口高程为1.65m，出水口高程为0.95m。沉井的技术参数如表1所示。

为防止汛期澥浦大河河水倒灌入雨水管网，在K5+050处的D1200横向雨水管的出水口之前的沉淀池处设置分流支管及强排泵站。一般情况下，雨水经沉淀过滤后通过出水口直排入澥浦大河。汛期水位上升，雨水通过支管进入泵站，当水位达到1.8m的水泵启动水位后，泵站启运，雨水经水泵提升通过D800mm钢管排入澥浦大河。沉井平面布置图如图1所示。其中左侧为5m×7m工作井，右侧为3m×5m接收井。

2.2   沉井施工流程

沉井的施工流程如下：施工准备→施工放样→基坑开挖→砂垫层施工→浇筑素混凝土垫层→搭设脚手架、安装刃脚模板→绑扎钢筋→浇筑第1节井体混凝土→沉井下沉、土方外运→第2节井体制作、下沉→砌筑浆砌块石、浇筑混凝土垫层→浇筑钢筋混凝土底板→沉井验收。

3   沉井施工要点

3.1   沉井施工方法

横穿堆土区的D1200mm钢筋混凝土雨水管深度为5～7m。由于过深，采用顶管施工。其两侧的沉井（工作井、接收井）均为钢筋混凝土结构。根据设计要求和本工程地质情况，按照有关施工及验收技术规程的要求，结合施工现场实测地形和周围环境，采取以下施工方法：一是根据设计图纸要求，工作井和接收井的井体采用2次制作、2次下沉方法；二是工作井、接收井的井体均采用不排水下沉方法；三是工作井和接收井的土方均采用挖掘机抓土、人工配合挖土下沉方法；四是工作井和接收井均采用干封底方法。

3.2   沉井施工技术要求

3.2.1   施工准备

在进行沉井施工之前，要根据施工现场的实际情况、沉井的地质条件、沉井的结构，因地制宜地制定和实施正确、合理的施工方案。在沉井实施下沉施工之前，要详细分析地质资料，观察沉井结构和质量是否对称，刃脚下的土层硬度是否均匀。以桩基支撑的沉井，要注意沉井的位置是否准确。

沉井井体混凝土采用2节浇注、2次下沉方式。每节的混凝土浇筑均采用分层平铺法，每层厚度控制在30～50cm，沿着井壁四周对称、均匀浇筑，避免压力不均匀产生基底不均匀下沉。沉井井体分2节浇筑产生的水平施工缝容易产生漏水，须在浇筑第2节井体前，将第1节井体的上平面凿毛、清理，然后方可进行第2节井体钢筋绑扎、立模、浇筑施工。

3.2.2   混凝土强度

混凝土强度达到设计值的25%以上时，方可拆除沉井井体模板。第1节井体混凝土强度等级达到70％，方可浇筑第2节井体。第1节井体混凝土必须达到设计强度、2节井体混凝土强度必须达到设计强度的70%后，方可进行沉井下沉。

3.2.3   指挥协作

在专人指挥下对称、同步敲碎刃脚底部的混凝土垫块。在击碎刃脚底部混凝土垫块的过程中，夯砂或砂砾石要随击碎随清除，并在刃脚内、外侧填筑小土堤。在分层夯实的同时，注意观察沉井下沉是否均匀。在沉井下沉过程中，要注意沉井的结构质量是否对称。

3.2.4   下沉控制

沉井下沉时，挖土要均衡、匀稱、缓慢，使井壁挤土下沉。发现井体倾斜、位移要及时纠正，沉井各点下沉不能产生大于100mm的不均匀下沉。沉井周围不能堆积土方，施工挖出的土方要及时清运。要及时将挖出的地下水排出井体。

3.2.5   安全监控

要严格按照施工组织设计及其有关规定，在高压缩性土体中进行沉井下沉作业。要设立监控系统，在井内突然发生井壁下沉时须及时发现，并采取防止土面骤升而引发安全事故的有效、可靠的安全措施。

4   沉井倾斜的原因和控制措施

4.1   沉井下沉时产生倾斜的原因

经分析，沉井在下沉过程中产生倾斜的原因有以下4个方面：一是沉井刃脚下方的基土硬度不均，井体受地下局部障碍物阻碍，被拖住无法顺利下沉，造成沉井下沉时发生倾斜。二是沉井下沉速度过快、刃脚下方的土体被过度掏空或向井内涌入大量流砂，造成沉井发生倾斜。三是所采用的挖土方案不合理，井内的土面高度差较大，没有做到均匀对称的挖土；或者对泥质黏土性能估计不准，泥质触变性能不清，造成沉井发生倾斜。四是沉井下沉过深，造成其下沉过程难以控制，从而导致其下沉过程出现倾斜。

4.2   施工过程控制措施

4.2.1   土方挖掘要点

井体完成制作且下沉准备工作完成后，方可拆除刃脚垫架。井内挖土工作面应从沉井中心开始，分层、匀称地进行挖土作业。土方挖掘要点是：先由沉井中部逐步向四周掘进，每层掘进厚度为0.4～0.5m，沿刃脚四周保留0.5～1.5m的土堤，再沿2～3m一段的沉井井壁向刃脚方向逐层削薄土层，做到充分对称均匀。为了防止井体下沉速度过快，应严格控制坑底深度和出土量，防止刃脚下方土方产生虚空。

