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沉井下沉施工方案

苏三期—苏州河水系截污治污工程

SSJ1.2标虹南排水系统工程

沉井下沉

施

工

方

案

江苏江都建设工程有限公司

2009-8-1

SSJ1.2标虹南排水系统工程

沉井下沉施工方案

一、工程概况

沉井外径尺寸为15.6m×15.6m，壁厚600，沉井高10.85m，分三次浇筑，下节高度为5m，上节高度4.15m，后浇段高1.5m。

沉井下沉到位后浇筑200厚顶板。

沉井下沉采用排水法下沉，下沉时砼强度达到设计强度100%。

沉井平面布置图

沉井断面图

二、地质情况

据地质报告显示，新建场地位于正常地层沉积区，在20m深度范围内的地基土属第四纪全新世（Q4）及上更根新世（Q3）河口～滨海相、浅海～滨海相、河口～湖沼相和沼泽相沉积层，主要由粉质粘土、粉性土组成。

按其沉积年代、成因类型及其物理力学性质的差异，按上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》（DGJ08-37-2002）相关条款可划分为可划分为八个主要层次。

本工程原地面标高一般在5.00～4.17m，②、③层土都为粉质粘土夹有粉土，③夹层为粘质粉土，这些土层粘性及砂性都比较重，透水性较高，扰动后，在动水压力作用下极易产生土体坍塌，流砂及管涌现象，对基坑开挖、SMW工法桩成孔、成桩质量及止水效果都带来较大难度。

