大深度沉井群施工工法

《大深度沉井群施工工法》是中國葛洲壩集團股份有限公司、長江航道局完成的建築類施工工法，完成人是郭光文、屈慶余、石義剛、余英、戴志清。適用於土層或砂礫石層，也可在風化和軟弱岩層中沉入，必要時，也可沉入堅硬完整的岩石，以達到嵌入基岩的目的。

《大深度沉井群施工工法》主要的工法特點是施工方便、技術成熟、質量有保證；沉井（群）施工，振動、噪聲小，對臨近建築物影響小，內部空間可利用，下沉過程中，本身作為擋土和擋水圍堰結構物，不需要板樁圍護，從而可節約投資。

2011年9月，《大深度沉井群施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009-2010年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：大深度沉井群施工工法
• 工法編號：GJEJGF290-2010
• 完成單位：中國葛洲壩集團股份有限公司、長江航道局
• 主要完成人：郭光文、屈慶余、石義剛、余英、戴志清
• 套用實例：向家壩水電站二期縱向圍堰沉井群施工
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）

形成原因

水電建設在20世紀60年代開始引入沉井技術，先後在一些大型水利水電工程中套用。截至2009年，沉井逐漸向著大深度、大尺寸、大規模發展，在許多特大工程項目中顯示了它的獨特性。向家壩二期縱向圍堰沉井群（由10個23米、17米的沉井組成，下沉深度最淺43米深、最深達57.4米）工程，屬中國國內2009年前最大規模的沉井群工程。中國葛洲壩集團股份有限公司在地質狀況複雜、施工場地狹窄的情況下，先後克服了降水、糾偏、入岩和填芯混凝土施工等技術難關，成功地完成了這一施工任務，取得了中國國內領先的“大深度沉井群施工技術”的新成果，並總結形成了《大深度沉井群施工工法》。

工法特點

《大深度沉井群施工工法》的工法特點是：

1.由於沉井（群）具有軀體剛度大，承載力大，抗滲能力強，耐久性好，占地面積小，對於地層變化、流砂、淤泥等不良地層的適應性強等優點，故其可在各種複雜地形、地質和場地狹窄條件下施工，施工深度可以很深，最深可達200米。

2.沉井（群）施工，振動、噪聲小，對臨近建築物影響小，內部空間可利用，下沉過程中，本身作為擋土和擋水圍堰結構物，不需要板樁圍護，從而可節約投資。

3.與地下大開挖相比，可大大減少挖、運、回填土方量，加快施工進度，降低施工費用。

4.施工方便、技術成熟、質量有保證。當單個沉井尺寸較大，在製作和下沉時，均能使用機械化施工。

操作原理

適用範圍

《大深度沉井群施工工法》適用於土層或砂礫石層，也可在風化和軟弱岩層中沉入，必要時，也可沉入堅硬完整的岩石，以達到嵌入基岩的目的。故而廣泛用於煤炭、鐵路、交通、水電等行業中治理大規模山體滑坡、河流防沖護岸，橋樑墩台防沖以及取水井筒等；對某些建築物基礎承載能力不足又不宜明挖的情況下，也可採用沉井（群）加強基礎。

工藝原理

《大深度沉井群施工工法》的工藝原理敘述如下：

在現澆或預製好的鋼筋混凝土井筒（井壁）內挖土，依靠井筒（井壁）自重克服井壁與地層的摩擦阻力逐步沉入地下，根據下沉深度要求，逐節增加井筒（井壁）高度，逐節開挖下沉，完成單個沉井下沉。按一定的施工順序，分區分段完成各個沉井施工，形成沉井群，最終實現工程目標。

施工工藝

《大深度沉井群施工工法》的施工工藝流程及操作要點敘述如下：

• 工藝流程

沉井群是由大小不一，深淺不同的沉井組成的群體。它的施工具有井間距離小、相鄰沉井沉放過程中互相制約的特點。恰當地選擇井群的開挖順序是確保沉井施工質量和進度的關鍵之一。

一、沉井群的分區與分期

根據井群的布置、工期要求和施工場地情況，將沉井群分成若干個區段（3~5個沉井作為一個區段），選擇一、二個區段先行施工，後續區段逐步展開。

二、先行井施工

在前期施工的區段內根據地質及地下水情況選擇一個具有典型特點的先行井領先施工，它對井群施工起探索作用。也可以作為降低地下水位的措施。

三、平行交叉流水作業

當多個沉井依次排列井間距離較小時，為確保施工安全及減少在沉井下沉過程中的相互干擾（如爆破振動影響），一般應在某個沉井第一節開挖下沉停止後才進行相鄰沉井的混凝土澆築。可將沉井按單、雙序號分成兩組，先施工第一組，待其開挖下沉高度超過2/3H₁（H₁為第一節井筒的高度）後，即開始第二組沉井施工，而第一組沉井照常開挖下沉。由此往復循環，平行交叉流水作業。

四、單個沉井施工工藝流程見圖1。

圖1 單個沉井施工工藝流程圖

操作要點

一、始沉平台

始沉平台（首節沉井施工平台）的高程應根據施工季節的河水位或地下水位確定。如地下水位較低，則地下水位以上可採用明挖方式以減小下沉的總高度。難於壓實和承載力太低的土層應予以清除換填。

