軟土層大直徑沉井施工工法

《軟土層大直徑沉井施工工法》是廣州市第三市政工程有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是何德華、張文浩、何亮、楊添、招日興、王少萍、陳建寧、林濤；適用範圍是淤泥質土、軟黏性上、淤泥質土、淤泥、泥炭質上和泥炭等軟土層地質條件下直徑或邊長大於10米的沉井施工。

《軟土層大直徑沉井施工工法》主要的工法特點是：大直徑沉井下沉過程完全可控，技術措施成本較低，安全可靠。

2018年12月24日，《軟土層大直徑沉井施工工法》被廣東省住房和城鄉建設廳評定為2018年度廣東省省級工法。

基本介紹

• 中文名：軟土層大直徑沉井施工工法
• 工法編號：GDGF426-2018
• 完成單位：廣州市第三市政工程有限公司
• 主要完成人：何德華、張文浩、何亮、楊添、招日興、王少萍、陳建寧、林濤
• 審批單位：廣東省住房和城鄉建設廳
• 主要榮譽：廣東省省級工法（2018年度）

形成原因

沉井是工業建築常見的地下構築物，也是修建深基礎地下室、工業廠房地下深構築物的主要基礎形式和較廣泛套用的方法之一。該方法不僅具有施工簡單、速度快、安全可靠的特點，還具有對周圍建築物影響小、占地面積小、挖土量少等優點，比基坑圍護施工、基坑放坡大開挖施工等方法更具優勢。

沉井的原理是事先在地表製作成一個井筒狀的結構物，然後在井壁的圍護下通過從井內不斷挖土，借沉井結構自重（或外加荷載作用下）克服與土壁之間摩擦力及刃腳下土的阻力，不斷切土下沉。因此，在軟土地質條件下，土層摩檫力和端阻力不足，沉井結構尺寸大的情況下，容易出現大幅下沉、沉井傾斜等問題。

廣州市第三市政工程有限公司進行立項研究，通過技術攻關，提出“軟土層大直徑施工技術”，該技術於2018年9月13日通過廣東省建築業協會組織的會議鑑定，鑑定委員會一致認為該技術達到中國國內領先水平，同意通過科技成果鑑定，並進一步形成《軟土層大直徑沉井施工工法》。該工法安全、可靠、可控性高，能有效解決在軟土層地質條件下沉井下沉不易控制及容易發生超沉及偏斜的難題。

工法特點

《軟土層大直徑沉井施工工法》的工法特點是：

大直徑沉井在軟土地質條件下，能夠確保不出現大幅度沉降、超沉及井身傾斜問題，大直徑沉井下沉過程完全可控，技術措施成本較低，安全可靠。

操作原理

適用範圍

《軟土層大直徑沉井施工工法》適用於淤泥質土、軟黏性上、淤泥質土、淤泥、泥炭質上和泥炭等軟土層地質條件下直徑或邊長大於10米的沉井施工。施工方法為排水下沉法。

工藝原理

《軟土層大直徑沉井施工工法》的工藝原理敘述如下：

1.通過預先在沉井刃腳底部均勻地設定一定數量的水泥攪拌樁，增大沉井刃腳端部複合地基承載力，防止沉井超沉。

2.井壁外鑽孔注漿改良井周土體力學性能，增加外壁摩檫力，與底部攪拌樁共同作用防止大幅度下沉，減低成本。

3.通過均勻間隔逐層破除攪拌樁，同步設定砂袋，利用砂袋的沙箱作用，實現沉井安全、均勻受控下沉，防止大幅下沉及傾斜。

施工工藝

• 工藝流程

僅針對《軟土層大直徑沉井施工工法》中涉及的關鍵技術內容進行詳述：

圖10 軟土層大直徑沉井施工流程圖

操作要點

《軟土層大直徑沉井施工工法》的操作要點如下：

一、施工準備

（1）施工前期，必須結合勘查單位、設計院及當地相關地質水文資料，確定施工地點水文地質條件。

（2）根據《沉井與氣壓沉箱施工規範》GBT51130-2016，對沉井側阻力、下沉係數及接高穩定性進行驗算。通過驗算確定刃腳設定參數，攪拌樁規格、材料及設定長度。

二、設定攪拌樁

（1）在設定攪拌樁時需嚴格做好定位放線工作，在確定好的定位點做好明顯的標記。

（2）攪拌樁水泥注入量需做好監控，成樁標高差距過大時，在沉井澆筑前必須破除部分攪拌樁樁頭，減少攪拌樁標高差。確保沉井下沉至攪拌樁位置時，由攪拌樁支撐的沉井刃腳底面能處在同一水平面上。

