□中国核工业第二二建设有限公司 张立钊
[摘 要]沉井下沉施工是修筑深基础和地下构筑物常用的、最理想的施工方法之一。在中美核安保示范中心建设工程中，我们在沉井下沉过程中进行水平、垂直及沉井位移监测，按照设计及规范要求，对超出偏差范围的偏差及时进行原因分析并采取措施纠偏，保证了沉井的顺利、准确下沉。
1、沉井概述
沉井是井筒状的结构物，是以井内挖土、依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后经过混凝土封底并填塞井孔而成的其它结构物的基础或主体。一般在施工大型桥墩的基坑、污水泵站、大型设备基础、人防掩蔽所、地下车道与大型水池时使用。矩形沉井截面形状适应性好，模板制作简单，但边角土不易挖除，下沉时易产生倾斜。
中美核安保示范中心建设项目的沉井为钢筋混凝土长方形构筑物，南北长13.6m，东西宽9.6m，壁厚0.80m，井筒内面积约95.93m2。沉井总高度为11.50m，其顶面标高为-4.20m（相当于绝对标高37.65m），刃脚底标高为-15.30（相当于绝对标高26.35m）。沉井底梁宽0.8m，高1.0m，底板厚1.0m。
该沉井外边线距离临近设施的承台外边线2.9米，距离学员宿舍的条型基础的外边线6.8米。沉井平面及沉井与周边建筑物的关系布置如下图所示： 
沉井立面图
2、沉井区域地形地貌及地下水
拟建场地地貌单元属永定河冲洪积扇的中上部，地形较平坦，钻孔孔口标高为39.95～41.28m。对场地内的地下水进行观测，在勘探深度范围内观测到一层地下水，地下水类型为潜水，稳定水位埋深为7.40～9.50m，水位标高为30.94～33.52m。
3、沉井区域地层特征
根据本工程勘察报告，按土的岩性及工程特性将地层划分为5大层,其中①层为人工填土层；②～③层为新近沉积土层，④～⑤层为一般第四纪沉积土层。
4、沉井原理
将位于地下一定深度的建筑物或建筑物基础，先在地表制作成一个沉井，然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土，使沉井在自重的作用下逐渐下沉，达到预定设计标高后，再进行封底，构筑内部结构。该做法技术上比较稳妥可靠，挖土量少，对邻近建筑物的影响较小，沉井基础埋置较深，稳定性好，能支承较大的荷载。本工程即采用上述施工原理，在井内挖土，沉井靠自重下沉。
二、沉井下沉过程中的监测与控制
1、沉井测量监测
设置测量控制网和水准点，作为测量定位、沉井制作和下沉的依据。在附近建筑物上和边坡上设沉降观测点，沉井施工时定期进行沉降观测，如下图所示：
2、沉井垂直度及标高监测
在沉井外部地面及井壁顶部四周设置纵横十字中心控制线、水准基点，以控制位置和标高。在井内按4等分标出垂直轴线。各吊线坠对准下部标板来控制，并用两台经纬仪进行垂直偏差观测。挖土时，随时观测垂直度，当线坠离墨线达50mm,或四面标高不一致时，即进行纠正。下图为中美核安保项目沉井下挖位移检测记录表。
3、沉井下沉的监控
（1）在井筒壁周围弹水平线，或在井外壁上两侧用白（或红）油漆画出标尺，用水平尺或水准仪来观测沉降。沉井下沉过程中应加强位置、垂直度和标高（沉降值）的观测，每班至少观测两次（于班中及每次下沉后检查一次），接近设计标高时应加强观测，每2h一次，预防超沉。
（2）由专人负责并做好记录，如有倾斜、位移、扭转，应及时通知值班班长，指挥操作人员纠正，使偏差控制在允许范围以内。
沉井完成后偏差值如下表所示：
中美核安保项目沉井下沉监测记录如下所示：
1、监测内容
由于地质条件、荷载条件、材料性质、施工条件和外界等因素的复杂影响，很难单纯从理论上预测工程中可能遇到的问题，故必须对现场工程进行监控。依靠监控和数据的不断反馈，可避免盲目施工、冒险施工。根据本工程的规模和环境控制的要求，施工监控包括三项内容：沉井下沉深度及井体偏斜、降水水位变化、井底隆起情况。
2、本工程的监测措施