二、底節井筒施工

混凝土井筒應按設計圖紙分節施工。底節井筒帶有刃腳，在它的圍護下邊挖掘邊下沉，並逐節接高，然後再開挖、再下沉，直至設計深度。

1.鋪墊砂礫石及墊木

鋪墊砂礫石層和鋪設墊木。始沉平台場地經平整碾壓密實後，在墊木鋪設範圍內鋪墊最大粒徑不超過4厘米的砂礫石，其厚度不小於25厘米，用機械或人工進行找平夯實。

墊木是在地基滿足承載能力的前提下，為防止沉井澆築混凝土過程發生的不均勻沉陷和減少對地面的壓強而設定的。墊木採用質量良好的普通枕木及短方木，一長一短（3米，1.5米，部分長2米）依次擺平，在刃腳的直線部位應垂直鋪設，四角（或圓弧）部位應徑向鋪設。墊木數量應依據首節沉井重量和附加荷重均勻分布到地基經計算確定。先用24根作為定位支點墊木，分成6組，中間2組，角上4組，用水平儀找平，然後拉線放置其餘墊木。

2.刃腳製作與安裝

刃腳是位於底節沉井下端的三角形結構，它以角鋼為骨架，底部鑲焊槽鋼，表面襯焊鋼板，俗稱鋼靴。

刃腳是沉井下沉全過程的關鍵部件，應按照鋼結構施工規範的要求保證刃腳的製作和安裝質量。通常先在廠內分段加工成型，然後運至現場拼裝、調整、焊接成整體，要求外形尺寸正確，鋼靴和鋼筋之間焊接可靠，能承受沉井下沉全過程中產生的擠壓振動和衝擊。

3.刃腳下的承重桁架及井筒內模施工

根據首節沉井結構尺寸和承重荷載的要求，對井筒內模周邊、轉角和隔牆可採用木製承重桁架，該桁架支承在已做好的基礎墊木上（某些荷載集中的支點也可用磚砌築承重平台）。刃腳下和井內隔牆下墊木應力應基本相等，以免不均勻沉陷使井壁連線處混凝土出現裂縫。

內側模板可採用在加工廠加工成型的標準模板在現場拼裝，局部接頭使用散裝模板拼接。先安裝斜面和隔牆承重模板，後安裝側面模板，並用內撐固定。

4.鋼筋安裝及預埋件施工

經過檢查確認內模符合設計要求後，才能進行鋼筋安裝。鋼筋先在廠內加工，現場手工綁紮。在起重機械允許的條件下鋼筋也可在場外綁紮，現場整體吊裝。刃腳鋼筋布置較密，可予先將刃腳縱向鋼筋焊至定長，然後放入刃腳內連線。主筋要預留焊接長度，以便和上一節沉井的鋼筋連線。

沉井內的各種埋件，如灌漿管、排水管以及為固定風、水、電管線、爬梯等的埋件，均應在每節鋼筋施工時按照設計位置預埋。

5.井壁外側模板施工

沉井井筒外壁要求平整、光滑、垂直，嚴禁外傾（上口大於下口）。為了施工快捷和有利模板平整，外模宜採用大模板。模板支撐採用對拉方式。內外模板均應塗刷隔離劑。

內外側模板和鋼筋之間，要有足夠的保護層，通常安設預製的砂漿塊來控制保護層厚度。

6.底節井筒混凝土澆築

模板、鋼筋、埋件等在安裝過程中和安裝完成以後，必須經過嚴格檢驗，合格後方能進行混凝土澆築。澆筑前先搭設澆築平台，並按規定距離布設下料溜筒，一般5~6米布置一套溜筒，混凝土通過溜筒均勻鋪料。為避免不均勻沉陷和模板變形，四周混凝土面的高差不得大於一層鋪築厚度（約40厘米）。

三、井內開挖及井筒下沉

底節井筒模板及支撐排架拆除後，井筒混凝土經養護達到設計強度70%以後，才能進行抽墊，開始挖渣下沉作業。

1.底部墊木抽除

為了保證沉井的垂直度，抽除墊木是關鍵之一。在抽墊過程中，應分區、依次、對稱、同步地進行，先隔牆，後井筒；先短邊，後長邊；最後保留設計支承點。每次抽去墊木後刃腳後立即用卵礫石填塞搗實，使沉井自重逐漸由卵石承受。在整個作業過程中加強儀器觀測，發現沉井傾斜時應及時採取措施調整。抽墊次序分區見圖2，井筒抽墊作業分3步進行：

圖2 沉井底部墊木抽除次序分區示意圖

1）先間隔牆I，後同步抽出兩短邊II—II軸左右1/2組墊木，再抽出四角墊木，然後間隔同步抽出兩長邊III—III軸左右1/2組墊木。

2）留下長邊III—III軸及四角1~2組支承點墊木，依次抽出短邊II—II軸左右餘下墊木，然後抽出長邊III—III軸左右餘下墊木。

3）同步抽出作為支承點的墊木。此時墊木有可能已被壓斷，沉井下沉10~20厘米。具體每步抽出墊木多少，應視沉井傾斜情況適當調整。

2.沉井開挖下沉

1）水工沉井一般採用抽水吊渣法施工，採用小型挖渣機械開挖或人工井下開挖，由起吊機械及1~2立方米吊渣斗裝汽車卸至渣場。

2）下沉時，每個沉井內除了配置必要的開挖設備外，還要配置砂石泵等強排水設備。強排水設備的作用一方面是排除井內的地下水，保證挖掘機能夠乾地施工；另一方面，在刃腳開挖過程中，適時採取高壓水沖挖、泵吸的方式配合開挖、下沉。

3）對於覆蓋層或一般土層開挖應從中間開始向四周逐漸展開，並始終均衡對稱地進行，每層挖土厚度為0.2~0.3米。刃腳處留0.8~1.5米寬土瓏，用人工逐層全面、對稱、均勻地削薄土層，每人負責2~3米一段。當土城經不住刃腳的擠壓時，便在自重作用下均勻垂直破土下沉［圖3（a）］；對有流砂情況發生或遇軟土層時，則採取從刃腳挖起，下沉後再挖中間的順序［圖3（b）］。當土瓏挖至刃腳沉井仍不下沉，可採取分段對稱地將刃腳下掏空或繼續從中間向下進行第二層破土的方法。