（3）成樁後的攪拌樁需在地面上做好標記，待沉井澆築時可以作為參考點。

（4）為節省經濟，攪拌樁施工可採用上部分空樁，下部分實樁的施工方法，攪拌樁實樁樁頂標高應高於沉井刃腳底面設計標高以上2米。

三、基坑開挖

（1）測量放線：採用經緯儀、水準儀根據圖紙和地面導線進行實地放線。

（2）基坑高度約1米-2米，根據現場場地條件適當放坡。基坑底部邊線離沉井外壁2米左右。

（3）基坑底部四周設定30厘米×30厘米以上尺寸的的排水溝並接入至基坑內集水井，集水井深度應比排水溝深50厘米。集水井內積水要及時通過水泵進行抽離。

（4）使用挖掘機根據放線範圍進行基坑開挖，土方應及時外運至指定場地。

四、製作沉井

（1）根據現場場地條件，提前確定分節澆築沉井的次數。確定素混凝土墊層的設定參數。

（2）測量放線：採用經緯儀、水準儀根據圖紙和地面導線進行實地放線。

（3）刃腳素混凝土墊層澆築：在施工範圍內進行素混凝土墊層支模、澆築。需嚴格控制墊層平整度，素混凝土墊層高度及寬度偏差控制在±10厘米以內，確保沉井澆築後能處在穩定水平面上。在墊層澆築完畢後，在墊層表面進行放線並做好刃腳位置標記，提高刃腳施工準確性。

（4）刃腳設定：根據圖紙或驗算確定刃腳設定類型，根據圖紙及墊層表面標記進行刃腳鋼筋綁紮、支模及混凝土澆築。特別注意在刃腳底部澆築時要加強振搗頻率，刃腳澆築之前，可在預留底板的位置提前填充泡沫板，刃腳澆築完成後拆除泡沫板。

（5）腳手架搭設：沉井外周設定雙排落地式鋼管腳手架，沉井內側需進行滿堂腳手架搭設。腳手架必須按照相關規定規範進行驗算後才可進行搭設。

（6）模板安裝：沉井模板安裝前，必須按照相關規定規範進行驗算，支撐高度大於8米時需進行專家論證。

（7）井壁澆築：在模板驗收完畢後進行井壁分層澆築，每層澆築30-50厘米，可同時採用1-3台泵車進行澆築，並進行振搗。

（8）止水鋼板：井壁節與節之間按照規範設定止水鋼板，止水鋼板搭接長度≥20厘米，內外側均需滿焊。

五、挖土下沉至攪拌樁樁頂標高

（1）破除墊層：採用人工使用風鎬破除刃腳底部兩側素混凝土墊層，破除時控制破除力度，避免損壞沉井刃腳。

（2）施工機具：可視土層情況選用不同噸位的履帶式挖掘機。

（3）挖土下沉：先在沉井中間挖1米左右碗狀土層，再從中間向四周均勻取土。當取土接近攪拌樁時減緩取土速度，對沉井及周圍土層進行監測，避免沉井局部失穩和偏離。

六、井壁外鑽孔注漿

（1）定位放線：根據土層地質及當地水文，在井壁外設定大於15個點的鑽孔點，孔徑大於500毫米。沿井壁外進行放線，定位出鑽孔點及刃腳下攪拌樁的位置。鑽孔邊緣點需貼近攪拌樁樁側。