第④层为灰色淤泥质粘土，流塑状，属高灵敏软土，易产生触变等不利影响。

在这一特定地质条件和特定地理环境下，对深基坑的施工带来了极为不利的约束条件和风险因素。

地下水：

场地地下水位标高为3.4m~3.86m，地下水平均标高3.59m。

三、工程特点与难点分析

1、构筑物体型大，下沉时垂直度、纠偏较难控制。

2、沉井靠近河道，地下水位高、土层渗透系数大，下沉时如果发生坑底涌土（砂）

现象，将严重影响沉井下沉质量。

四、施工总体部署及方案

1、沉井下沉方案选择

根据工程范围内的地质情况，构筑物特点，本工程采用排水下沉工艺。

总体施工安排是：

首先在井外布置6组Ф300深井降水，当地下水位降至刃脚1.5m以下，水力冲泥下沉，当沉井下沉至设计高程，采用砼封底。

沉井四周布置3个泥浆沉淀池，并通过输泥管排至指定区域。

沉井下沉计划24小时不间断连续作业，因此组织3个下沉班组轮班施工。

2、沉井下沉工艺流程

深井降水

井底、刃脚清理

初沉

下沉到设计标高

下沉观测

砼封底

3、施工准备及现场总平面布置

1）施工人员准备

我公司将组织一套精、技术资质高、经验丰富有施工经验的项目管理班子，挑选施工经给丰富的优秀施工人员，参加本沉井下沉施工。

按时、保质、保量完成下沉任务。

主要管理人员及劳动投入计划表

序号

岗位

人数

1

项目经理

1

2

生产负责人

1

3

技术负责人

1

4

施工员

3

5

安全员

1

6

机械操作工

10

8

测量工

2

9

电工

2

10

普工

20

2）施工机械设备准备

主要施工机械设备、仪器投入计划表

序号

设备或仪器名称

型号、规格

功率

数量

备注

1

钻孔机

φ150

5kw

2台

管井成孔

2

深井井点

JN90-20

8kw

6套

降水

3

水力吸泥机

3B-57

15kw

9台

排泥

5

汽车吊

QY25

25t

1台

设备吊装

6

离心泵

YZ-160MZ-2

15kw

20台

冲泥、注水

7

空压机

1.5方

2台

刃脚清理

8

空压机

9方

2台

沉井助沉

9

水枪

口径Φ12-15mm

9套

冲泥

10

注浆机

DBJ-2

1台

应急备用

11

经纬仪

J2

1套

下沉监测

12

水准仪

S3

1套

下沉监测

3）施工现场总平面布置

（1）临时用水、用电

施工中水力冲泥用水从河道中直接抽取。

经估算沉井下沉时的最高用电符合不大于250KVA，现场专用的施工电缆基本上可满足要求，另外配备1台200KVA的发电机作为备用电源。

（2）泥场布置

我方计划在泵站西侧围墙外5m开挖3座泥浆沉淀池，沉淀池规模为25m×20m×3m，边坡系数为1：

1.5。

4）施工进度计划

沉井下沉计划总工期为20天。

各工序工期安排如下：

（1）下沉准备工作：

2009.8.4~2009.8.16工期为3天

（2）沉井下沉：

2009.8.17~2009.8.31工期为15天

（3）封底：

2009.9.1~2009.9.2工期为2天

4、沉井下沉施工

1）下沉准备

1、施工测量

（1）沉井测量复核

根据甲方提供的座标控制点与高程测量基准点，对制作完成的沉井进行外尺寸复核，复核内容主要包括沉井的高度，轴线位置的偏差情况，并填写测量放样单报监理复核。

（2）标示下沉基准

在沉井四角用油漆标出控制高度，同时标出轴线位置。

2、刃脚及井内清理

（1）采用空压机配汽枪人工破碎刃脚下素砼垫层。

（2）清除井室底板下沉井制作时散落的砼块状物

（3）所有杂物通过吊斗运至井外。

2）井点降水

1、井点布设

根据本工程的地质情况及降水深度要求，我方计划采用深井降水。

井点布置在距井壁1.5m处，沿井壁四周布置6，埋设深度至刃脚下1.5m。

每一管井单独用一台水泵，不断抽水降低地下水位。

2、井点施工要求

（1）管井井点采用套管法施工。

当套管下沉时，逐渐加大高压水泵的压力，并须控制下沉速度，当工作水压力为800Kpa，下沉速度控制在0.3～0.8/min；遇见粘土层时，套管要缓慢起落冲沉，以加大冲击面，如需加速下沉，应将工作水压力提高到1200～1500Kpa。

（2）当冲孔深度达到设计标高时，需继续冲洗一段时间，视土质情况可以减小工作水压力或维持原来的压力在井点末放入套管前，先倒入少量砂，一般孔深比井点埋设标高深1m左右。

（3）套管达到设计标高后将井点放入套管内，套管与井点间用绿豆砂填充，砂分2～3次填完，最后拔出套管。

（4）集水井排出的水应排出影响半径以外的地方，以免回流抽水过程中应按时填写抽水记录，经常检查井点有无堵塞（死井），翻砂，死井不得超过10％，当超过时，应用高压水枪冲洗或新埋设。

（6）待沉井下沉到位并封好底，方可拆除井点井水系统所有空洞用砂或土混合料填塞，平地面下4m用粘土填塞。

（7）施工过程中必须对井点保护，设专人负责对井点设备进行监护和保养，确保施工过程中正常的发挥作用。

3）水力冲泥法下沉

1、下沉系数计算

G--B

k＝————

T+R

G—沉井自重及附加荷载重（KN）；

B—被井壁排出的水量（KN），如采用排水下沉时，则B＝0；

T—沉井与土间的摩阻力（KN）

R—刃脚反力（KN），如采用刃脚底面及斜面的土方挖空，则R=0;

本沉井经计算G=21220KN,B=0,T=11456KN,R=0

K=1.85≥1.05，符合下沉要求。

2、水力冲泥下沉

（1）水力冲泥下沉施工应按先中间后四面，分层对称破土，先高后低及时纠偏的原则进行操作施工。

（2）沉井刃脚边四周应保留1m宽左右的土堤使沉井刃脚处挤土下沉，以减少对四周土体的扰动。

只有当沉井中间土体冲除而还不下沉时或纠偏时不可适当冲除刃脚边的土堤，但严禁用水枪掏刷刃脚踏面外土体。

（3）严格控制四角高差，后视水准点要经常复核，在下沉过程中要经常测量观测，随时掌握沉井偏差值，以便及时采取措施。

初沉阶段：

半小时至一小时测量一次，必要时随机观测。

中沉阶段：

一小时测量一次。

4）沉井助沉

在沉井下沉过程中，为防止对周围土体产生较大的扰动和沉井的顺利下沉，采用空气幕法助沉，空气幕法是一种较好的助沉减阻方法，且在施工时能在较大程度降低沉井对周围土体扰动影响，除此原因外，采用空气幕法还有三方面的考虑。

（1）可以利用气幕随时调节下沉系数在沉井下沉过程中可以灵活使用。

（2）可以利用空气幕的不均衡减阻来达到纠偏下沉的目的。

（3）沉井下沉到设计标高后，为防止沉井超沉，可通过气幕管侧壁压浆来达到阻沉，稳定沉井的目的。

空气幕系统主要由一套空压气设备组成，包括空压机，气包，井壁中的预埋管气龛以及地面供气管路等。

气龛是空气系统的关键设施，它直接决定空气幕的使用效果，气龛是预设在沉井上壁的凹槽，空气幕气孔即开口于此，它对喷气孔有保护作用，并便于由喷气孔射出的高压扩散，沿沉井壁上升，形成气幕。

