沉井封底時遇涌砂處理措施探析

劉 燦，魏自富

（中交水利水電建設有限公司，浙江 寧波 315200）

給排水工程地下構筑物常采用沉井施工方法，這種方法適用于埋設較深的構筑物。由于地質結構原因，沉井沉至地下水位以下，從沉井中直接開挖下沉經常容易引起沉井內外出現水頭差，導致出現流砂現象。因而引起沉井下沉過快、沉井傾斜，以致影響周邊構筑物的安全，也給施工帶來極大困難。

在長三角一體化南太湖未來新城長東片區總部經濟園區基礎設施長東路排水工程中，污水閘門井采用沉井法施工，下沉和封底時因地質原因出現涌砂，項目部經過討論分析，比對方案，制定應對措施，取得了良好成效。本文依托現場實際施工經驗，分析、總結沉井下沉及封底時遇涌砂處理措施，以供后續類似工程施工時作為參考借鑒。

1 工程概況

長三角一體化南太湖未來新城長東片區總部經濟園區長東路工程位于浙江省湖州市南太湖新區，該道路線路呈南北向，西起金山三路，經宣家港路、宿瀆港路、金山二路、銀山二路等主要線路，東至金山一路，設計全長為2 945.859m。建設內容包含綜合管廊、道路工程、排水工程、橋梁工程、路燈工程、交安工程。

1.1 沉井、頂管概況

長東路排水工程中污水管道沉井頂管區間為W41-W60，污水沉井共計20 個，其中過河段采用倒虹吸工藝，設置矩形沉井共計4 個（W43、W44、W54、W55），高度均為10.1m，采用2 根DN800 污水管頂管過河；剩余為16 個圓形沉井，圓形沉井中工作井和接收井各8 個，直徑分別為6.5m和4.5m，圓形沉井高度為5.9～9.4m（圖1）。

圖1 污水管頂管過河示意圖

河道兩側分別為頂管工作沉井（W44、W54，井規格為6 500mm×5 500mm）和頂管接收沉井（W43、W55，井規格為4 000mm×5 500mm），并設置閘門。

1.2 工程地質情況

根據勘察單位提供的工程地質剖面圖（圖2），可知沉井下沉到位后所處地層土質為淤泥質粉質粘土。

圖2 工程地質剖面圖

1.3 工程水文情況

勘察期間所測得的地下水初見水位埋深在0.0～2.2m 之間，穩定水位埋深在0.1～2.3m 之間，其標高在0.93～2.13m 之間，平均穩定水位埋深0.99m，平均穩定水位標高為1.50m。

根據場地周邊水井（塘）的水位調查情況，場地內地下水位動態變幅主要受季節性大氣降水影響，歷史最高地下水位接近地表，年平均高水位埋深約為0.0m，低水位埋深約為2.5m，年變化幅值在2.5m 左右。

2 施工工藝及問題分析

根據對擬建場地的土層特征、地下水位及施工條件的綜合分析，本工程的污水管道沉井采用排水下沉和干封底的施工方法。沉井施工工藝如圖3 所示。

2.1 沉井下沉過快

下沉時采用長臂挖機取土，抓土從中央開始向兩側進行，井底中央形成鍋底后，沉井因刃腳承載力的下降而下沉，并將刃腳下的土擠向中央鍋底。繼續從井孔中抓土，使沉井繼續下沉[1]。

正常情況下，長臂挖機取土至刃腳底以下0.5～1.5m，形成鍋蓋狀后，沉井進而下沉至設計標高，如W56-W59 沉井均順利下沉到位（圖4）。但W55 沉井實際下沉施工過程中，沉井下沉速度較快，長臂挖機還未取土至刃腳底時，沉井已下沉至設計標高，同時沉井存在依靠自重繼續下沉的情況。

圖4 沉井封底鍋蓋狀示意圖

項目部立即踏勘現場情況，研究地質報告等相關資料，分析判斷為W55 沉井位于在長東路4#橋東側，靠近主河道，地下水位高，土質偏軟，同時W55 沉井尺寸大，自重大，周圍土體與沉井的接觸摩擦力不足以保持沉井穩定不下沉，因此出現下沉較快的現象。

管理人員當即決定，一方面，停止取土，刃腳處可適當回土并壓實，提高摩擦力防止繼續下沉；另一方面，聯系商混站安排泵車及混凝土罐車，最快時間內完成封底混凝土澆筑，以確保沉井穩定不再下沉。

