张帅

（中交第三航务工程局有限公司南京分公司，江苏 南京210000）

1 工程概况

本工程雨水泵站位于太仓四期堆场16#泊位集装箱堆场北侧，施工前，地基处理工作已经完成。雨水泵站为钢筋混凝土沉井结构，长边为29.35m，短边为15.2m，总高12.4m（其中刃脚1.5m 高），泵房底板厚0.9m，沉井内设置隔墙三道，外井壁厚B=0.8m，内隔墙厚度为0.5m，泵房顶板标高为+6.35m，刃脚踏面标高为-6.05m，始沉地面标高+3.2m，沉井深度9.25m。

2 水文地质条件

2.1 冲填土（KC）

灰黄色，湿～饱和，松散～稍密。细砂性，含云母，局部含贝壳碎片及腐植物根茎。该层在陆域堆场区均有分布，为陆域的表土层，厚度一般为6.0～9.7m。

2.2 灰色淤泥质粉质黏土（al-mQ42）

饱和，流塑。切面稍粗糙，土质不匀，含有机质，夹少量粉土薄层，单层厚度0.2～0.5cm，局部切面较光滑，近淤泥质黏土夹粉砂，摇振无反应，韧性中等，干强度中等。该层广泛分布水域码头后沿和陆域勘察区内，顶板标高一般为-1.89～-10.49m，厚度一般为0.8～8.4m。

2.3 灰色淤泥质黏土（al-mQ42）

饱和，流塑。切面光滑，土质较匀，夹少量粉土或粉砂薄层，局部含有机质及贝壳碎屑，摇振具反应，韧性高，干强度高。该层广泛分布于陆域勘察区内，局部相变为Ⅲ2 灰色淤泥质粉质黏土，顶板标高一般为-1.90～-5.84m，厚度一般为3.0～8.8m。

研究地质报告得出，沉井所在地质状况较差，属于淤泥质黏土地质，沉井施工难度高。

3 降水设计及下沉、抗浮验算

3.1 降水设计

本雨水泵站采取沉井施工工艺，现场浇筑的方式，原地面按3.2 米计，水位在2 米左右，沉井深度9.25 米，刃脚标高-6.05米，降水深度8.05m，含水层厚度按8.05m 考虑。

本次降水的目的有两个：为沉井排水下沉创造条件；防止沉井在封底后底板强度上来前这段期间上浮，故将地下水位降至刃脚标高以下。

为满足降水要求，现场采用双滤头管井降水方式。在沉井下沉之前开始保持连续抽水，直到雨水泵房底板砼达到设计强度后回填井壁间隙土方后方可停止。

井点降水计算与设计：

井点布置及埋置深度：井点管沿着矩形沉井一边一个。

井点布置计算：

（1）基坑假想半径x0 的确定（基坑长宽比小于5，将其化成假想半径x0 的圆形井）：

x0=（A/π）1/2

A 为井点管所包围的平面面积（m2）；25.2×33.35=640.32m2;

x0=14.27；

x0 为基坑假想半径（m）；

（2）抽水影响半径的确定：

R=1.95S（KH）1/2=54.9m

R 为降水井影响半径（m）；

K 为渗透系数（m/d）;

H 为含水层厚度（m）；

S 为基坑水位降深（m）；

抽水影响半径R=54.9+14.27=68.8m。

（3）总涌水量计算（按无压完整井群井点考虑）：

Q=1.366k（2H-S）×S/（lgR-lgx0）=197.87m3/d=0.002m3/s（4）计算井点管数量和间距：

深井单位长度出水量：

q=2πrl√k/15=0.0003m3/s

r 为井管的直径；

l 为滤管的长度；

深井进水过滤器部分需要的总长度L=Q/q=6.67m；

群井抽水单个深井过滤器浸水部分长度h0=3.48m；此数值nh0=4×3.48>L 条件。

深井井点布置考虑工程平面尺寸：

x1=17.1，x2=17.1，x3=12.08，x4=12.08，x3=17.1，x4=17.1，x7=12.08，x8=12.08

所以lg（x1*x2*x3*x4*x5*x6*x7*x8）=9.26

Q=1.366k（2H-S）×S/（lgR-lg（x1*x2*x3*x4*x5*x6*x7*x8）/n）

=198m3/d=0.002m3/s

经验算，深井数8 个，在沉井每边各一个。总涌水量、深井井点数和布置距离满足本工程降水要求。

图1 沉井位置示意图

3.2 沉井的下沉稳定系数

（按制高10.5m，下沉10.5m，且排水下沉进行计算，B=0）K=Q-B/[L（H-2.5）f]