本工程采用倒梯气龛设置在沉井外壁的砼层内，气龛排弄在水平方向以1.5m为标准间距，相邻两层气龛交错布置，垂直方向以1.5m为间距，考虑到气龛位置，如放的过低，可能会导致高压气，沿刃脚底进入井内引起翻砂。

为便于施工压气和纠偏，全部气龛沿沉井四周划分四个组，每组均有独立的竖向支管供气。

井壁内预埋管道，空气幕的喷气孔是在供气管上用手枪钻打出的这些带有喷气孔的管，常有竖管和水平两种布置方式。

本工程考虑到纠偏和控制下沉速度的需要，采用水平管，即沿沉井高度布设四根水平管，利用三通与一根竖向φ25钢管，竖管均采用φ40无缝钢管，喷气孔在气管位置用于手枪钻在水平管上打φ3的孔，根据以往经验，为便于气体扩散，气孔位置稍偏上为宜，同时注意磨掉小孔处的毛料，以防止堵塞气孔，下沉前要进行压气试验，以检验气孔及管路是否畅通。

井外供气总管，井壁外供气管搁在井壁顶总管为φ100无缝钢管，通过空气交流装置连接到空气幕，每个组的供气支管，在分流装置上设有阀门和气压表，以便于控制。

空气机及气包，空压机采用9m3机动空压机两台9m3气包两只。

空气幕压使用过程中，影响其效果的重要因素是喷气孔堵塞，为解决这一问题，可采用两种防堵措施，一是在水平管两端设置沉淀筒，二是在喷气孔上外套一橡皮环单向供气。

5）下沉纠偏

1、沉井倾斜偏转的原因

（1）沉井刃脚下土层软硬不均匀。

（2）没有均匀冲土下沉，使井孔内土面高低相差很多。

（3）刃脚下掏空过多，沉井突然下沉，易于产生倾斜。

（4）刃脚一角或一侧被障碍物挡住，没有及时发现和处理。

（5）由于井外弃土或其他原因造成对沉井井壁的偏压。

（6）排水下沉时，井内产生大量流砂等。

2、纠偏方法

（1）偏除土纠偏

沉井在入土较浅时，容易产生倾斜，但也比较容易纠正。

纠正倾斜时，一般可在刃脚高的一侧冲土。

随着沉井的下沉，在沉井高的一侧减少刃脚下正面阻力，在沉井低的一侧增加刃脚下的正面阻力，使沉井的偏差在下沉过程逐渐纠正，这种方法简单，效果较好。

纠偏位移时，可以预先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与设计中轴线的位置相重合或接近时，再将倾斜纠正或纠至稍微向相反方向倾斜一些，最后调正至使倾斜和位移都在容许范围以内为止。