2.2 封底后涌砂

封底混凝土澆筑完成后，隔日施工管理人員查看沉井井底情況時，發現存在滲水及涌砂現象。涌砂堆積速度一開始較快，后續達到一定高度后堆積速度開始逐漸放緩，目前砂堆積已近淹沒預留洞口，初步估計涌砂高度為1.2～1.5m。仔細觀察發現，砂堆積高度依然在緩慢上升，說明此時涌砂雖速度較慢，但并未停止（圖5）。

圖5 沉井封底后涌砂現狀圖

項目部管理人員探討研究后，分析判斷為臨近河道地下水位高，沉井封底混凝土剛澆筑完成時強度小，不足以抵抗沉井底部的承壓水壓力，以致形成滲流通道，出現涌水涌砂的現象。

項目部查閱相關資料，并與設計單位溝通后，初步確定2 個處理方案。

1）井點降水法 先在沉井四周打設井點降水，降低地下水位至沉井封底混凝土以下，以此減小承壓水壓力，消除涌水涌砂。然后安排人員下井清除堆積砂，沖洗干凈后即可開始沉井底板施工。本方案優點是穩妥，水位降低后水壓力隨即降低，涌水涌砂問題迎刃而解，缺點是費用高，需要打設4 個井點進行降水，初步測算為10萬元，費用較高。

2）高壓灌漿封堵法 先增設水泵抽排井內積水，然后安排人員下井清除堆積砂，沖洗干凈后找到涌水涌砂的漏洞（即滲流通道），最后采用高壓漿對漏洞進行灌漿封堵，確保無涌水涌砂后立即開始沉井底板施工。本方案優點是費用低，僅需進行高壓噴漿即可，初步測算為2～3 萬元，缺點是存在不可控因素，較為冒險，如果承壓水壓力過大，一方面可能出現涌水涌砂速度過快導致無法清理干凈，另一方面可能出現高壓灌漿無法順利封堵，以至于井內底板無法具備施工的條件。

項目部與相關專家分析研究，并對水壓力進行測算后，決定采用第二種方案高壓灌漿封堵法。安排人員架設水泵對井內進行抽排水，水位下降后觀察井內情況，發現涌砂漏洞集中在刃腳四周，判斷為封底混凝土澆筑前刃腳周圍土體未清理干凈，導致封底混凝土與刃腳結合不好，密封性差，進而發生涌水涌砂[2]。

作業人員清理完涌砂至封底混凝土頂面后，仔細搜尋所有漏洞，并立即采用高壓灌漿進行封堵（圖6）。經過觀察、監測，井內不再發生涌砂現象，判定已順利完成封堵，可開始后續沉井底板施工。

圖6 高壓灌漿封堵漏洞圖

3 應用實例

W54 沉井與W55 沉井分別位于長東路4#橋河道東、西兩側，現場施工環境及土質情況基本一致，鑒于西側W55 沉井施工時發生了沉井下沉過快及涌砂現象，若采取同樣排水下沉及干封底的作業方法，東側W54 沉井施工時大概率也會遭遇同樣的問題。綜合考慮，我們決定W54 沉井作業方法改為不排水下沉及水下封底。

W54 沉井挖土下沉時安排專人監測下沉速度，如遇下沉速度較快，立即安排水泵向井內加水，增加井體浮力，減緩下沉速度，以確保下沉到位，不超沉。水下封底可減小封底混凝土受到的承壓水壓力[3]，防止封底混凝土強度未成型時遭到壓力破壞形成漏洞。灌注封底混凝土前注意仔細掏除刃腳處土體，以確保封底混凝土與刃腳結合完好。采用泵車直接伸至水下井底處澆筑混凝土?；炷翝仓樞驗橛伤闹艿街行?，即先澆筑四周刃腳處混凝土，后澆筑井中心混凝土，以便更好地完成封底。

W54 沉井施工時因改為不排水下沉及水下封底，封底順利完成，未出現涌水涌砂現象。

4 結語

綜上所述，沉井施工時如遇下沉過快及封底涌砂問題時，可以改變施工作業方法，調整井體浮力或水壓力，確保沉井下沉及封底的順利進行，同時要注意封底時刃腳的土體清理及混凝土澆筑順序，以保證封底的施工質量。