（2）鑽孔注漿：在定位點利用鑽孔機進行鑽孔，鑽孔至刃腳下攪拌樁樁底標高處。全部鑽孔點鑽孔完畢之後進行注漿，注漿時選擇防滲水水泥，控制水泥摻入量。

七、破除攪拌樁

（1）暴露攪拌樁：在沉井內側周邊開挖一條寬度1米-2米寬，1米高的環形溝槽，使攪拌樁暴露在視野內。

（2）施工機具：採用人工配合風鎬破除攪拌樁。

（3）破除選擇：視沉井規格，均勻選擇6-8個點作為破除點，將破除點範圍內攪拌樁進行分次破除。每個破除點範圍取在3根攪拌樁。

（4）破除點攪拌樁破除：每根攪拌樁單次破除高度在30-50厘米。同一批次破除攪拌樁高度必須一致並在破除完畢後進行測量並調整。

八、沉井刃腳與攪拌樁之間設定砂袋

（1）在破除6個點攪拌樁後，在刃腳與攪拌樁之間填充砂袋。填充時砂袋與刃腳和攪拌樁緊密貼合。

（2）砂袋填充度：單個砂袋內砂體填充度在90%左右。

（3）材料選擇：可選用普通砂袋，砂體選用中砂。

九、破除剩餘攪拌樁

（1）在砂袋填充完畢後，繼續破除剩餘攪拌樁。

（2）破除標高：破除標高與破除點內破除標高一致。破除後所以攪拌樁標高一致。

（3）破除後樁面所以攪拌樁高差控制在5厘米以內。

十、破除砂袋

（1）砂袋破除點：砂袋破除點選在砂袋中部。

（2）破除時間統一：砂袋破除時在破除點各安排一名工作人員，砂袋破除時由專人指揮，指揮信號下達後進行同步破除。

十一、沉井穩定下沉並封底

（1）依靠沉井自重及砂體流動性，砂體流出砂袋後，沉井會自然穩定下沉。

（2）重複該工法七至九，直至沉井下沉至設計標高。待沉井穩定下沉至設計標高后進行沉井封底。

材料設備

以澄海區第二水廠取水頭部遷移工程為例，《軟土層大直徑沉井施工工法》所需的主要材料與機械設備見表1。

表1 主要材料與設備表

序號	名稱	規格、型號	功率（千瓦）	數量		備註
1	攪拌樁機	SJB-34	75	1	台	/
2	履帶式挖掘機	PC200	110/2000（千瓦/轉每分鐘）	1	台	/
3	運輸車	LM4010PD1A	/	1	台	/
4	吊車	SC9DF300.1Q5	221	1	台	/
5	風鎬	G10	7.5	3	台	/
6	經緯儀	DJD2-C	/	1	台	/
7	全站儀	拓普康OS-600G	/	1	台	/
8	旋挖鑽孔機	KP150	200	1	台	/
9	砂袋	/	/	50	個	/
10	水泥	425#	/	670	立方米	/

質量控制

《軟土層大直徑沉井施工工法》的質量控制要求如下：

1.該工法必須遵照《水泥攪拌樁施工工藝及質量驗收標準》（QB/BY10301-2003）、《沉井與氣壓沉箱施工規範》（GB/T51130-2016）及《建築地基基礎工程施工質量驗收規範》（GB50202-2002）相關規定。

2.水泥強度等級42.5兆帕以上的普通矽酸鹽水泥，施工只能使用一種品牌的水泥，不允許混用。嚴禁使用受潮、結塊、變質的水泥。

3.攪拌樁成樁單樁承載力特徵值要求達到設計及規範要求；選用非軟土層作為攪拌樁持力層，樁端需進入持力層深度不小於1.0米。成樁後進行樁身高差調整，過高攪拌樁可進行樁頭破除，最高與最低攪拌樁高差控制在5厘米以內，使沉井在下沉至攪拌樁標高時，由攪拌樁支撐的沉井能處在穩定的水平面上。

4.單次破除攪拌樁長度在30-50厘米之間，單次破除攪拌樁長度必須統一。破除攪拌樁之前必須使用全站儀定點放樣後才可破除攪拌樁，避免攪拌樁破除不均勻。

5.沉井施工方法為排水下沉法，施工時要嚴格做好降排水措施，避免降水及地下水影響攪拌樁性能以及造成周邊土體撓動。

6.填充的砂袋必須在攪拌樁與沉井刃腳之間，並與兩者緊密貼合，必須採用質量及外觀良好的砂袋。砂袋密實度控制在90%左右，裝完砂袋後袋口要緊密封緊。待定位區域的全部砂袋填充完畢後才可破除其餘攪拌樁。禁止提前破除定點區域外的攪拌樁或在攪拌樁破除時同時填充砂袋。砂袋破除時要有專人指揮，在指揮信號下達後進行同時破除。

7.沉井下沉過程中，在沉井頂部取6個點進行測量，最高點與最低點標高控制在3厘米以內，在3厘米以外時通過輕度破除攪拌樁的方式進行調整，使高差控制在3厘米範圍。

8.井壁外鑽孔注漿必須嚴格控制鑽孔點及鑽孔深度，避免深度不夠導致刃腳與攪拌樁之間空隙過大發生流砂現象。鑽孔注漿時鑽孔機要保持垂直，對中誤差不超過2厘米。垂直度偏差不超過1%