（2）井外射水、井内偏除土纠偏

当沉井入土深度逐渐增大，沉井四周土层对井壁的约束力亦相应增加，这样给沉井纠偏工作带来很大的困难。

因此，当沉井下沉深度较大时，若纠正沉井的偏斜，关键在于破坏土层的被动土压力。

高压射水沿沉井高的一侧井壁外面插入土中，破坏土层结构，使土层的被动土压力大为降低。

这时再采用上述的偏除土方法，可使沉井的倾斜逐步得到纠正。

在有条件时，还可以在沉井顶部加偏压重的方法来纠正沉井的倾斜。

（3）压重纠偏

在沉井高的一侧压重，最好使用钢锭或生铁块，这时沉井高的一侧刃脚下土的应力大于低的一侧刃脚下土的应力，使沉井高的一侧下沉量大些，亦可起到纠正沉井倾斜的作用。

这种纠偏方法可根据现场条件进行选用。

（4）沉井位置扭转时的纠正

沉井位置如发生扭转，可在沉井偏位的二角边出土，另外二角边填土，借助于刃脚下不相等的土压力所形成的扭矩，使下沉过程中逐步纠正其位置。

6）质量验收标准

（1）刃脚平均标高与设计标高的偏差不超过10cm。

（2）沉井水平位移不超过下沉总深度的1％，并且不超过10cm。

（3）刃脚地面四角中的任何两角的高差不得超过该两角间水平距离的1％，但最大不得超过30cm。

五、沉井下沉施工常遇问题和预防处理方法

常遇问题

原因分析

预防措施及处理方法

下沉困难

（沉井被搁置或悬挂，下沉急慢或不下沉）

1、井壁与土壁间的摩阻力过大

2、沉井自重不够，下沉系数小

3、遇有地下管道、树根桩等障碍物

4、遇流沙、管涌

1、继续浇注混凝土增加重量，在井顶均匀加铁块或其他荷重；

2、挖除刃脚下的土，或在井内继续进行第二层碗形破土；用小型药包爆破振动，但刃脚下挖空宜小，刃脚须保护

3、排水下沉，井内降水减小浮力

4、井外装射水管，冲刷井壁外围土

5、触变泥浆减阻

6、清除障碍物；控制流沙、管涌

下沉过快（速度超过挖土速度，出现异常情况）

1、遇软土层，土的耐压强度小，使下沉速度超过速度

2、长期抽水或因砂的流动，使井壁与土间摩阻力减小

3、沉井外部土体液化

1、在定位垫架处给以支承，调整挖土

2、改为不排水下沉，增加浮力

3、在井外壁间填粗糙材料，或将井筒外的土夯实或填碎石，加大摩阻力

4、减少每节高度，减轻自重

突沉（沉井下沉失去控制，出现突然下沉的现象）

1、挖土不注意，将锅底挖得太深，沉井被摩阻力和刃脚托住，继续挖土时，土壁摩阻力达到极限，井壁阻力因土的触变而突沉

2、流砂大量涌入井内

1、加大下沉系数，沿井壁注水，减少摩阻力

2、控制挖土，锅底不挖深；刃脚不掏空

3、在沉井底梁设支撑，以承受一部分土反力

4、控制流沙现象发生

倾斜

（沉井垂直度出现歪斜，超过允许限度）

1、沉井刃脚下土软、硬不均

2、井外回填土夯实不均

3、挖土不均高差悬殊

4、刃脚下掏空过多，沉井突沉，易产生倾斜

5、刃脚一侧被搁住

6、排水开挖，井内一侧涌砂

7、井外堆土堆物，附加荷载不均

1、加强沉井下沉观测和资料分析，发现倾斜要及时纠偏

2、分区、依次、对称、同步地抽除垫木，及时用砂或砂砾填夯实

3、在刃脚高的一侧加强取土，低的一侧少挖土或不挖土，待正位后再均匀分层取土

4、在刃脚较低的一侧适当回填砂石或石块，延缓下沉速度

5、在井外深挖倾斜反面的土方，回填到倾斜一面，增加倾斜面的摩阻力

6、不排水下沉，在靠近刃脚低的一侧适当回填砂石；在井外射水或开挖，增加偏心压载，以及施加水平外力等措施

偏移

（沉井轴线与设计轴线不重合，产生一定的位移）

1、大多由于倾斜引起的，当发生倾斜和纠正倾斜时，井身常向倾斜一侧下部产生一个较大的压力，因而伴随产生一定位移，位移大小，随土质情况及向一边倾斜的次数而定

2、测量定位差错

1、控制沉井不再向偏移方向倾斜

2、有意使沉井向偏位的相反方向倾斜，当几次倾斜纠正后，即可恢复到正确位置或有意使沉井向偏位的一方倾斜，然后沿倾斜方向下沉，直至刃脚处中心线与设计中线位置相吻合或接近时，再将倾斜纠正

3、加强测量的检查复核工作

遇障碍物

（沉井被地下障碍物搁置或卡住，出现不能下沉的现象）

沉井下沉局部遇孤石、大块石、地下沟道、圬工、管线、钢筋、树根等，造成沉井搁置、悬挂，难以下沉。

1、遇较小孤石，可将四周土掏空后取出；较大孤石或大块石、地下沟道、圬工等，可用风动工具或用松动爆破方法破碎成小块取出，炮孔距刃脚不小于50cm，其方向须与刃脚平行，药量不得超过200g，并设钢板防护，不得用裸露爆破；钢管、钢筋、树根等可用氧气烧断后取出。

2、不排水下沉，爆破孤石，除打眼爆破外，亦可用射水管在孤石下面掏洞，装药破碎吊出。

遇硬质土层

（沉井破土遇坚韧土层，难以开挖下沉）

遇厚薄不等的黄砂胶结层、姜结石，质地坚硬，用常规方法开挖困难，使下沉缓慢。

1、排水下沉时，以人力用铁钎打入土中向上撬动，取出或用铁镐、锄开挖，必要时打炮孔爆破成碎块。

2、不排水下沉时，用重型抓斗、射水管和水中爆破联合作业，先在井内用抓斗挖2m深锅底坑，由潜水工用射水管在坑底向四角方向距刃脚边2ｍ冲4个400mm深的炮孔，各用200g炸药进行爆破，余留部分用射水管冲掉，再用抓斗抓出