圖3 刃腳土石開挖示意圖（尺寸單位毫米）

圖註：圖中1、2、3、4為施工順序。

4）任何情況下，隔牆不得承重。隔牆處應保持1米的淨高，以利通行。

3.下沉過程中可能會出現的問題及採取的措施：

1）下沉過快

在砂土中下沉時，因砂層壓縮性較大，而且不均勻，局部土的承載力較低，可能使沉井下沉速度超過挖土速度，出現突然下沉的現象。發現下沉過快，立即停止開挖或減少開挖土體，待穩定後再逐漸分層開挖，並在沉井井壁間回填粗糙材料，增大摩阻力。

2）下沉過慢、下沉被卡

由於井壁表面粗糙，刃腳削土深度不足造成下沉過慢，採取的措施相應為：嚴格按照設計和工藝標準製作沉井；根據壓力監測，分階段計算下沉係數，加大土體開挖深度。另外，遇含崩（塊）石砂卵礫石層，很容易發生不均勻下沉、造成沉井傾斜或出現下沉被卡沉不下去的現象。出現這種現象後，首先根據刃腳荷載計的測量數據分析刃腳應力分布情況，判斷出應力集中、突出的位置，即為崩（塊）石所在部位。然後對稱分段挖掘刃腳砂礫石，分段長度視具體塊石大小確定。崩（塊）石的清除可以根據其大小、難易情況，採取直接挖掘清除或爆破後清除。採取爆破手段清除，炮孔距刃腳不小於50厘米，其方向須與刃腳斜面平行，藥量不得超過200克，並設鋼板、草墊防護，不得用裸露爆破。刃腳塊石清除處理完畢後，及時回填3~5厘米大小的砂卵石並予適當夯實。塊石全部清除並回填砂卵石後，再分層對稱削挖刃腳砂卵石，此時沉井因承壓面減少故可平衡下沉。

其施工順序為：削挖中央砂卵石→分段對稱削挖刃腳砂卵石→崩（塊）石清除→回填砂卵石→分段對稱削挖刃腳砂卵石→沉井下沉。

3）流砂和瞬間突沉

在下沉到砂層時，由於動水壓力的作用，產生向井內流砂現象，造成沉井急劇下沉，可能瞬間失去控制，下沉量很大。

採取措施為：加強操作控制，嚴格按次序均勻取土，避免在刃腳處過多掏空或開挖較深；也可向井內補水，增大井內水頭壓力，控制流砂等。

4）井筒傾斜、偏移

土體軟硬不均或挖土不均勻、井內土面高低懸殊、局部開挖過深、刃腳下掏空過多、地層狀況差異較大等等都可引起井筒傾斜。

施工中需加強觀測，預防為主，一旦沉井發生傾斜或傾斜趨勢立即開始糾偏。

偏除土糾偏；在高的一側多挖土，低的一側少挖土或回填塊石來糾正。一般可在刃角高的一側挖土，並且預先使沉井向偏位方向傾斜，然後沿傾斜方向下沉直至中軸線與設計中軸線接近，再將沉井稍微向相反方向傾斜，調正沉井，保證沉井位移和傾斜在規範範圍內。

井外射水結合井內偏除土糾偏∶當沉井下沉深度較大時，沉井糾偏關鍵在於減少一側的摩擦阻力。將高壓射水管沿沉井高的一側井壁外面插入土中射水，破壞土層結構，使此井壁摩擦阻力降低。這時，再採用上述的偏除土來糾偏法，可使沉井的傾斜逐步得到糾正。

配重糾偏∶在沉井頂部高的一側加適量配重。

助沉糾偏∶在高的一側壓觸變泥漿，減少高側沉井井壁的摩阻力。

糾偏手段是分析監測得到的數據的基礎上，進行計算後制定的，通常採用的措施可能是上述的一種單獨使用，也可能是上幾種綜合套用。

5）沉井扭轉

沉井下沉過程中或下沉後，筒體軸線位置發生兩個方向的偏移（稱為扭轉）。

沉井位置如發生扭轉，如圖4。可在沉井的A、C二角偏出土，B、D二角偏填土，藉助於刃腳下不相等的土壓力所形成的扭矩，可使沉井在下沉過程中逐步糾正其位置。

以上所述沉井的傾斜、位移、扭轉，應在沉井距設計標高1米以上時基本糾正到位。在沉井刃腳接近設計標高30厘米以內時，不應再有超出容許範圍的偏差，否則難以糾正。

圖4 扭轉的糾正示意圖

四、沉井的助沉措施

1.採用改型刃腳卵礫填縫助沉

為了隆低沉井下沉的阻力，或為了預防沉井下沉過程中，周圍的孤石、塊石坍塌擠壓沉井外壁，造成沉井下沉困難，採用沉井刃腳外撇20厘米的八字形刃腳，在外壁空腔內根據下沉情況，不斷充填粒徑約4厘米的河卵礫石，使沉井外壁與地層間的摩擦由原來的滑動面摩擦變為球體滾動摩擦，故沉井下沉時的摩阻力大幅度下降，且由於填充了卵礫石，使井外壁與地層之間沒有空隙，不會產生地層大孤石、塊石垮塌擠壓井壁的現象，同時由於縫隙中填充了卵礫，使井筒與地層之間保持有一定的距離，所以井筒位置穩定，偏斜小。

通過調整刃尖下方土體的阻力可以及時地修正沉降過程中出現的傾斜。下沉施工完結後向充滿卵礫的縫隙中注入固結漿液，使井筒和地層固結在一起。改型刃腳卵礫填縫自沉工法助沉示意圖見圖5。

圖5 改型刃腳卵礫填縫助沉示意

2.壓沉助沉

沉井壓沉助沉是通過外部荷載的增加，使沉井的沉降係數增大，改善沉井下沉條件的方法。施加荷載的方法分為兩種∶1）通過反力地錨施加荷載壓沉；2）依靠增加沉井高度或加放壓重塊施加荷載。前者優於後者，有利於控制沉井的下沉姿態。

