仇党见 蔡成焕 范力元

中国建筑第四工程局有限公司土木公司市政分公司清远市政路项目部 广东清远 511500

1 工程概况

沉井在市政工程中应用广泛，常用于取水构筑物、排水泵站、大型集水井、盾构和顶管工作井等工程。技术上比较稳妥可靠，挖土量少，对邻近建筑物的影响比较小，沉井基础埋置较深，稳定性好，能支承较大的荷载。

清远市职教一路道路工程，顶管施工包括7个沉井（3个工作井，4个接收井）；现场施工地质和地勘报告基本符合，及开挖下沉2米左右即为卵石层；在正常除土下沉3-4米左右时出现井外塌方，无法正常下沉的情况；通过学习各方面知识，并综合考虑现场实际情况，采用泥浆护壁施工方案实现顺利下沉，可进行下道工序[1]。

2 工程地质

根据地勘报告与现场已施工部位实际情况得知，沉井施工深度范围内，地面标高1-2米范围内为由根植土或杂填土组成，其余主要由卵石、砾砂组成，部分夹杂粘性土或碎石。卵石含量70%-80%左右，粒径2-35cm不等。地下水位深度为地面下2米左右。根据地质情况可得知在土体受到扰动后，流动性大易出现坍塌现象。

3 泥浆护壁施工工艺原理

3.1 沉井下沉系验算

（1）沉井下沉计算包括沉降系数计算，刃脚踏面及斜面下肢反力检算，隔墙支反力计算（有中隔墙沉井），沉井井壁摩阻力计算，沉井稳定计算（浮运沉井），下沉稳定系数计算等。

（2）沉井刃脚检算，刃脚检算根据刃脚在水平和竖直两个方向的作用力进行荷载分配和计算。

（3）依据不排水下沉系数k=1．05-1．25对沉井下沉系数进行验算，验证护壁泥浆减少的摩擦阻力是否满足沉井下沉的条件。以W216圆形工作为例，已施工4节，下沉3节，每节1．5米高，内径7米，壁厚0．45米，计算沉井自重下沉系数k的公式及受力简图如下：

K=（Q-B）/（T+R）=（Q-B）/[πD（H-1．5）f+R]

式中：Q沉井自重及附加荷载（KN），Q=3．14×（7+0．45+0．45）×6×0．45×9．8=656KN；

B：被井壁排开的水重（KN），取值为0；

T：沉井与地基土间的摩擦力（KN）；

R：刃脚反力（KN），刃脚取土时取值为0；

R=7．9×0．45×3．14×5；

D：沉井外径（m），D=7+0．45+0．45=7．9m；

H：沉井高度（m），H=4×1．5=4．5m；

F：侧壁与泥浆摩阻力，取值f=5KN；

代 入 式 中， 可 得 K=（16409-0）/[3．14×7．9×（6-1．5）×5）]=1．175

依据《顶管施工技术规范》（中铁大桥局出版）下沉系数K取值范围为1．05-1．25，可得采用泥浆护壁后沉井可以顺利下沉。

3.2 泥浆护壁机理

（1）泥浆机理分析。护壁泥浆应具有一定的稳定性、流动性和一定的密度。护壁泥浆种类通常有膨润土泥浆、聚合物泥浆、CMC泥浆和盐水泥浆等。目前，工程中大量使用的是膨润土泥浆，遇水显著膨胀，粘聚性和可塑性都很大的材料。

（2）泥浆形成机理。膨润土泥浆的主要成分是蒙脱石，具有触变性、湿胀性和胶体性；膨润土和水混合后，由于膨润土的膨胀而粘度增大，在静置状态下，膨润土悬浮液流动性变小，但重新搅动后，又会恢复原来的触变性。膨润土加清水混合后，产生显著的湿胀。膨润土颗粒在水中就变成一种带负电荷的胶体，从而使膨润土颗粒处于悬浮状态，即形成护壁泥浆[2]。

（3）泥浆护壁机理。由于泥浆具有一定的比重，当槽内泥浆液面高程大于地下水位高程，泥浆就会对沉井壁产生一定静水压力，该压力可抵抗作用在槽壁上的侧向土压力和水压力，相当于一种液体支撑，可以防止井外土坍塌和剥离；由于泥浆会向土层中渗透，地下水也会向槽壁内滲透，双方相互渗透，在槽壁上会形成一层透水性很低的泥皮，从而使泥浆的静水压力直接作用在槽壁上，起到防止槽壁剥落的作用。另外，泥浆还从井壁表面向土层内渗透，待渗透到一定范围，泥浆就粘附在土颗粒上。这种粘附作用减少槽壁的透水性，也可防止槽壁坍塌。