封底遇倾斜岩层

（沉井下沉到设计深度后遇倾斜岩层，造成封底困难）

地质构造不均，沉井刃脚部分落在岩层上，部分落在较软土层上，封底后易造成沉井下沉不均，产生倾斜

应使沉井大部分落在岩层上，其余未到岩层部分，如土层稳定不向内崩坍，可进行封底工作；若井外土易向内坍，则可不排水，由潜水工一面挖土，一面以装有水泥砂浆或混凝土的麻袋堵塞缺口，堵完后再清除浮渣，进行封底。

井底岩层的倾斜面，应适当作成台阶

遇流砂

（井外土粉砂涌入井内的现象，造成沉井突沉、偏斜或下沉过慢或不下沉等现象）

1、井内锅底开挖过深，井外松散土涌入井内

2、井内表面排水后，井外地下水动水压力把土压入井内

3、爆破处理障碍物，井外受振进入井内

4、挖土深超过地下水位0.5m以上

1、采用排水法下沉，水头宜控制在1.5～2.0m

2、挖土避免在刃脚下掏挖，以防流砂大量涌入，中间挖土也不宜挖成锅底形

3、穿过流砂层应快速，最好加荷，如抛大块石增加土的压重，使沉井刃脚切入土层

4、采用深井或井点降低地下水位，防止井内流淤；深井宜安置在井外，井点可在井外或井内

5、采用不排水法下沉沉井，保持井内水位高于井外水位，以避免流砂涌入

超沉

（沉井下沉超过设计要求的深度）

1、沉井下沉至最后阶段，未进行标高观测

2、下沉接近设计深度，未放慢挖土下沉的速度

3、遇软土层或流砂，使下沉失去控制

1、沉井至设计标高，应加强观测

2、在井壁底梁交接处设置承台（砌砖），在其上面铺方木，使梁底压在方木上，以防过大下沉

六、沉井下沉施工监测

1、监测项目

地表土体沉降及水平位移、建（构）筑物沉降（南侧220KVA变电所、西侧防汛大堤、北侧大临设施、东侧合川路道路）、沉井下沉深度、沉井井体偏移、沉井高差。

2、监测点

按规范要求布置监测点（见平面布置图），沉井施工前3天完成对监测项目初始值的测定，取2到3次观测平均数作为监测项目初始值。

监测点

横坐标Y

纵坐标X

高程H

备注

A

4．984

引测高程控制点

B

-8631．176

-6654．845

引测坐标控制点

监测点

监测范围

S1

大临设施沉降及土体位移观测点

S2

大临设施沉降土体位移观测点

S3

防汛大堤沉降土体位移观测点

S4

防汛大堤沉降土体位移观测点

S5

220KVA变电所沉降沉降土体位移观测点

S6

220KVA变电所沉降沉降土体位移观测点

S7

合川路道路沉降土体位移观测点

S8

合川路道路沉降土体位移观测点

监测点平面布置图

7．3监测频率及要求

1）沉井下沉过程中应加强沉井沉降情况的观测，初沉阶段每半小时至一小时测量一次、中沉阶段没一小时测量一次，终沉阶段增加观测次数，防止发生不均匀沉降。

2）尽量减小沉井下沉过程中的偏差，测量控制点、高程控制点等网点经常复核。

3）当沉井下沉至距设计标高近2m时，应放缓沉井下沉速度，以纠偏为主，并密切注意沉井的下沉速度，防止超沉，使沉井顺利下沉至设计标高。

4）施工监测包括对管线、围护结构及周边建筑物的监测，及时预报施工中出现的问题，以指导施工。

七、沉井施工技术安全措施：

1、必须建立健全电气安全管理制度和各级岗位责任制，应加强施工现场的各类电气设备和线路管理。

项目工程师和施工组负责对安全生产的监督检查。

现场的维修电工应负责对现场施工机械和安全用电的具体管理工作，确保施工用电安全。

2、凡是能触及或接近带电体的地方，均应采取可靠绝缘与屏护等措施或保证安全距离。

3、各类导线的选型，应严格保证规定的安全载流量，安装、敷设保证安全。

4、所有电气设备的工作性能和绝缘强度应处于完好状态，且在漏电保护器

的保护范围内。

6、使用电动工具，电源线不可乱放、乱拉，应尽可能使用转盘接线架，下

班收好临时拉线，防止损坏走电。

7、现场使用的机械设备，必须性能良好，安全防护装置齐全。

施工机械进场安装结束后，应由项目项目工程师组织施工组、技术组以及有关作业队的有关人员对施工机械进行验收，合格后方可使用。

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