沉井拆模后，在四个仪器监测站相对应处井壁上弹出纵横间距为200mm的墨线，引测四个基准点至基坑外侧并加以保护，测量、记录下沉前的各项原始数值，以便进行分析对比。井体下沉开挖过程中，在基坑周围以沉井为中心，圆心角为90度，设置四个监测站。各监测站架设一台经纬仪，以井壁上的纵向墨线为依据，进行井体扭转量的监测，通过测量取得的数据与原始值进行对比分析，以控制井壁的扭转量。一旦扭转量临近或超过允许值规范，则必须立即采取相应的措施，控制沉井下沉的高差。
在监测站采用水准仪，以井壁上的横向墨线为依据进行监测。通过测量取得的数据与原始值进行对比分析，并绘制沉降速率图表，有效的掌握沉井在不同土质层中的下沉速率，要求井体高差控制在10cm之内。当发现高差值接近控制量时，必须立即采取先校正倾斜(在刃脚高处多挖，在刃脚低处少挖)，然后分层开挖，做到各施工区同步开挖，使井体能均匀下沉。在沉井接近设计标高0.5～1m时，应适当调整挖土速度，减缓沉井下沉速度，并提高监测频率。沉井下沉至设计标高时，需密切进行沉降观测，在8小时内下沉量不大于10mm时，方可认为沉井基本趋于稳定。各监测站对沉井进行全过程沉降、位移监测，并及时汇总、分析数据。当测到沉降偏斜度达到沉井最大允许偏斜度的1/4时，须立即调整沉井内周刃脚附近挖土的方法，纠正偏斜，严格控制开挖均衡下沉，使井点高差始终控制在10cm以内。沉降、位移观测点安装时需注意保护。井筒倾斜度的测量一般用水准仪或激光水平仪，在井外壁事先设置好4个对称点的高程，然后算出踏面的高程，用相对称点的高程算出井筒倾斜角。
3、地下水位的监测：
在坑外布置4个监测孔。沉井下沉过程中应加强监测孔中的水位，保证降水的效果并对井点进行巡查，及时发现隐患并采取补救措施。
监测点安装：地下水位监测点设在基坑边，可钻孔后安装一段带滤孔的PVC塑料管，固定并加盖。
4、 监测频率、数据分析、报警：
监测工作由专业人员实施，从挖土开始至地下结构施工完毕。各监测内容初始值的获得，其测值次数不应少于3次。沉井初沉阶段，每2小时至少测量一次，必要时连续观测及时纠偏。终沉阶段每小时至少测量一次，当沉井下沉接近设计标高时应加强观测。
监测人员对每次的监测数据及累计数据变化规律进行分析，特别是在沉井施工过程中，应根据基坑开挖的效果进行综合评价判断。-及时提供沉降、位移观测曲线图，包括原始曲线及最新变化曲线、每个地下水位测孔日变化量、累计变化量及当天水位标高等。-及时提交监测周报及测试数据变化走势图；每个施工阶段提供阶段监测报告，监测工程结束后二周内提供监测总结报告。
报警及处理原则：
如果测试数据任一项接近警戒值即向业主、设计、监理、项目部提出告警，提请有关部门关注。同时一起参与补救方案的制定和研究。测试数据任一项超过报警值，应立即口头通知业主、设计、监理、项目部，随即或第二天出书面报警通知，同时一起参与补救方案的制定和研究。有关部门得到报警口头通知后或接到书面通知后，应立即汇集监测单位和各方人员进行情况分析，必要时召开专家讨论会，调整方案，采取调整措施。
1、阻力过大，下沉速率偏低
原因分析：由于沉井自重大，下沉时侧壁摩阻力对其影响程度相对较小，尤其是在软弱的淤泥质土层中下沉更是如此。施工中经常需要借助于刃脚反力对其下沉速率进行控制，这时刃脚反力对沉井下沉起主要作用。因此下沉施工时必须先进行受力分析，根据具体情况确定刃脚下土体需开挖或是保留。当刃脚反力+侧壁摩阻力仍然不足以控制沉井下沉速率时，为了控制沉井下沉速率，除了可采取不排水下沉方法外，还可采取留置部分井格内的土体的办法。土体在沉井下沉过程中由于挤压变得更为密实，提高了井格内的土体与井壁之间的摩阻力和刃脚反力。但是因此也容易造成沉井下沉时的挤土现象比较明显，引起周边土体的隆起[5]。
处理措施：
