《異形鋼筋混凝土沉井施工工法》是中建六局第二建築工程有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是王存貴、賀國利、田衛國、張傑、雷學玲；適用範圍是工業建築的深坑（料坑、料車坑、鐵皮坑、井式爐、翻車機室等）、地下室、水泵房、設備深基礎、橋墩、碼頭等工程。
《異形鋼筋混凝土沉井施工工法》主要的工法特點是施工便捷，可操作性強，實施效果較好；可用於各種複雜的地形、地質條件；減少了挖、運、回填的土方量。
2009年10月19日，《異形鋼筋混凝土沉井施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2007-2008年度國家一級工法。
基本介紹
- 中文名：異形鋼筋混凝土沉井施工工法
- 工法編號： GJYJGF001-2008
- 完成單位：中建六局第二建築工程有限公司
- 主要完成人：王存貴、賀國利、田衛國、張傑、雷學玲
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
- 主要榮譽：國家一級工法（2007-2008年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
隨著城市建設規模的擴大和綠色環保意識的增強，各項基礎設施建設尤其是污水收集輸送泵站的建設項目逐年增多。沉井以其挖土量少、對鄰近建築物影響比較小、穩定性好、能支承較大荷載的優勢正越來越多的套用於污水處理系統中。異型沉井因結構複雜，平面形狀不規則，沉井刃腳底標高不等，給沉井製作、下沉、防偏與糾偏、封底等施工帶來諸多困難。《異形鋼筋混凝土沉井施工工法》是對葫蘆島老城區污水處理廠、長春市南部污水處理廠等工程的成功施工經驗進行總結形成的。
工法特點
《異形鋼筋混凝土沉井施工工法》的工法特點是：
1.該工法不僅對沉井的常規施工方法進行全面、具體的闡述，而且針對異型沉井平面形狀不對稱、刃腳存在高差的特點，對沉井下沉過程中防偏糾偏措施進行詳細介紹。
2.該工法施工便捷，可操作性強，實施效果較好。
3.了可用於各種複雜的地形、地質條件，可在場地狹窄條件下施工，對鄰近建築物、構築物影響較小，甚至不影響。
4.比大開挖施工，可大大減少挖、運、回填的土方量，因此，可加快施工速度，降低施工費用。施工不需複雜的機具設備，在排水和不排水情況下均能施工。
操作原理
適用範圍
《異形鋼筋混凝土沉井施工工法》適用於工業建築的深坑（料坑、料車坑、鐵皮坑、井式爐、翻車機室等）、地下室、水泵房、設備深基礎、橋墩、碼頭等工程。在施工場地複雜，鄰近有鐵路、房屋、地下構築物等障礙物，加固、拆遷有困難或大開挖施工會影響周圍鄰近建（構）築物安全時，套用最為合理、經濟。
工藝原理
《異形鋼筋混凝土沉井施工工法》的工藝原理敘述如下：
在地面或地坑上，先製作開口鋼筋混凝土筒身，待筒身達到一定強度後，在井筒內分層挖土、運土，隨著井內土面逐漸降低，沉井筒身藉助其自重克服與土壁之間的摩阻力，不斷下沉，當下沉到距設計標高0.1米時，停止井內挖土，使其靠自重下沉至設計或接近設計標高，經過2~3天下沉穩定後按設計進行沉井封底。該工法根據異型沉井的特點，從工作基坑的開挖、砂墊層的鋪設、刃腳支墊、沉井製作、沉井下沉、下沉過程中傾斜位移的預防及糾正、沉井封底等方面著手，採取切實可行及合理周密的具體技術措施，施工中採取全過程的監控，使其施工便利而且施工質量滿足設計要求。