其中：K-沉井下沉系数；

Q-井壁自重；

H-井壁高度；

L-井壁外周长；

f-土壤的摩擦系数

=（6.86*11.8+1.1*9.8+1.09*9.8）/（6.86+1.1+1.09）=11.3KN

K= （10.5 ×0.8 ×85.5 ×+10.5*0.5*13.6*3）*25／[85.5 ×（10.5-2.5）×11.3]＝3.02＞1.25。

所以沉井能在自重下顺利下沉。

3.3 沉井的抗浮验算

设计高水位为+2.0m，而沉井底标高为-6.05m，则地下水对沉井的浮力为

F＝ρghs1＝35912.66KN

其中ρ－水的密度，取103Kg/m3；

h－水面至井底高度2m+6.05m＝8.05m；

s1－井底面积，15.2×29.35＝446.12m2；

F－水对沉井的浮力

按最不利算，不考虑土与井壁摩擦力

沉井自重：G=（85.5*0.8*11.7+13.6*0.5*11.7*3+15.2*29.35*0.2）×25=28205KN；封底砼G=（1.5+2）/2*15.2*29.35*24=18737kN；

所以G=28205KN+18737KN=46942KN

K＝G/F=46942/35912.66=1.3>1.1

因此，沉井在地下水浮力的作用下能够保持稳定。

4 施工重点控制

4.1 沉井一次整体下沉控制

根据现场实际情况，采用排水取土下沉，在沉井四周分别设置管井进行降水，每个深井内部安装潜水泵，确保地下水位降至沉井底高程0.5 米至1m 以下，保持沉井内部无积水。在下沉过程中，始终将井中的水位保持在下沉表面下方至少0.5 米处。

下沉时需要对角对称取土，从四角同时取土，刃脚边缘应使土堤保持在1m 以上，如果预留1m 的土体沉井还不能顺利下沉，则采用齿轮式对称取土，取土时不能将刃脚掏空或冲刷到沉井的外壁外侧，以免引起井外的土塌入井内或突然下沉。控制冲沉时的速度以及偏斜。

图2 沉井下沉冲洗顺序示意图

下沉速度控制：沉井的下沉控制，主要控制沉井下沉量的及沉井中轴线的位移。初始阶段应至少每2 小时测量一次。如有必要，应进行连续观察以纠正偏差。下沉速度控制在50cm/d。终沉阶段观测频次为1 小时。当沉降量接近设计标高时，应加强观察，只有在8 小时内沉降量不超过10mm 时，才能封底。沉井在下沉前2m 以内的速度应较慢，并应严格控制沉井刃脚的高度差，以形成稳定的下沉轨迹。最终下沉的时间（即最后2m以内）应较慢，并且下沉应在设计标高之上约20cm 处，停止挖掘，加强观察并纠正任何偏差，以使沉井稳定并达到设计位置。沉井下沉结束后的允许偏差：刃脚高程和设计高程的误差不得超过100mm；刃脚平面位置的偏差不得超过下沉总深度的1%；当下沉总深度小于10m 时，偏差可为100mm。

4.2 沉井下沉位移控制

为控制沉井下沉位移，日沉降量应控制在50cm 以内，以防损坏井壁，根据现场实际情况，采用排水取土下沉，在沉井四周分别设置管井进行降水，每个深井内部安装潜水泵，确保地下水位降至沉井底高程0.5 米至1 米以下，保持沉井内部无积水。在下沉过程中，始终将井中的水位保持在下沉表面下方至少0.5米处。

4.3 沉井下沉速度及偏斜控制

沉井的下沉控制，主要控制沉井下沉量及沉井中轴线的位移。初始阶段应至少每2 小时测量一次。如有必要，应进行连续观察以纠正偏差。下沉速度控制在50cm/d。终沉阶段观测频次为1 小时。当沉降量接近设计标高时，应加强观察，只有在8 小时内沉降量不超过10mm 时，才能封底。沉井在下沉前2m 以内的速度应较慢，并应严格控制沉井刃脚的高度差，以形成稳定的下沉轨迹。最终下沉的时间（即最后2m 以内）应较慢，并且下沉应在设计标高之上约20cm 处，停止挖掘，加强观察并纠正任何偏差，以使沉井稳定并达到设计位置。

沉井倾斜：即沉井垂直出现歪斜超过允许限度，此时应加强观测资料的校核和分析；分区、依次、对称，同步拆除砖模；或在刃脚高的一侧加强取土，低的一侧少取土，或不取土，待正位后再均匀分层取土，还可以在高侧配重加载。

沉井偏移：即沉井轴线产生位移现象，此时应首先加强测量资料的校核，然后控制沉井不再向偏移方向倾斜，在刃脚高的一侧加强取土，低的一侧少取土或不取土。纠正方法都是A 侧刃脚处去土，促使沉井向A 侧倾斜，直至沉井底部中心接近设计中心线，然后在B 侧刃脚处去土纠倾斜。如偏位较大，要多次如此反复进行，直至消除为止。

5 结论

为保证苏州港太仓港区四期堆场工程雨水泵站沉井施工的质量和安全，根据施工条件、设计要求和相关行业规范，通过对沉井下沉、抗浮的相关数据验算，对施工中的多个方面进行了重点控制，这些措施都有力的保证了沉井施工的下沉、偏斜、位移等都符合要求，为以后相似工程的沉井施工提供借鉴。