1）反力地錨壓沉

反力地錨的布置方式∶在沉井外側60~80厘米或四角部位對稱布設地錨，地錨孔孔徑ф129~140，採用跟管鑽機和地質鑽機進行造孔，孔深深入基岩5～6米，埋設竹節式加固錨筋或直接通過ф50~73鑽桿注入0.5:1的水泥漿液加壓灌注，將鑽桿埋入孔內作為反力地錨孔內部分，地表安設錨固台和錨固拉桿。

地錨的允許拉力大小根據計算、現場試驗確定，地錨反力壓入裝置見圖6。

圖6 地錨反力壓入裝置示意圖

2）壓重塊載入助沉

壓重塊載入通過在沉井上加放混凝土預製塊，增加下沉力。在下部無大塊石或大塊石已清除後，沉井由於受井壁外側地層側壓力增加、摩阻力增大，造成下沉困難或沉不下去時，根據周面摩擦計反應數據，對摩擦力較大側加放預製塊施加荷載；在沉不下去情況下則四周同時對稱施加荷載。也可根據沉井的傾斜狀況進行荷載施加。

施加荷載時，不能速度過快，以免發生突然下沉或下沉過快造成糾偏過度，另外。預製塊在沉井側壁上應有固定措施，施加荷載大小需要按照沉降係數1.1～1.2，根據周面摩擦阻力、刃腳陽力進行計算求得。

混凝土預製塊的大小以2米×2米×2米或2米×2米×1.5米為宜，每個預製塊重15~20噸。

3.觸變泥漿助沉

觸變泥漿常規方法是通過沉井牆壁預留的壓漿管、出漿口進行壓力灌注，亦可通過從井壁外側鑽孔插管的方法進行注漿，作為一種補充措施。

壓漿管路沿沉井內壁每2.0～2.5米布置一根ф50毫米鋼管作為壓漿管，在沉井側牆下部刃腳牛腿處穿過井壁。為避免排水下沉時，泥漿向井內滲漏，出漿口距刃腳距離大於6~10米，壓漿管、出漿口預留在刃腳牛腿上部，出漿口處採用長度20厘米的∟100×100×10毫米角鋼作為孔口保護。為保證井壁外泥漿套不受地表地層坍塌，特別是夾砂層出現流砂造成破壞，在沉井四周外側設鋼板結構泥漿圍圈，圍圈高出地表0.5米，圍圈與井壁間距1.0米，圍圈內充滿泥漿。隨著沉井下沉，不斷地用BW250/50型泥漿泵通過壓漿管、出漿口向井壁四周及時補充泥漿，保證泥漿套的連續性。

觸變泥漿壓漿管、出漿口鋼結構泥漿圍圈布置見圖7。

圖7 漿池及壓漿管布置圖

泥漿採用膨潤土、燒鹼和水按設計配合比（膨潤土20%、燒鹼5%、水75%）配置並攪拌好，通過注漿泵壓入井壁。

當沉井下沉至設計深度後，向壓漿管內注入0.5:1的濃水泥漿液置換管內泥漿及井壁泥漿，使沉井與地層間充滿水泥漿液，凝固後形成一個整體。

4.空氣幕助沉

對下沉較深的沉井，為預防在沉井下沉過程中下沉係數偏小而不能下沉，採用空氣幕法來減少井壁摩阻力，以此達到助沉目的。空氣幕助沉的優點是：井壁摩阻力容易恢復；下沉容易控制；不受水深限制；施工設備簡單，經濟效果較好。

1）空氣幕助沉的原理

空氣幕助沉的原理是向預先埋設在井壁四周的氣管中壓入高壓空氣，經設在井壁的噴氣孔噴出，並沿井壁外表面上升溢出地面，從而在井壁周圍形成一層鬆動的含有氣體與水的液化土層，含氣土層如同幕帳一般圍繞沉井。其主要構件有氣龕、氣管和壓縮空氣的供氣系統。

空氣幕助沉壓氣時間與地層情況、供氣系統、水位差等有關，壓氣時間不宜過長，一般不超過5分鐘/次。

2）氣龕的構造

氣龕布置在沉井井壁表面上，高18厘米、上寬15厘米，下寬5厘米的梯形，深3厘米呈稜錐狀的凹槽，凹槽底部與水平管相貼，在水平管上鑽一個ф3毫米噴氣孔。氣龕結構簡圖如圖8。

圖8 氣龕結構簡圖

3）氣龕的排列布置

氣龕從第四節開始布置。為了保證下沉平穩，只在短邊使用空氣幕。

水平方向以1.5米為標準間距，相鄰兩層氣龕位置交錯布置，呈梅花狀。

4）氣龕的製作及安裝

氣龕採用4毫米厚的鋼板製作。安裝在沉井外壁模板上，用鋼筋頭和U形鋼筋將氣龕、充氣管固定在結構鋼板格線中間位置，並緊貼模板。

5）空氣管路的設計

預埋在井壁內的管道，採用有一定彈性的ф25毫米聚氯乙烯硬管（豎管的最後2米採用ф50毫米的無縫鋼管）。

管路布設具體如圖9。

圖9 空氣管路布設圖

6）管路的安裝

將水平管安裝在氣龕內側的凹槽位置，用鋼筋頭將水平管和氣龕固定在模板上。在安裝水平管時每段水平管的兩端頭接一段有封頭的彎管（沉澱管），以存貯可能進入管內的泥砂，防止堵塞氣孔。存貯封頭管採用ф50毫米長30厘米長的聚乙烯硬管。如圖10防堵措施示意圖。