施工工藝
- 工藝流程
《異形鋼筋混凝土沉井施工工法》的工藝流程見圖1。
圖1 沉井施工工藝流程圖
- 操作要點
《異形鋼筋混凝土沉井施工工法》的操作要點如下：
一、施工方案選擇
1.根據對擬建場地的土層特徵、地下水位及施工條件的綜合分析，優先採用“排水下沉和乾封底”的施工方法。該方法可以在乾燥的條件施工，挖土方便，容易控制均衡下沉，土層中的障礙物便於發現和清除，井筒下沉時一旦發生傾斜也容易糾正，而且封底的質量也可得到保證。
2.沉井施工的一般方法為：一次製作、一次下沉；分節製作、一次下沉；多節製作、分節下沉、製作與下沉交替進行。異型沉井平面形狀不規則，刃腳底標高不在同一水平面上，且沉井高度較大，施工技術難度較大，在下沉時容易發生傾斜，因此優先採用分節製作、分節（沉井高度10米以上）或一次（沉井高度10米以下）下沉方法。沉井分節製作的高度，應保證其穩定性並能使其順利下沉。
3.施工縫處採取可靠止水措施。
4.大型沉井內部設計有鋼筋混凝土隔牆或鋼筋混凝土梁時，為防止下沉過程中土壓力將沉井壁擠裂，沉井內部的鋼筋混凝土隔牆或鋼筋混凝土梁與沉井壁同時製作，隨沉井一起下沉。
二、沉井驗算
1.刃腳墊木鋪設數量和砂墊層鋪設厚度測算
刃腳墊木的鋪設數量，由第一節沉井的重量及地基（砂墊層）的承載力而定。沿刃腳每米鋪設墊木的根數n可按下式計算：
。
式中n——每米鋪設墊木的根數；G——第一節沉井單位長度的重力（千牛/米）；A——每根墊木與砂墊層接觸的底面積（平方米）；f——地基或砂墊層的承載力設計值（千牛/平方米）。
沉井的刃腳下採用砂墊層是一種常規的施工方法，其優點是既能有效提高地基土的承載能力，又可方便刃腳墊架和模板的拆除。砂墊層的厚度一般根據第一節沉井重量和墊層底部地基土的承載力計算而定。計算公式為：
。
式中h——砂墊層的厚度；G——沉井第一節單位長度的重力（千牛/米）；f——砂墊層底部土層承載力設計值（千牛/平方米）；L——墊木長度（米）；θ——砂墊層的壓力擴散角，一般取22.5°。
2.沉井下沉驗算
沉井下沉前，應對其在自重條件下能否下沉進行驗算。沉井下沉時，必須克服井壁與土間的摩阻力和地層對刃腳的反力，其比值稱為下沉係數K，一般應不小於1.15~1.25。井壁與土層間的摩阻力計算，通常的方法是：假定摩阻力隨土深而加大，並且在5米深時達到最大值，5米以下時保持常值。計算簡圖如圖2所示。
圖2 沉井下沉摩阻力計算簡圖
沉井下沉係數的驗算公式為：
。
式中K——下沉安全係數，一般應大於1.15~1.25；Q——沉井自重及附加荷載（千牛）；B——被井壁排出的水量（千牛），如採取排水下沉法時，B=0；T——沉井與土間的摩阻力（千牛），其中T=L（H-2.5）×f；L——沉井外周長（米）；H——沉井全高（米）；f'——井壁與土間的摩阻力係數（千帕），由地質資料提供；R一一刃腳反力（千牛），如將刃腳底部及斜面的土方挖空，則R=0。
3.沉井封底後的抗浮穩定性驗算
沉井封底後，整個沉井受到被排除地下水向上浮力的作用，如沉井自重不足以平衡地下水的浮力，沉井的安全性會受到影響。為此，沉井封底後應進行抗浮穩定性驗算。
沉井外未回填土，不計井壁與側面土反摩擦力的作用，抗浮穩定性計算公式為：
。
式中K——下沉安全係數；G——沉井自重力（千牛）；F——地下水向上的浮力（千牛）.
