大深度沉井群施工工法适用范围
《大深度沉井群施工工法》适用于土层或砂砾石层，也可在风化和软弱岩层中沉入，必要时，也可沉入坚硬完整的岩石，以达到嵌入基岩的目的。故而广泛用于煤炭、铁路、交通、水电等行业中治理大规模山体滑坡、河流防冲护岸，桥梁墩台防冲以及取水井筒等；对某些建筑物基础承载能力不足又不宜明挖的情况下，也可采用沉井（群）加强基础。
大深度沉井群施工工法工艺原理
《大深度沉井群施工工法》的工艺原理叙述如下：
在现浇或预制好的钢筋混凝土井筒（井壁）内挖土，依靠井筒（井壁）自重克服井壁与地层的摩擦阻力逐步沉入地下，根据下沉深度要求，逐节增加井筒（井壁）高度，逐节开挖下沉，完成单个沉井下沉。按一定的施工顺序，分区分段完成各个沉井施工，形成沉井群，最终实现工程目标。
大深度沉井群施工工法施工工艺
《大深度沉井群施工工法》的施工工艺流程及操作要点叙述如下：
沉井群是由大小不一，深浅不同的沉井组成的群体。它的施工具有井间距离小、相邻沉井沉放过程中互相制约的特点。恰当地选择井群的开挖顺序是确保沉井施工质量和进度的关键之一。
一、沉井群的分区与分期
根据井群的布置、工期要求和施工场地情况，将沉井群分成若干个区段（3~5个沉井作为一个区段），选择一、二个区段先行施工，后续区段逐步展开。
二、先行井施工
在前期施工的区段内根据地质及地下水情况选择一个具有典型特点的先行井领先施工，它对井群施工起探索作用。也可以作为降低地下水位的措施。
三、平行交叉流水作业
当多个沉井依次排列井间距离较小时，为确保施工安全及减少在沉井下沉过程中的相互干扰（如爆破振动影响），一般应在某个沉井第一节开挖下沉停止后才进行相邻沉井的混凝土浇筑。可将沉井按单、双序号分成两组，先施工第一组，待其开挖下沉高度超过2/3H1（H1为第一节井筒的高度）后，即开始第二组沉井施工，而第一组沉井照常开挖下沉。由此往复循环，平行交叉流水作业。
四、单个沉井施工工艺流程见图1。
一、始沉平台
始沉平台（首节沉井施工平台）的高程应根据施工季节的河水位或地下水位确定。如地下水位较低，则地下水位以上可采用明挖方式以减小下沉的总高度。难于压实和承载力太低的土层应予以清除换填。
二、底节井筒施工
混凝土井筒应按设计图纸分节施工。底节井筒带有刃脚，在它的围护下边挖掘边下沉，并逐节接高，然后再开挖、再下沉，直至设计深度。
1.铺垫砂砾石及垫木
铺垫砂砾石层和铺设垫木。始沉平台场地经平整碾压密实后，在垫木铺设范围内铺垫最大粒径不超过4厘米的砂砾石，其厚度不小于25厘米，用机械或人工进行找平夯实。
垫木是在地基满足承载能力的前提下，为防止沉井浇筑混凝土过程发生的不均匀沉陷和减少对地面的压强而设置的。垫木采用质量良好的普通枕木及短方木，一长一短（3米，1.5米，部分长2米）依次摆平，在刃脚的直线部位应垂直铺设，四角（或圆弧）部位应径向铺设。垫木数量应依据首节沉井重量和附加荷重均匀分布到地基经计算确定。先用24根作为定位支点垫木，分成6组，中间2组，角上4组，用水平仪找平，然后拉线放置其余垫木。
2.刃脚制作与安装
刃脚是位于底节沉井下端的三角形结构，它以角钢为骨架，底部镶焊槽钢，表面衬焊钢板，俗称钢靴。
刃脚是沉井下沉全过程的关键部件，应按照钢结构施工规范的要求保证刃脚的制作和安装质量。通常先在厂内分段加工成型，然后运至现场拼装、调整、焊接成整体，要求外形尺寸正确，钢靴和钢筋之间焊接可靠，能承受沉井下沉全过程中产生的挤压振动和冲击。
3.刃脚下的承重桁架及井筒内模施工
根据首节沉井结构尺寸和承重荷载的要求，对井筒内模周边、转角和隔墙可采用木制承重桁架，该桁架支承在已做好的基础垫木上（某些荷载集中的支点也可用砖砌筑承重平台）。刃脚下和井内隔墙下垫木应力应基本相等，以免不均匀沉陷使井壁连接处混凝土出现裂缝。
内侧模板可采用在加工厂加工成型的标准模板在现场拼装，局部接头使用散装模板拼接。先安装斜面和隔墙承重模板，后安装侧面模板，并用内撑固定。
4.钢筋安装及预埋件施工