豎管通過三通接頭與水平管相連，連線時做好防漏措施。同時各分區管路按要求引出，做好各分區標記，便於壓氣助沉過程進行控制，安裝時不可將各管路混亂。

圖10 防堵措施示意圖

7）管路保護

混凝土澆築振搗時需特別注意不可觸碰到充氣管路，振搗棒與充氣管路之間保持一定的距離（但此距離不能大于振搗作用半徑），養護完成拆模後，將水平管上的橡膠套向側面稍微推開，在水平管上鑽ф3毫米噴氣孔，噴氣孔的位置在水平管弧形外表的中間稍偏上，將橡膠套復位，在外罩的橡膠套上用小鋼釘扎孔，既可防止砂土堵孔，又可保證噴氣正常。噴氣孔施工完畢後，向預埋管內壓風，檢查噴氣孔是否通暢，若堵塞應及時將噴氣孔進行疏通。井壁外供氣管路由擱置在井壁外側預埋牛腿上的供氣總管，通過空氣分流裝置連到空氣幕每個區塊的供氣支管上。在分流裝置上設有閥門和氣壓表以便於控制。

8）壓縮空氣供氣系統

送風壓力不小於氣龕入土深度理論水壓的1.6～2.0倍時，可以達到滿意的效果，所以送風壓力不小於5個標準大氣壓。

供風時以每個氣龕耗風量不小於0.02-0.025立方米/分鐘計算總供風量，可以達到預期的下沉效果。則供風量不應小於21立方米/分鐘。

空氣幕助沉施工時，先打開空壓機，待氣包內壓力接近其允許值時，打開供氣管路的氣閥，開始送風，壓力保持在5千克以上，如果壓力下降，說明氣量不足，此時空氣幕的效果不理想。

五、沉井排水

對於下沉過程中要穿過較厚的地質層，終沉時刃腳需入基岩一定深度，以滿足抗傾和抗滑穩定要求，終沉後井內要進行錨桿及鋼筋混凝土底板（封底混凝土）施工，必須達到“乾地施工”條件的沉井群，下沉的合理方式為“排水下沉”，排水方法有集水井排水法和外圍排水法。

1.井內排水法

這種方法是在開口沉箱內部底面上設定集水井，使滲向底面的地下水集中在集水井中，然後用泵壓送到井外的方法。如果水位下降量大，則開挖底面時的動水坡度增大，有可能產生流砂現象。另外，由於排水致使周圍土體沖填壓實，給箱體下沉帶來困難。

2.外圍排水法

這種方法是在開口沉箱的外側設定幾條深井，在各深井中插入水泵一起向外抽取地下水的方法。地下水位下降後的水位分布形狀，因地層滲透係數的不同而異：滲透係數越小，水位的下降量和範圍越小；滲透係數越大，層厚越厚，排水效果越好。該方法與井內集水井排水法相比，排水量越大，影響範圍也越大。流入過濾管的地下水中夾有周圍地層中的土砂，會使過濾管堵塞，同時也可能造成外圍地層的沉降。作為防止排水法造成周圍地層沉降的防止措施，還可並用設定防滲牆和抽取地下水再回灌地層的恢復水位方法。

對於大型沉井群，由於分布範圍大，地下水分布情況複雜，一般是採取井內排水法和外圍排水法相結合的方式進行排水。

六、後續井筒施工

在底節沉井下沉到預定深度後就應停止下沉，準備進行上面一節沉井的施工。沉井的接高應符合以下要求：

1.接高前應調平沉井，井頂露出地面應有1米左右高度。

2.第二節沉井高度可與底節相同（5~7米）。為減少外井壁與周邊土石的摩擦力，第二節井筒周邊尺寸應縮小5~10厘米。以後的各節井筒周邊也應依次縮小5~10厘米。

3.上節模板不應支撐在地面上，防止因地面沉陷而使模板變形。

4.為防止在接高過程中突然下沉或傾斜。必要時應在刃腳處回填或支墊。

5.接高后的各節井筒中心軸線應為一直線。

6.第二節井筒混凝土達到強度要求後，繼續開挖下沉。以後再依次循環完成上部各節井筒的製作、下沉。

七、井底地基處理

1.按設計要求打好插筋，清除岩面浮渣雜物，澆築封底混凝土和填心混凝土。打插筋、清基、封底、填心各工序必須緊密銜接，縮短工期。如果工期拖延過長，井內長時間排水，既增加排水費用，又可能淘空四周地層中的砂及小粒徑卵礫石，對沉井安全不利且增加了清理量。

2.沉井下至設計位置後，如設有深挖齒槽，為保證齒槽的順利施工，應將井周刃腳部位封堵。齒槽可沿長度方向分段跳塊開挖，一般分4塊（或3塊），分2個階段開挖。第一階段先開挖1至2塊，立模先澆混凝土。第二階段可全部開挖，該階段齒槽混凝土可與封底混凝土一起施工。

齒槽開挖前槽口邊沿應打插筋，齒槽開挖的邊坡可採用噴混凝土支護，若遇破碎層可用錨噴支護。

3.井間齒槽可採用平洞法開挖，並回填混凝土至刃腳底面。

八、填心混凝土施工

1.作為一般基礎沉井，可用C15混凝土封底，高度為2~5米。

2.若滲水量不大，填心、封底可採用分期施工方法。第一期可採用預留泵坑，一邊排水一邊從一端向另一端封堵填心，最後撤出水泵封堵水泵坑。

3.若滲水量較大，無法採用排水法封堵，也可採用導管法水下澆築混凝土封堵。水下混凝土澆築厚度可為3~5米，以上部分將積水排出後仍採用普通混凝土方法澆築填心混凝土。用導管法澆築水下混凝土時，應按照水下混凝土施工規範中"特種混凝土”的有關規定執行。水下澆築混凝土的強度等級應較混凝土設計強度提高一級。