用泥浆泵在沉井壁外侧注入触变泥浆，减少井壁与土体之间的摩擦阻力。当采用膨润土制作自凝触变泥浆时，在泥浆中掺入固化剂和缓凝剂，沉井下沉达到设计高程后，使泥浆在一段时间内自行凝固，保持沉井的稳定，减少沉井附近地面沉降。沉井下沉时可利用振动机作用在井壁上，振动促使沉井下沉。同时可适当减少井内外水压差的方法助沉。当沉井发生倾斜时，可以用砂石袋对下沉较慢的一侧加荷或在吸沙时在该侧多抽吸，使其摩擦阻力减小，以加快该侧的下沉速度，直到纠正倾斜；当沉井位置发生偏移时，应有意使其向相反方向倾斜，然后纠正倾斜，如此操作数次，直至倾斜一侧井体的位置得到有效的纠正。
在沉井的下沉施工过程中，应该观察沉井的倾斜度和刃脚踏面高程，当刃脚的入土深度不足沉井高度的1/3时，重点观测沉井的倾斜度，当沉井刃脚踏面高程下沉到距设计高程约2m时，加强对踏面高程和下沉量的观测[4]以及沉井垂线倾斜度的观测，观测时需观测在井内壁预先设定的4个点位是否在相对应的位置中心。根据垂线偏差值，利用在沉井外地面上轴线位置预先设置的水准点，分别测出下沉刃脚踏面的高程，前后两次分别测得的刃脚踏面的高程差及下沉量。此外，两个踏面高程相对点高差读数之正、负差，也表示沉井的倾斜度及倾斜方向。上述观测在每次下沉前后各一次，做好观测记录。
2、沉井倾斜
原因分析：沉井四周土质软硬不均；没有均匀挖土，使沉井内高差悬殊；刃脚一侧被障碍物拦住；沉井外围有弃土或堆物，井上附件荷载分布不均造成对井壁的偏压。
纠偏方法：
（1）由于沉井四周土质软硬不均和没有均匀挖土引起的倾斜，可采用以下方法进行纠偏：一是挖土纠偏。通过调整挖土的高度，调整沉井刃脚处保留土台的高度，进行纠偏。二是射水纠偏。向下沉较慢的一侧沉井井筒处沿外壁四周注射压力水，使该处的土成为泥浆，以减少土的抗力。泥浆还起到润滑作用，减少沉井外壁与土之间的摩擦阻力，促使沉井较高的一侧较快下沉。三是局部增加荷载纠偏。在井筒较高的一侧加荷载或用振动机振动，促使井筒较快下沉。
（2）因刃脚一侧被障碍物拦住引起沉井倾斜的纠偏方法：如遇较小孤石，可将四周掏空后将孤石取出；较大孤石，可用风动工具或松动爆破方法将其破碎成小块取出。
3、沉井移位
原因分析：沉井发生位移大多是由沉井倾斜引起的，当发生倾斜和纠正倾斜时，井身常向倾斜一侧的下部增加较大的压力，而产生一定位移。
纠偏方法：控制沉井不再向偏移的方向倾斜；有意使沉井向偏移的相反方向倾斜，当几次倾斜纠正后，即可恢复到正确位置。
五、结束语
经过对沉井地下水水位监测、沉井的沉降与位移监测控制，沉井施工取得较为良好的效果。经过28天的努力，将沉井由自然地面下沉至-15.3m（设计沉井底标高），质量达到验收标准，且减少了成本投入，保证了工期和施工质量。
沉井结构广泛应用于桥梁、烟囱、水塔、水池竖井、水泵房、地下油库等深井结构中。当结构处于地下较深、土质较差，或者周围已有构筑物，施工场地受到限制时，采用大开挖几乎不可能，沉井则是比较合适的选择。沉井施工具有如下优点：
1、沉井的土方工程量可以限制在沉井的体积范围内，无需留出边坡，场地面积可大大减少。
2、埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，有较大的承载面积，能承受较大的垂直荷载和水平荷载。
3、沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡水结构物，下沉过程中无需设置坑壁支撑或板桩围壁，简化了施工。
4、施工时对邻近建筑物影响较小。
5、沉井不但可以作为地下结构的外壳部分，而且在挖土下沉的过程中可做开挖支护，与设地下连续墙支护的大开挖方法相比，省去了开挖支护的费用，效果显著。
沉井施工技术要求较高，且在施工中易发生流沙造成沉井倾斜或下沉困难，因此，施工过程中必须加强沉井外侧控制点、沉井沉降监测和位移监测，并及时针对发现的问题采取处理措施，才能保证施工质量和安全。
参考文献
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[6]张凤祥.沉井与沉箱.中国铁道出版社.