经过检查确认内模符合设计要求后，才能进行钢筋安装。钢筋先在厂内加工，现场手工绑扎。在起重机械允许的条件下钢筋也可在场外绑扎，现场整体吊装。刃脚钢筋布置较密，可予先将刃脚纵向钢筋焊至定长，然后放入刃脚内连接。主筋要预留焊接长度，以便和上一节沉井的钢筋连接。
沉井内的各种埋件，如灌浆管、排水管以及为固定风、水、电管线、爬梯等的埋件，均应在每节钢筋施工时按照设计位置预埋。
5.井壁外侧模板施工
沉井井筒外壁要求平整、光滑、垂直，严禁外倾（上口大于下口）。为了施工快捷和有利模板平整，外模宜采用大模板。模板支撑采用对拉方式。内外模板均应涂刷隔离剂。
内外侧模板和钢筋之间，要有足够的保护层，通常安设预制的砂浆块来控制保护层厚度。
6.底节井筒混凝土浇筑
模板、钢筋、埋件等在安装过程中和安装完成以后，必须经过严格检验，合格后方能进行混凝土浇筑。浇筑前先搭设浇筑平台，并按规定距离布设下料溜筒，一般5~6米布置一套溜筒，混凝土通过溜筒均匀铺料。为避免不均匀沉陷和模板变形，四周混凝土面的高差不得大于一层铺筑厚度（约40厘米）。
三、井内开挖及井筒下沉
底节井筒模板及支撑排架拆除后，井筒混凝土经养护达到设计强度70%以后，才能进行抽垫，开始挖渣下沉作业。
1.底部垫木抽除
为了保证沉井的垂直度，抽除垫木是关键之一。在抽垫过程中，应分区、依次、对称、同步地进行，先隔墙，后井筒；先短边，后长边；最后保留设计支承点。每次抽去垫木后刃脚后立即用卵砾石填塞捣实，使沉井自重逐渐由卵石承受。在整个作业过程中加强仪器观测，发现沉井倾斜时应及时采取措施调整。抽垫次序分区见图2，井筒抽垫作业分3步进行：
1）先间隔墙I，后同步抽出两短边II—II轴左右1/2组垫木，再抽出四角垫木，然后间隔同步抽出两长边III—III轴左右1/2组垫木。
2）留下长边III—III轴及四角1~2组支承点垫木，依次抽出短边II—II轴左右余下垫木，然后抽出长边III—III轴左右余下垫木。
3）同步抽出作为支承点的垫木。此时垫木有可能已被压断，沉井下沉10~20厘米。具体每步抽出垫木多少，应视沉井倾斜情况适当调整。
2.沉井开挖下沉
1）水工沉井一般采用抽水吊渣法施工，采用小型挖渣机械开挖或人工井下开挖，由起吊机械及1~2立方米吊渣斗装汽车卸至渣场。
2）下沉时，每个沉井内除了配置必要的开挖设备外，还要配置砂石泵等强排水设备。强排水设备的作用一方面是排除井内的地下水，保证挖掘机能够干地施工；另一方面，在刃脚开挖过程中，适时采取髙压水冲挖、泵吸的方式配合开挖、下沉。
3）对于覆盖层或一般土层开挖应从中间开始向四周逐渐展开，并始终均衡对称地进行，每层挖土厚度为0.2~0.3米。刃脚处留0.8~1.5米宽土珑，用人工逐层全面、对称、均匀地削薄土层，每人负责2~3米一段。当土城经不住刃脚的挤压时，便在自重作用下均匀垂直破土下沉［图3（a）］；对有流砂情况发生或遇软土层时，则采取从刃脚挖起，下沉后再挖中间的顺序［图3（b）］。当土珑挖至刃脚沉井仍不下沉，可采取分段对称地将刃脚下掏空或继续从中间向下进行第二层破土的方法。
图注：图中1、2、3、4为施工顺序。
4）任何情况下，隔墙不得承重。隔墙处应保持1米的净高，以利通行。
3.下沉过程中可能会出现的问题及采取的措施：
1）下沉过快
在砂土中下沉时，因砂层压缩性较大，而且不均匀，局部土的承载力较低，可能使沉井下沉速度超过挖土速度，出现突然下沉的现象。发现下沉过快，立即停止开挖或减少开挖土体，待稳定后再逐渐分层开挖，并在沉井井壁间回填粗糙材料，增大摩阻力。
2）下沉过慢、下沉被卡