4.井底封堵後若要進行防滲處理，則井底可作為防滲處理的工作面。井底混凝土封堵後，其上應根據設計需要，澆築混凝土或填砂礫石。

材料設備

《大深度沉井群施工工法》無需特別說明的材料。

對於大規模沉井群工程施工的機具設備配置規格、數量，須根據工程規模、工期要求、場地大小、布置空間、干擾程度等綜合考慮。截至2009年，較常用機具設備見表1。

表1 主要機具設備表

序號	設備名稱	規格、型號	用途	備註
1	圓筒門機	MQ600B/30	吊渣、澆築混凝止	╱
2	液壓履帶	QUY80A	吊渣、澆築混凝土	╱
3	小型挖掘機	日立ZAXIS70LC	挖渣	╱
4	履帶裝載機	S300	挖渣	╱
5	吊斗	1.5立方米	吊渣	╱
6	自卸汽車	15噸	運渣	╱
7	攪拌站	200立方米/小時	拌合混凝土	╱
8	混凝土運輸車	6立方米	運輸混凝土	╱
9	裝載機	ZL50	裝料	╱
10	混凝土泵車	60立方米/小時	輸運混凝土料	╱
11	混凝土布料機	60立方米/小時，臂長30米	布料	╱
12	砂石泵	75千瓦	排除井內積水	╱
13	注漿泵	ZJ-12	泥漿助沉	╱
14	空壓機	20立方米/分鐘	井內通風	╱
15	高壓泵	180千瓦	挖渣輔助設備	╱
16	高壓水槍、補水泵	╱	挖渣輔助設備	╱

參考資料：

質量控制

《大深度沉井群施工工法》的質量控制要求如下：

• 質量控制標準

沉井、沉箱製作及下沉質量控制應遵守《建築工程質量檢驗評定標準》GBJ 301-88，允許偏差項目見表2。

表2 沉井、沉箱的允許偏差和檢驗方法

項次	名稱			允許偏差（米）	檢驗方法
1	井、箱製作質量	平面尺寸	長度、寬度	±a/2且不大於100	尺量檢查
			曲線部分半徑	±r/200且不大於50	拉線和尺量檢查
			對角線差	b/100	尺量檢查
		井、箱壁厚度		±15
2	下沉後質量	刃腳平均標高		±100	用水準儀檢查
		底面中心位置偏移	H>10米	≤H/100	吊線和尺量檢查或經緯儀檢查
			H≤10米	100
		刃腳底面高差	L>10米	L/100且不大於300	用水準儀檢查
			L≤10米	100

註：①適用於陸地沉井、沉箱。②a為長度或寬度；r為半徑；b為對角線長；H為下沉總深度；L為最高與最低兩角間距離。

• 質量控制措施

1.沉井拆除墊層前，先在互相垂直的兩個方向上放出井的豎直中心線，以控制井的垂直度；以刃腳底面為±0米標高，在中心線旁畫出標高刻度，以隨時顯示沉井下沉深度。

2.下沉要嚴格按順序對稱、均衡進行，每次每格取土深度為0.2~0.5米，鄰格高差小於0.5米。

3.沉井施工測量控制

1）高程控制點：在沉井壁上設定觀測點觀測沉井下沉及傾斜狀況。

2）平面控制：下沉前在沉井兩外牆（岸側及上游）上設定中軸線，並以醒目標誌。基線上架2台經緯儀，定期、定時觀測沉井偏位情況。

3）沉降觀測及偏位觀測：下沉期間觀測，初沉2小時一次，中期4小時一次，終沉1小時一次。出現異常情況持續觀測。

4.施工監測

施工監測包括沉井自身狀態監測和施工對周圍環境影響監測兩部分。沉井自身狀態監測包括：井筒自身位置（深度、中心偏離）監測，姿態（傾斜）監測及井筒受力狀況的監測。對周圍環境影響的監測包括：地層沉降的監測及周圍建築物傾斜監測。沉井下沉監測項目見表3。

表3 沉井下沉監測項目

監測項目	儀器設備
平面幾何中心的偏離	經緯儀、水準儀
下沉深度的測定	水準儀
井身姿態的監測	重錘
井筒上的監測	土壓力盒
井筒鋼筋監測	鋼筋計

1）井筒自身位置監測，姿態監測

在井外地面設定縱橫十字控制樁、水準基點。下沉時，在井壁上設十字控制線，並在四側設水平點。於壁外側用紅鉛油畫出標尺，以測沉降，井內中心線與垂直度的觀測系在井內壁四邊標出垂直軸線，各吊垂球一個，對準下部標誌板來控制，並定時用兩台經緯儀進行垂直偏差觀測。挖土時隨時觀測垂直度，當垂球離墨線邊達50毫米或四面標高不一致時，立即糾正，沉井下沉過程中，每班至少觀測兩次，並在每次下沉後進行檢查，做好記錄，當發現傾斜、位移、扭轉時，及時糾正，使偏差控制在允許範圍以內。沉井在下沉過程中，最大沉降差均控制在250毫米以內。當沉至離設計標高2米時，對下沉與挖土情況應加強觀測，以防超沉。

2）井筒受力狀況的監測

（1）刃腳下方土體對刃腳的抗力：在刃腳四周踏面處每隔2~3米布置一個刃腳荷載計。

（2）周邊摩阻力：沿沉井周邊橫向每隔3~5米，豎向5~6米布置一個周面摩擦計，呈梅花形布置。

（3）井筒鋼筋監測：在四周15米、25米和45米處每邊埋設2個鋼筋計，橫縱隔牆在15米和25米各埋設1個鋼筋計。

鋼筋計安裝隨工程鋼筋綁紮同步進行，應焊接在同一直徑的受力鋼筋上並保持同一軸線，受力鋼筋之間的綁紮接頭距儀器1.5米以上，鋼筋計焊接可根據現場情況採取對焊、坡口焊或熔槽焊，焊接時可在儀器部位澆水冷卻，使儀器溫度不超過60°C，但不得在焊接處澆水。安裝、綁紮帶鋼筋計的鋼筋，將電纜引出點朝下，混凝土入倉遠離儀器，振搗時振搗器至少距離鋼筋計50厘米，振搗器不可直接插在帶鋼筋計的鋼筋上。