根據上述計算，當沉井自重不足以抵抗地下水的浮力時，沉井封底後，井外的深井降水必須繼續進行，直到沉井內部結構和上部結構完成後才能停止。
三、工作基坑開挖
施工前將自然地面上的積水、雜物等清理乾淨，按提前施測好的標高進行初步找平。對池壁兩側存在高低差的異型沉井，先開挖井壁較深一側基坑，至與其相鄰井壁高差標高處，使較深側沉井在坑中作業。基坑開挖前，首先根據基坑底面幾何尺寸、開挖深度及邊坡定出基坑開挖邊線，再根據圖紙上的沉井坐標定出沉井縱橫軸線控制樁。
四、墊層鋪設
沉井高度大，重量重，當地基承載力較低，經計算墊架需用量較多，鋪設過密時，在墊木下設砂墊層加固，以減少墊架數量，將沉井的重量擴散到更大面積上，避免製作中發生不均勻沉降，同時，使其易於找平，便於鋪設墊木和抽除。砂墊層厚度經計算確定，砂選用中砂，用平板振動器振搗並灑水，控制其乾容重≥1.56噸/立方米。
五、刃腳支設
刃腳支設採用墊架法，在砂墊層上鋪承墊木和墊架，墊架間距取1.0米，墊木採用160毫米×220毫米×2000毫米枕木，在墊木上支設刃腳及井壁模板，澆築混凝土。墊架鋪設應對稱進行，同一條沉井壁上設2組定位架，每組由2~3個墊架組成，位置在距離兩端各0.15L處（L為沉井壁邊長），在其中間支設一般墊架，墊架垂直井壁鋪設。
砂墊層鋪平夯實後鋪設墊木，鋪設墊木時用水準儀找平，應使頂面保持在同一水平面上，高差在10毫米以內，並在墊木間用砂填實，墊木埋深為其厚度的一半。
預製時外圈沉井壁刃腳加∟150×100×10形鋼護角，中間沉井壁採用10毫米厚鋼板按刃腳形狀製作形鋼護角，護角與混凝土錨固用Φ12鋼筋，錨固筋長400毫米，每300毫米設一道，每道兩根。具體做法見圖3。
圖3 刃腳支模示意圖
六、沉井壁製作
1.模板支設
井壁模板可採用組合鋼模板，不符合模數處採用木模。模板加固採用對拉螺栓，中部設止水片。模板支撐採用在沉井壁內外兩側搭設雙排鋼管腳手架。
2.鋼筋綁紮
井壁豎筋可一次綁好，水平筋分段綁紮，與內隔牆及底板連線部位預留連線鋼筋在井壁施工時預埋，對應於鋼筋位置在木模板上開豁口以保證鋼筋位置準確。
3.混凝土澆築
混凝土採用商品混凝土，輸送泵送至沉井澆築部位。澆築採用分層平鋪法，每層厚300毫米，下料先從沉井壁較淺一側開始，將沉井沿周長分成若干段同時澆築，確保沿井壁均勻對稱澆築。
兩節混凝土接縫處宜設15毫米深20毫米寬凹形施工縫，且設止水條。
4.沉井壁孔洞處理
沉井外壁DN1500洞口在下沉前用鋼板、木板封閉，中間填與孔洞重量相等的砂石配重，外側鋼板與內側木板用Φ12對拉螺栓加固，外圈8個，內圈4個，具體做法見圖4。
圖4 DN1500管孔臨時封閉示意圖
圖4註：1——沉井壁；2——10毫米厚鋼板；3——50×100木方；4——螺帽；5——Φ12對拉螺栓；6——砂石配重。
5.針對高低刃腳存在高差的處理措施
（1）深淺基坑處處理措施
在深淺基坑交界處，為方便較淺基坑部分砂墊層鋪設，砌240毫米厚紅磚牆，內抹20毫米厚水泥砂漿，外掛一層塑膠布，兼作刃腳模板，具體做法見圖5。
圖5 深淺基坑處處理措施示意圖
（2）高低刃腳交接處結構處理措施
沉井高低刃腳交接處以1:2坡度斜刃腳過渡，防止在下沉過程中此部位因應力集中造成井壁拉裂。
七、沉井下沉
1.施工平台架設
在沉井上口鋪木跳板，形成施工操作平台，在每倉中部適當位置留洞口，以利提升井內棄土。
2.墊架拆除
刃腳墊架待混凝土達到設計強度的100%後拆除。抽除墊架應分區、分組、依次對稱、同步地進行，抽除次序為先抽內隔牆下墊架，再抽除外牆兩短邊下的墊架，然後抽除長邊下一般墊架，最後同時抽除定位墊架。抽除方法是將墊架底部的土挖去，使墊架下空，利用絞磨或卷揚機將相對墊木抽出。
3.挖土下沉
（1）待混凝土抗壓強度達到設計強度的100%後開始下沉。
（2）採用人工挖土，從井中間挖向四周，均衡、對稱地進行，使沉井能均勻豎直下沉。每層挖土厚度為0.4~0.5米，在刃腳處留1.2米寬土台，用人工逐層切削，每次削5~10厘米，當土壠擋不住刃腳的擠壓而破碎時，沉井便在自重作用下破土下沉。