当障碍物垫在刃脚一侧时，要及时予以清除，以便使井体继续均匀下沉。如果障碍物是较小的孤石，可将其附近的泥土掏出后取出该孤石。如果障碍物是较大的孤石，可先用风镐将其破碎成较小的石块后，再将其清除。如沉井刃脚土质软硬不均，可将砂石进行回填，使该土质软硬匀称。为避免沉井发生倾斜，沉井内土体每层开挖深度应在30cm以下或更薄。

4.2.2   控制第1节井体下沉尺寸

第1节井体下沉时，必须考虑其与第2节沉井的接高问题。这是因为在两节沉井接高时，有可能因为沉井总体质量增大，造成沉井下沉，将第2节模板顶掉或造成沉井倾斜。故第1节沉井下沉完成后，其混凝土顶面应高出地面1m以上。

4.2.3   正确处置异常情况

沉井下沉时如果发生异常情况，应及时分析研究并尽快采取有效对策。如果井体外侧摩擦阻力过大，应采取减阻措施，使沉井连续下沉，避免出现长时间停歇；如果遇到沉井下沉过急时，应在井壁周围采取停止开挖或在井内留有较多土方等措施，使下沉停止；如果遇到流沙问题，应采取抑制流沙的引水法、井穴法或者深井抽放法等方法予以解决。

4.2.4   注重观察和测量

在沉井下沉之前，安排专人入井观察、测量。每8h至少进行2次沉降观测，每台班至少进行1次刃脚标高和位移观测。沉井的高差和中心位移测量应在每次沉井下沉稳定后进行，沉井下沉数据应严格执行设计方案。对每项观测资料都要如实记录，做到分析和管理有资料。

4.3   沉井倾斜纠正措施

4.3.1   纠正方法

纠正沉井倾斜的具体方法有以下4种：一是沉井下沉时，如发现刃脚下边有障碍物必须及时清除；二是所有井格内部与井格之间的土层高差不能超过1m，在最后下沉阶段的土层高差应保持0.5m范围以内；三是对沉井外侧塌陷区要及时回填土方，保证沉井外围土体稳定；四是如果沉井发生倾斜或偏转现象时，应及时分析原因并采取相应方法进行纠偏，确保合理纠正下沉偏差。

4.3.2   除土纠偏

在沉井初沉时若发生倾斜现象，纠正起来相对容易。此时通常在刃脚较高的一侧进行除土作业，以减少刃脚较高一侧的正面阻力，增加刃脚较低一侧的正面阻力，从而使沉井偏差在下沉过程中得到缓慢纠正。

4.3.3   井外射水纠偏

沉井在正常下沉过程中，其外壁与周围土层的摩擦阻力不断增大，此时在井内纠正偏斜的难度较大。若要纠正沉井的偏斜，必须破坏沉井外壁土层原有的被动式土压，即对沉井土压较高一侧的外壁土层，采用高压射水方法进行冲刷，以减小该土层对沉井外壁的被动式土压，使沉井的倾斜得到缓慢的纠正。

4.3.4   重物加压纠偏

沉井外壁与其周围土层的摩擦阻力较大一侧，其下沉量较少、位置较高、沉井就发生偏斜。此时可在较高一侧井顶位置搭设平台，放置钢锭等重物以增大重力，使较高一侧沉井的沉降量大于较低一侧沉井的沉降量，已将沉井的倾斜度纠正。

4.3.5   沉井位置扭转的纠正

如果出现沉井位置扭转问题，可在沉井偏位进行两角偏出土，其余两角进行偏填土，利用刃脚下方产生的压力差，形成相应的力矩，使出现扭转的沉井在下沉过程中慢慢恢复到正常状态。整个纠偏过程一定要缓慢进行，完成纠偏后，沉井应处于匀速、缓慢下沉状态。

5   结语

本文以宁波市海天路至滨海河段道路工程为背景，阐述雨水管道集水井采用“不排水下沉法”施工方案，制定并实施了沉井施工要点，认真分析研究了沉井倾斜的原因，采取了行之有效的控制措施，保证了沉井工程质量和工期，实现了良好的社会效益和企业经济效益。

参考文献

[1] 陶建山.泰州大桥南锚碇巨型沉井排水下沉施工技术[J].铁道工程学报，2009（1）：63-66.

[2] 穆保岗，肖强，张立聪，等.土体支承刚度对下沉期沉井内力的影响分析[J].东南大学学报（自然科学版），2012，42（5）：981-987.

[3] 穆保岗，朱建民，龚维明，等.南京长江4桥北锚碇沉井的排水下沉分析[J].土木建筑与环境工程，2010，32（5）：135-141.

[4] 梁穑稼，徐伟，徐赞云，等.沉井下沉时土压力和侧壁摩阻力分析[J].同济大学学报（自然科学版），2014，42（12）：1826-1832.