3）對周圍環境影響的監測

根據施工場地布置、周圍地表、建築物等重要程度制定相應的監測措施和計畫，發現問題及時採取措施，確保周圍建築物安全。

安全措施

採用《大深度沉井群施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.沉井施工場地應進行充分碾壓，對形成的邊坡應作相應的保護。施工機械尤其是大型吊運設備應建在堅實（或經過處理）的基礎上。沉井下沉到一定深度後，井外鄰近的地面可能出現下陷、開裂，應注意經常檢查基礎變形情況，及時調整加固起重機的道床。

2.施工區內的地表水應排到施工場地以外，井內排出的滲水嚴禁反流井下。

3.井頂四周應設臨時鋼筋攔桿和擋板，以防墜物傷人。

4.起重機械進行吊運作業時，施工人員應躲避到安全部位，指揮人員與司機應密切聯繫，井內井外指揮和聯繫信號要明確，嚴防事故發生。

5.石方爆破時，起爆前應切斷照明及動力電源，並妥善保護水泵。爆破後加強通風，排除粉塵和有害氣體。

6.施工電源（包括備用電源）應能保證沉井連續施工。水泵和照明電源尤應可靠，嚴防淹沒事故發生。

7.井內吊出的石渣應及時運到渣場，以免對沉井產生偏壓，造成沉井下沉過程中的傾斜。

8.裝運石渣的容器及其吊具要經常檢查其安全性，渣斗升降時井下人員應迴避。

環保措施

《大深度沉井群施工工法》的環保措施如下：

• 建立健全環境保護管理體系

根據各種環境污染因素制定出來的環保措施要得到有效的順利執行，還有賴於建立健全一套完整的環境管理體系，需要完整的組織機構、執行機構和監督機構去向全體施工人員進行環保意識教育，建立健全各級環保責任制，人人自覺地在生產過程中認真自覺執行擬訂的環保措施，並能隨時監測環境狀況，及時發現問題，及時整改。

• 環境保護措施

1.水環境保護含油廢水經排水溝收集後，進入集水井，然後經泵提升進入油水分離器（泵與分離器一體化設備）進行油水分離，保證出水水質達一級排放標準<5毫克/升的濃度。

2.交通揚塵防治措施

限制施工車速，一般控制在15千米/小時以內。必要時採用灑水車灑水除塵。

3.汽車尾氣防治措施

強化對運輸車輛的排放性能檢測，強制不達標車輛進行正常維修保養，保證車輛發動機處於正常技術狀態，經常清洗運輸車輛，並使用零號柴油和無鉛汽油。

4.噪聲防護

加強對機械設備的維修和保養，減振降噪。在居民區和車流量較大的公路控制鳴笛，減少突發噪聲，放慢車速。對參與爆破的施工人員發放防噪用具，嚴格執行勞動保護措施，同時嚴格控制一次性起爆的總炸藥量，防止產生超標的噪聲與衝擊波。

效益分析

《大深度沉井群施工工法》的效益分析是：

1.該工法用於各種複雜地形、地質和場地狹窄條件下施工，占地面積小、成本低。施工產生的振動、噪聲小，對臨近建築物影響小，達到環保和安全的要求。環境效益和安全效益顯著。

2.與同類地下工程相比，可大大減少挖、運、回填土方量，加快施工進度，降低施工費用。

3.沉井內部空間可利用，下沉過程中，本身作為擋土和擋水圍堰結構物，不需要板樁圍護，從而可節約投資。

套用實例

《大深度沉井群施工工法》的套用實例如下：

• 實例1：向家壩水電站二期縱向圍堰沉井群施工

1.工程概況

向家壩水電站二期縱向圍堰沉井群工程由10個23米x17米的沉井組成，沉井群既是左岸一期土石圍堰內側邊坡的擋土牆，又是二期縱向碾壓混凝土圍堰體的一部分。沉井群前期發揮擋牆作用，一期工程結束後，還將作為二期縱向圍堰的基礎繼續發揮作用。

單個沉井內分6格，井格淨空平面尺寸為5.2米x5.6米（含40厘米x40厘米的倒角），外牆厚2米，隔牆厚1.6米，最深9號沉井高度達57.4米。沉井設計由下到上結構情況如下：底節高7米（其中底部1米為鋼刃腳結構），刃腳踏面寬30厘米，刃腳斜面高2米；中隔牆離刃腳踏面高度1~3米；底節高7米處設10厘米x10厘米的斜向倒角，其上2~5節設計按5米一節段配筋。沉井壁混凝土設計強度等級：底節混凝土大部分沉井為C35W6（其中8號、9號為C40W6）；其餘節均為C25W6。井內填芯混凝土強度等級為C10W6。沉井工程特性見表4。

表4 沉井工程特性表

沉井分序	沉井編號	平面外形尺寸（米x米）	沉井高（米）度	開挖量（立方米）	沉井壁混凝土量（立方米）	沉井回填混凝土量（立方米）	取土井尺寸一個（米x米）
Ⅰ	1	23x17	43.5	17009	8832	7808	6-5.2x5.6
	3		43.5	17009	8832	7808
	5		43	16813	8728	7721
	7		49	19159	9979	8758
	9		57.4	22443	11730	10210
	合計	—	—	92432	48100	42304	—
Ⅱ	2	23x17	43.5	17009	8832	7808	6-5.2x5.6
	4		43	16813	8728	7721
	6		44.5	17400	9041	7980
	8		52.5	20528	10708	9363
	10		47	18377	9562	8412
	合計	—	—	90126	46870	41284	—
總計		—	—	182558	94971	83588	—