（3）同一刃腳底標高部分，削土時應沿刃腳方向全面、均勻、對稱地進行，且各孔格內挖土高差不得大於500毫米，使均勻平穩下沉。
（4）在離設計深度20厘米左右時應停止取土，靠自重下沉至設計標高。
（5）沉井內挖出的土方，裝於吊斗內用8噸塔式起重機吊至井外，用自卸汽車運至棄土地點堆放。
4.測量控制與觀測
（1）沉井位置標高的控制，是在井外地面及井壁頂部四面設定縱橫十字中心控制線、水準基點，下沉時在井壁上四周設水平點，於壁外側用紅鉛油畫出標誌，用水準儀來觀測沉降。
（2）井內中心線與垂直度的觀測利用井壁內側上部預埋鋼筋，下部預埋水平標板來控制。井壁內側標出垂直軸線，各吊一個線垂，對準下部標板如圖6所示。
圖7 沉井下沉測量控制方法示意圖
（3）沉井下沉過程中，應安排專人進行測量觀測。沉降觀測每8小時至少2次，刃腳標高和位移觀測每台班至少1次。下沉至接近設計標高時加強觀測，每2小時一次，預防超沉。
（4）當沉井每次下沉穩定後應進行高差和中心位移測量。每次觀測數據均須如實記錄，並按一定表式填寫，以便進行數據分析和資料管理。
（5）當發現傾斜、位移、扭轉時，及時通知值班隊長，指揮操作工人及時糾正，使誤差在允許範圍內。
5.下沉過程中傾斜、位移的預防及糾正
（1）初沉期間沉井沒有井壁外土摩擦阻力作用，由於沉井自重分布不均勻，井體易發生較大傾斜和滑移。採取暫不開挖或少挖較淺區域土方，先進行較深區域土方開挖的措施，有意識防止沉井向較深區域偏移，確保沉井平衡下沉。
（2）隨著沉井下沉深度加大，由於井壁人土深度不等引起的井壁外摩阻力分布不均勻易導致井體發生傾斜和滑移。採取根據技術人員隨時估算的井體重心與井壁外摩擦阻力合力點的偏差值，確定各區的開挖量，確保沉井平穩下沉。
（3）高低刃腳沉井下沉時，因刃腳高度不等而使得各邊刃腳不能同時在同一性質的土層上，易產生偏斜。為此，根據井下土層變化情況及時調整挖土位置和挖土量，使開挖遵循先硬後軟的順序進行，確保沉井平穩下沉。
（4）當沉井下沉過程中，偏斜達到允許偏差值1/4時就應糾偏，沉井下沉過程中要做到勤測、勤糾、緩糾。沉井初沉階段糾偏應根據“沉多則少挖”，“沉少則多挖”的原則在開挖中糾偏。終沉階段要加強監控，緩中求穩，嚴格控制超沉。如沉井已經傾斜，可採取在刃腳較高一側加強挖土，並可在較低的一側適當回填砂石。必要時可配局部偏心壓載，都可以使偏斜得到糾正。待其正位後，再均勻分層取土下沉。
（5）位移糾正措施一般是有意使沉井向位移相反方向傾斜，再沿傾斜方向下沉，至刃腳中心與設計中心位置吻合時再糾正傾斜，使偏差在允許範圍以內。
八、沉井封底
1.當沉井下沉至距設計底標高10厘米時，停止井內挖土，使其靠自重下沉至或接近設計底標高，再經2~3天的下沉穩定，或經觀測在8小時內累計下沉量不大於10毫米時，即可進行封底施工。
2.首先將新老混凝土接觸面沖刷乾淨，對井底進行修整使其形成鍋底形，再澆築封底素混凝土，刃腳下混凝土切實填嚴，振搗密實，以保證沉井的最後穩定。
3.墊層混凝土達到50%設計強度後，進行底板鋼筋綁紮。鋼筋應按設計要求伸入刃腳凹槽內。
4.底板混凝土澆築時，應分層、不間斷地進行，由四周向中間推進，每層澆築厚度控制在30~50厘米左右，並採用振動器振搗密實。底板混凝土澆築後應進行自然養護。
材料設備
一、材料
《異形鋼筋混凝土沉井施工工法》所用的材料有：中砂、160毫米×220毫米×2000毫米枕木、∟150×100×10形鋼護角，符合設計要求性能的混凝土。
二、設備
《異形鋼筋混凝土沉井施工工法》所用的設備有：定位架、混凝土生產運輸振搗機具（輸送泵、振搗棒等）、自卸汽車、起重機。
質量控制
《異形鋼筋混凝土沉井施工工法》的質量控制要求如下：
1.沉井製作應滿足《混凝土結構施工質量驗收規範》GB50204一2002的有關要求。
2.施工前，應根據地勘報告資料和現場土質情況做好降排水工作。
3.沉井製作、沉井下沉前，應做好施工計算工作，以確保施工質量。
4.沉井下沉時，必須確保混凝土強度達到設計強度的100%後，方可下沉。
5.下沉過程中，應做好測量控制與觀測工作，及時糾偏。
安全措施