9.對關鍵工序和特殊工序，編制詳細的作業指導書，並做好技術交底。

安全措施

採用《軟土層大直徑沉井施工工法》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.施工現場的安全設施，如圍蔽、護欄等，必須齊全有效，並且不得擅自拆除或移動，因施工確實需要移動時，必須經工地負責人同意，並需採取相應的臨時安全措施。

2.沉井作業取土、運土、土體吊裝、砂袋放砂、攪拌樁破除均應有專人指揮，工作人員聽取指令工作，增加互相協調能力，提高施工安全性。

3.沉井內作業做好通風措施，沉井內設定專用上下樓梯供人員進出沉井。

4.挖掘機在井內取土時，挖機底部可適當鋪設鋼板，不僅可以增加挖掘機作業時的平穩度，也可以增大挖機與軟土層接觸面積，減小壓強。在沉井完成下沉後，在沉井底部適當鋪設碎石，可改善軟土層地質，便於人員在井內做好封底工作。

5.沉井內外腳手架必須嚴格按照規範規定進行搭設，經驗收合格後才可投入使用。

6.大直徑沉井混凝土澆築時要使用分層澆築，每層澆築控制在30-50厘米之間，避免混凝土一次性澆築量過大導致爆模現象。優先採用鋼模板進行施工。

7.施工現場做好防雷、防暴、防洪、防觸電措施。出現異常情況人員要及時撤離，避免人員受困於井內。

8.各種機械要有專人負責維修、保養，並經常對機械運行的關鍵部位進行檢查，預防機械故障及機械傷人。並在操作位置附近懸掛使用規則牌。

9.徹執行安全檢查制度，做到每日檢查、日常檢查、定期巡視檢查和突擊檢查相結合。

環保措施

《軟土層大直徑沉井施工工法》的環保措施如下：

1.將文明施工與環境保護管理納入常規施工管理，安排專人負責，保持工地整潔。

2.水泥、鋼筋、模板等材料堆放整齊並做好防護措施，模板包裝和切割碎片等廢棄物應收集好統一處理。

3.控制空氣污染的措施（防塵）。嚴禁在工地燃燒各種垃圾及廢物；施工場地全部硬化，防止揚塵，並進行必要的灑水養護。對施工便道和場外主要道路定期灑水，降低車輛過往時造成灰塵在空氣中飛揚。

4.優先選用先進、綠色環保的施工機械及材料進行施工。

5.沉井取土量大，暫時堆積不能及時外運的土體要使用綠網進行全覆蓋。

6.施工現場設定洗車槽，土體外運前必須對裝載車輛進行清洗。外運車輛必須做好防漏措施，如用綠網將土體緊密覆蓋採用封閉式裝載車或採用封閉式裝載車。

7.噪音控制措施。所有施工機械在進場前，進行檢修，檢修合格後方可進場，嚴禁機械帶病工作；能配置消音器的機械全部安裝消音器；教育施工人員不準喧譁吵鬧，違者按有關條例處罰。

效益分析

《軟土層大直徑沉井施工工法》的效益分析如下：

一、經濟效益

使用該工法，保障了沉井下沉的穩定性，沉井下沉速度及標高可以得到很好的把控。因此在施工作業時，減少人工，提高施工效率、縮短工期。避免了發生沉井不均勻沉降的問題，減少了糾偏次數，節省了工期及成本。因攪拌樁良好的承載力降低了沉井超沉的風險，可減少沉井分節澆築的次數。使用井壁外鑽孔注漿技術沉井與土體間側摩擦力，有效控制沉井下沉速度並防止沉井偏斜。在常規沉井施工方法與改進後的沉井施工方法的經濟效益對比如下：