（4）泥浆作用。在泥浆有效护壁的作用下，可以减小地质对沉井壁的摩阻力。泥浆在槽壁上形成的泥皮可以有效地防止槽壁坍塌。

4 操作要点

4.1 泥浆制备

（1）选用的泥浆原料及配合比，应保证泥浆具有良好的稳定性、流动性、固壁性和触变性。泥浆配合比和泥浆性能各项指标应符合施工规范要求。

（2）压浆管路应畅通无阻。压浆管的射口处应设置防护，射出的泥浆不得直接冲刷土壁。

（3）井底置于土层的泥浆套沉井，应根据泥浆套实际效果及地层情况，提前减缓压入泥浆的速度。

4.2 压浆：孔道的设置可分为内管法和外管法

（1）内管法（a）：厚壁沉井可使用内管法，即压浆管设置在井壁内，也可提前在井壁预留管孔。预留管孔可以用缠有铅丝的旧胶管，内穿圆钢芯在井壁预制孔道，灌浇混凝土终凝前，将胶管提起50cm左右，待1-2d后，拔出胶管即形成了压浆管道。

（2）外管法（b）：薄壁沉井可采用外管法，外管法分为井外管和井内外管，即压浆管可置于井壁内侧或外侧。井外管法是将压浆管顺井壁外侧直插入泥浆套内进行压浆。井内外管法是将压浆管从井孔内插在接近沉井台阶高度处，穿过井壁将压浆管出口引至泥浆套内。压浆管的直径为50mm左右，间距3～4m左右，方向与井壁成45°为宜。

5 质量控制措施

5.1 泥浆制备

按照规范要求制备符合要求的泥浆是确保顺利下沉的关键工序

5.2 沉井下沉

下沉前混凝土强度必须达到图纸要求强度，并清除井内杂物；底节沉井下沉初期沉降系数大，应从中间开始向刃脚处均匀对称取土，防止沉井倾斜；沉井应连续下沉，减少中间停顿时间，做好下沉记录，随时分析土层与沉井重量的关系。下沉时，应随时调整沉井的倾斜和位移，控制井内取土深度和井孔间的土面高差。在透水性好的土层中，应保持井内水位高于井外水位，防止大量翻砂。

5.3 下沉观测

井筒下沉过程中可能出现倾斜、位移等现象，为了及时发现问题，并随时加以纠正，必须在下沉过程中严密地进行观测检查，以防偏斜过大而造成纠偏困难。对沉井观测可分井内观测和井外观测两种[3]。

5.4 井外观测

可以从设置在井壁四周的水平标尺测定，为使水平标尺读数不受到井筒下沉引起的沉井四周土壤不均匀沉降的影响，应将水平标尺设置于距井33．5米的位置（如图所示），各水平标尺尺寸上线标高值均应相同，并在水平标尺相对应的的井筒外壁上划定统一的竖直标尺数字，这样根据各处水平标尺指的竖直标尺读数就可得出沉井轴线的倾斜角度，也可按两次的读数差，得知沉井下沉距离，水平标尺应用水平仪测放并经常进行复核，井外观测可每隔1小时进行一次并做好读数记录。

5.5 纠偏

（1）井取土纠偏，由于挖土速度不均匀，引起井筒轴线倾斜的多采用挖土法纠偏。 即下沉多的地点少挖土，下沉少的地点多挖土，其沉井倾斜从而得到纠正。

（2）井顶施加水平力纠偏顶部施加水平力的方法，在井顶设置斜撑固定于基坑内枕木上，在沉井内取土。

（3）位移纠正措施一般是有意使沉井向位移相反方向倾斜，再沿倾斜方向下沉，至刃脚中心与设计中心位置吻合时， 再纠正倾斜，因纠正倾斜重力作用[4]。

6 结语

清远市职教一路沉井施工中，本着设计图纸要求，项目部综合考虑了各种助沉措施和适用的条件：①直臂挖掘机挖土过程中会带有少量水，可往井内注水或者使用抓斗挖掘机进行挖土，进而满足不排水下沉的施工工艺要求；②钢板桩支护止水（卵石层钢板桩施工难度大，不可采用）；③高压射水出去刃角处阻碍卵石；④上部结构允许的情况下增加配重或者接高沉井，可以达到增加自身重力的效果；⑤现场地址允许的情况下使用泥浆助沉；最终结合现场施工条件，项目部选用了试用泥浆助沉的办法，望给后期施工中遇到类似地质施工条件提供参考。