採用《異形鋼筋混凝土沉井施工工法》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.做好地質詳勘工作，查清沉井範圍內的地質、水位情況，對存在的不良地質條件採取針對性的技術措施，防止沉井在下沉過程中發生不正常情況，以確保施工的安全。
2.落實沉井墊架拆除和土方開挖的安全防護措施，控制均勻挖土和刃腳處破土速度，防止沉井發生突然下沉和嚴重傾斜而導致人身傷亡事故。
3.做好沉井期間的排水與降水工作，並設定可靠電源，以保證沉井挖土過程中不出現大量湧水、涌泥或流砂現象，避免造成淹井事故。
4.沉井口周圍須設定安全防護欄桿，並有防止墜物的措施。井下作業應戴安全帽，穿膠鞋。下井應設安全爬梯，並應有可靠的應急措施。
5.建立完善的施工安全保證體系，加強施工作業中的安全檢查，確保作業標準化、規範化。
6.施工現場臨時用電嚴格按照《施工現場臨時用電安全技術規範》的有關規定執行。
7.電纜線路應採用三相五線接線方式，電氣設備和電氣線路必須絕緣良好。
環保措施
《異形鋼筋混凝土沉井施工工法》的環保措施如下：
1.合理布置施工場地，做到文明施工。
2.施工作業面必須工完場清。
3.維護施工現場的環保設施。
4.施工中，嚴格執行中建總公司《施工現場環境控制規程》中的各項要求。
效益分析
《異形鋼筋混凝土沉井施工工法》的效益分析如下：
一、經濟效益
該工法通過在三個工程中套用，共取得經濟效益45.04萬元。其中葫蘆島市老城區污水處理廠工程中產生直接經濟效益10.5萬元，錦州市污水處理廠工程中產生直接經濟效益11.80萬元，長春市南部污水處理廠工程中產生直接經濟效益22.74萬元。
二、社會效益
1.此工法可行性強、施工速度快、工程質量好，得到了業主、監理及質量監督站的認可，為中建六局第二建築工程有限公司承接類似工程打下基礎。
2.當與周圍已有建構築物距離很近、局部埋深較大、不具備大開挖條件時，套用沉井施工技術可徹底解決按常規施工無工作面的難題，並且比大開挖施工可減少挖、運、回填的土方量，可加快施工速度，降低施工費用，節能降耗。
3.解決了異型沉井施工中的技術難題，對異型沉井順利施工提供了保證。
註：施工費用以2007-2008年施工材料價格計算
套用實例
《異形鋼筋混凝土沉井施工工法》的套用實例如下：
- 實例1
葫蘆島老城區污水處理廠粗格柵間提升泵房，其地下結構為鋼筋混凝土沉井，平面形狀成“凸”字形，較深部分為提升泵房，深9.900米，較淺部分為進水閘井，深7.300米，兩側刃腳高差2.600米，構築物總長26.170米，總寬18.800米。擬建沉井位置的地質情況從上往下依次為：粉土層、粗砂層、淤泥層、細中砂層、粉質黏土層。總體看土層分布均勻穩定，土層分界線近似水平，地質情況良好。套用該技術，地下沉井部分歷時58天製作、下沉、封底施工完畢，誤差均控制在規範允許範圍之內。
- 實例2
錦州市污水處理廠粗格柵單體工程，其地下結構為“凸”字形沉井，構築物總長37.40米，總寬32.25米，刃腳底標高最深-11.85米，兩側刃腳高差2.15米。採取該施工工法施工效率高，安全可靠，工程施工質量滿足設計和國家標準規範的要求。
- 實例3
長春市南部污水處理廠一期工程污水處理規模15萬噸/天，回用水處理規模5萬噸/天。開工日期2007年4月25日，竣工日期2008年8月31日。其中粗格柵及進水泵房工程平面呈“凸”字形，總長為23米，總寬12.4米，最深13.45米，高差為1.7米。工程地質為雜填土、粉質黏土層，抗浮設計水位標高車廠區設計地坪下0.5米。工程施工過程中，對事前、事中、事後的施工採取合理的控制措施，施工質量、工期達到預期目標。
榮譽表彰
2008年12月，《異形鋼筋混凝土沉井施工工法》被評為天津市市級工法。
2009年10月19日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2009]162號”檔案發布《關於公布2007-2008年度國家級工法的通知》，《異形鋼筋混凝土沉井施工工法》被評定為2007-2008年度國家一級工法。