表2 濟效益分析表

施工方法	項目	內容	單位	數量	單價（元）	合價（元）
常規工藝	直接取土	人工及糾偏取土	立方米	2000	40	80000
		取土及糾偏工期消耗	天	45	╱	╱
		合計				80000
	所有攪拌樁同時破除	糾偏取土	立方米	50	40	2000
		糾偏工期	日	3	╱	╱
		合計				2000
	直接下沉	糾偏取土	立方米	85	40	3400
		糾偏工期消耗	天	3	╱	╱
		降水點安裝、拆除	根	10	340	3400
		降水點使用	50根天	130	1500	195000
		人工挖流砂、外運	噸	350	250	87500
		合計	╱	╱	╱	289300
	分節澆築	腳手架搭設	平方米	800	25	20000
		腳手架搭設工期	日	10	╱	╱
	不採取新工藝合計					391300
採取新工藝	刃腳下設	機械取土及糾偏取土	立方米	1810	50	90500
	置攪拌樁	機械及糾偏取土工期	日	16	╱	╱
		設定攪拌樁	米	990	100	99000
		合計	╱	╱	╱	189500
	刃腳與攪拌樁設定砂袋	糾偏取土	立方米	10	40	400
		糾偏及安裝、破除砂袋工期	日	2	╱	╱
		合計	╱	╱	╱	400
	井壁外鑽孔注漿	降水點安裝、拆除	根	6	340	2040
		降水點使用	50根天	66	1500	99000
		人工挖流砂、外運	噸	40	210	8400
		井壁注漿	米	330	70	23100
		合計				132540
	分節澆築	腳手架搭設	平方米	700	25	17500
		腳手架搭設工期	日	7	╱	╱
	採取新工藝合計					339940
共節約						51760
改進後軟土層大直徑沉井施工在投入節省了51760元，節省工期61-25=36天

註：施工費用以2018年施工材料價格計算

二、社會效益

該軟土層大直徑沉井施工工法提出“刃腳下設定水泥攪拌樁技術”、“刃腳與攪拌樁之間設定砂袋技術”、“井壁外鑽孔注漿技術”，對保證施工工期、提高質量、節約投入、便捷施工，安全可靠、可控性強，達到以最低成本投入最大限度的滿足現場施工需要的目的。為2018年後的同類在軟土層地質下大直徑沉井的施工提供一定的參考。

套用實例

《軟土層大直徑沉井施工工法》的套用實例如下：

1.澄海區第二水廠取水頭部遷移工程

澄海區第二水廠取水頭部工程新建一座大型圓形沉井結構的取水泵房在外砂河河岸邊。新建的沉井結構取水泵房用於在外砂河岸邊抽取水資源，再通過管道連線至水廠。該項目涉及到澄海區澄海街道大部分居民供水。該沉井直徑達20米，高達15米。該工程所處位置地下水豐富，沉井下沉過程中要通過13米深的淤泥層，且終沉點也處在淤泥層。沉井下沉過程中受軟土層地質的影響，下沉速度及標高不容易控制，極易發生超沉及偏斜的問題。而該工法能夠增大軟土層承載力及側阻力，並使用沉井刃腳與攪拌樁之間設定砂袋技術防止沉井不均勻沉降，解決了沉井下沉速度及標高不容易控制的難題。該工法安全性高、可控性強，在該項目上實施後取得了經濟效益及社會效益。

2.東莞市大嶺山鎮截污次支管網工程（2016-2018年）

東莞市大嶺山鎮截污次支管網工程（2016-2018年）項目該工程位於廣東省東莞市大嶺山鎮，主要建設範圍：莞長路、梅連路、圓山至渭興路、渭溪路、興園路、大塘朗、馬蹄崗面前街、振馬路、建設路、廣發路、月山大道、縱隊路、民心路至紀念館路、大嶺山大道西、健身街、大興路總計16段新建管網。其中新建的頂管工作井需要採用沉井結構施工。該工程沉井使用該工法進行實施，取得了良好的經濟效益和社會效益。

3.珠江西航道治理工程（一期）--石豐路污水收集工程、大坦沙島節點改造工程、黃沙水產市場至荔灣泵站污水管道工程

珠江西航道治理工程（一期）工程位於廣東省廣州市。工作範圍包括石豐路污水收集工程共2段污水管網、大坦沙島節點改造工程共4段污水管網及黃沙水產市場至荔灣泵站污水管道工程共3段污水管網。該項目施工明挖管道總長約1990.1米（過涌鋼管49.3米）；主要頂管總長約7664.3米；檢查井120座。該工程工作井、接收井施工範圍內的地層包括黏土、砂、淤泥層，地面承載力不大於20千帕。該工法在該項目成功實施，取得了良好的社會效益和經濟效益。

榮譽表彰

2018年12月24日，廣東省住房和城鄉建設廳以“粵建市函〔2018〕2933號”檔案發布《廣東省住房和城鄉建設廳關於公布2018年度廣東省省級工法的通知》，《軟土層大直徑沉井施工工法》被評定為2018年度廣東省省級工法。