2.地質情況

沉井所穿過的沖積地層厚度45~62米，具有三層構造，上部為砂卵礫石層，總體以卵礫石為主，粒徑主要在2~15厘米之間；中間砂層總體以中細砂為主，局部含淤泥質土；底部為含崩（塊）石的砂卵礫石層，其突出特點是較普遍地含有塊徑不等的崩（塊）石，崩（塊）石的平均塊徑1.26米，最大4.20米（鑽孔資料）。塊石的母岩主要為灰白色中細砂岩、細砂岩及少量石英砂岩，系兩岸谷坡崩塌堆積形成，大都呈微風化到新鮮狀態。

3.施工情況簡述

該沉井群施工的總體方案為：間隔製作、交替排水下沉。即先製作1、3、5、7、9單號沉井的第一、二節段，待其下沉到位後，再開始2、4、6、8、10雙號沉井的製作下沉施工，然後，單號和雙號沉井依次交替製作、下沉；下沉深度達30米後，沉井群平行施工。

當10號沉井下沉到223米時，停止下沉，其餘沉井依舊按原定施工順序進行施工。待9號沉井下沉到位並施工完其部分填芯混凝土後，再行開挖10號沉井頂面的土石方，且邊開挖邊下沉，直至設計標高210米。

9號沉井的製作下沉始終是先行施工，作為全部沉井群的先導井，利用該井探索、驗證施工方案，同時作為沉井群區域的集水井抽取局部地下滲水，降低其他沉井的地下水位。

4.工程效果

該沉井群於2006年3月開工，2007年8月完工，歷時18個月，沉井群快速、優質下沉到位，質量滿足設計要求，運行安全、穩定。

• 實例2：銅街子水電站導流明渠邊坡阻滑沉井群施工

1.工程概況

銅街子工程施工導流採用左岸明渠分期導流，明渠左岸大面積覆蓋著古滑坡堆積物—碎石土，厚達30餘米，如果大開挖將破壞碎石土邊坡的自然穩定狀態，可能引發大面積牽引式塌滑。採用沉井方案可基本上不挖碎石土邊坡，井身可以作為明渠左邊牆的一部分。明渠右邊牆的尾端因為玄武岩埋藏較深，為防止沖刷，根據地質條件也設定了沉井。

方案要求在導流明渠左側岸坡沿線共布置了16個沉井（另有4個防洪堤沉井），其群體和外輪廓線受水工結構布置的影響呈曲線型，展線總長約400米。

沉井布置在導流明渠左側邊牆部位並與牆體結合，在不同時期承受不同荷載。明渠在沉井的防護下開挖以後，在沉井右側和頂部再澆築部分混凝土，形成邊牆牆體的全斷面，滿足明渠過水的要求。

單個沉井結構系鋼筋混凝土箱型結構，平面上呈矩形，隔倉布置分單排和雙排兩種。底節井筒設楔形刃腳，刃腳護腳鋼板厚10毫米，高80厘米。沉井在地表製作，節高一般5米，每座沉井根據下沉深度分為3~6節。各沉井結構特徵見圖11。

圖11

圖註：沉井長度為沿明渠水流方向的尺寸。

2.施工情況簡述

採用現場製作，抽水下沉，人工出渣的方案。

由於工期緊，沉井群組織三個作業隊分片施工，每個施工片區的多個沉井採用大流水作業。自1983年6月開始施工至1986年3月完成，歷時33個月，各個沉井因地質情況不同施工進度亦有差異，一般沉井施工從井身（高5米一節）製作到出渣下沉，再至上一節沉井開始製作，平均工期一個月。

3.工程效果

導流明渠左邊坡阻滑沉井群於1986年3月全部完工，隨即展開明渠的大開挖，在邊牆、底板全部完成混凝土澆築以後，同年11月河床截流，明渠過水運行。沉井群承受了明渠開挖澆築期和明渠過流運行的荷載考驗，運行情況良好。在施工過程中，井群承受了來自碎石邊坡的側壓力，除個別外，均無大的位移發生。僅16號沉井由於地基軟弱岩石未挖盡，所以在明渠出口地基開挖時，發生位移5~8厘米，後經灌漿處理以及出口段混凝土澆築，位移中止。

• 實例3：寶珠寺水電站沉井群施工

1.概述

寶珠寺水電站位於四川省廣元市境內白龍江幹流上，該水電站施工導流方式採用明渠導流。明渠左導牆部分基礎採用沉井相互連線成牆的方案。共布置了13個大型沉井，布置如圖12所示。沉井的特徵參數見表5。

圖12 導流明渠沉井群布置示意圖（單位∶米）

2.施工情況簡述

為滿足工期要求，採用平行交叉法施工。將沉井按單、雙號分成兩組，先施工第一組，待其開挖下沉深度超過2/3H₁（H₁為第一節澆築高度）後，即開始進行第二組沉井施工，而第一組沉井照常開挖下沉，由此往復循環，平行交叉流水作業。這樣工序銜接緊湊，提高了機械利用率，從而縮短了工期。

採用平行交叉法施工時，一個井開挖對鄰井澆築影響是較大的。為避免正在澆築的井身發生傾斜。採取了在井身相鄰側縮短墊木加密、回填黃土、跟班夯實的技術措施。因沉井群井間間距較小，故兩沉井之間墊木長度由原長3米縮短為1.5米，但墊木間距加密以不改變原基礎設計允許應力為限，墊木截面為20厘米x20厘米。

3.工程效果

寶珠寺水電站明渠左導牆部分基礎大規模沉井群方案成功實施。

榮譽表彰

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質[2011]154號，《大深度沉井群施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。