由于井壁表面粗糙，刃脚削土深度不足造成下沉过慢，采取的措施相应为：严格按照设计和工艺标准制作沉井；根据压力监测，分阶段计算下沉系数，加大土体开挖深度。另外，遇含崩（块）石砂卵砾石层，很容易发生不均匀下沉、造成沉井倾斜或出现下沉被卡沉不下去的现象。出现这种现象后，首先根据刃脚荷载计的测量数据分析刃脚应力分布情况，判断出应力集中、突出的位置，即为崩（块）石所在部位。然后对称分段挖掘刃脚砂砾石，分段长度视具体块石大小确定。崩（块）石的清除可以根据其大小、难易情况，采取直接挖掘清除或爆破后清除。采取爆破手段清除，炮孔距刃脚不小于50厘米，其方向须与刃脚斜面平行，药量不得超过200克，并设钢板、草垫防护，不得用裸露爆破。刃脚块石清除处理完毕后，及时回填3~5厘米大小的砂卵石并予适当夯实。块石全部清除并回填砂卵石后，再分层对称削挖刃脚砂卵石，此时沉井因承压面减少故可平衡下沉。
其施工顺序为：削挖中央砂卵石→分段对称削挖刃脚砂卵石→崩（块）石清除→回填砂卵石→分段对称削挖刃脚砂卵石→沉井下沉。
3）流砂和瞬间突沉
在下沉到砂层时，由于动水压力的作用，产生向井内流砂现象，造成沉井急剧下沉，可能瞬间失去控制，下沉量很大。
采取措施为：加强操作控制，严格按次序均匀取土，避免在刃脚处过多掏空或开挖较深；也可向井内补水，增大井内水头压力，控制流砂等。
4）井筒倾斜、偏移
土体软硬不均或挖土不均匀、井内土面高低悬殊、局部开挖过深、刃脚下掏空过多、地层状况差异较大等等都可引起井筒倾斜。
施工中需加强观测，预防为主，一旦沉井发生倾斜或倾斜趋势立即开始纠偏。
偏除土纠偏；在高的一侧多挖土，低的一侧少挖土或回填块石来纠正。一般可在刃角高的一侧挖土，并且预先使沉井向偏位方向倾斜，然后沿倾斜方向下沉直至中轴线与设计中轴线接近，再将沉井稍微向相反方向倾斜，调正沉井，保证沉井位移和倾斜在规范范围内。
井外射水结合井内偏除土纠偏∶当沉井下沉深度较大时，沉井纠偏关键在于减少一侧的摩擦阻力。将高压射水管沿沉井高的一侧井壁外面插入土中射水，破坏土层结构，使此井壁摩擦阻力降低。这时，再采用上述的偏除土来纠偏法，可使沉井的倾斜逐步得到纠正。
配重纠偏∶在沉井顶部高的一侧加适量配重。
助沉纠偏∶在高的一侧压触变泥浆，减少高侧沉井井壁的摩阻力。
纠偏手段是分析监测得到的数据的基础上，进行计算后制定的，通常采用的措施可能是上述的一种单独使用，也可能是上几种综合应用。
5）沉井扭转
沉井下沉过程中或下沉后，筒体轴线位置发生两个方向的偏移（称为扭转）。
沉井位置如发生扭转，如图4。可在沉井的A、C二角偏出土，B、D二角偏填土，借助于刃脚下不相等的土压力所形成的扭矩，可使沉井在下沉过程中逐步纠正其位置。
以上所述沉井的倾斜、位移、扭转，应在沉井距设计标高1米以上时基本纠正到位。在沉井刃脚接近设计标高30厘米以内时，不应再有超出容许范围的偏差，否则难以纠正。
四、沉井的助沉措施
1.采用改型刃脚卵砾填缝助沉
为了隆低沉井下沉的阻力，或为了预防沉井下沉过程中，周围的孤石、块石坍塌挤压沉井外壁，造成沉井下沉困难，采用沉井刃脚外撇20厘米的八字形刃脚，在外壁空腔内根据下沉情况，不断充填粒径约4厘米的河卵砾石，使沉井外壁与地层间的摩擦由原来的滑动面摩擦变为球体滚动摩擦，故沉井下沉时的摩阻力大幅度下降，且由于填充了卵砾石，使井外壁与地层之间没有空隙，不会产生地层大孤石、块石垮塌挤压井壁的现象，同时由于缝隙中填充了卵砾，使井筒与地层之间保持有一定的距离，所以井筒位置稳定，偏斜小。
通过调整刃尖下方土体的阻力可以及时地修正沉降过程中出现的倾斜。下沉施工完结后向充满卵砾的缝隙中注入固结浆液，使井筒和地层固结在一起。改型刃脚卵砾填缝自沉工法助沉示意图见图5。
2.压沉助沉
沉井压沉助沉是通过外部荷载的增加，使沉井的沉降系数增大，改善沉井下沉条件的方法。施加荷载的方法分为两种∶1）通过反力地锚施加荷载压沉；2）依靠增加沉井高度或加放压重块施加荷载。前者优于后者，有利于控制沉井的下沉姿态。
1）反力地锚压沉
反力地锚的布置方式∶在沉井外侧60~80厘米或四角部位对称布设地锚，地锚孔孔径ф129~140，采用跟管钻机和地质钻机进行造孔，孔深深入基岩5～6米，埋设竹节式加固锚筋或直接通过ф50~73钻杆注入0.5:1的水泥浆液加压灌注，将钻杆埋入孔内作为反力地锚孔内部分，地表安设锚固台和锚固拉杆。
地锚的允许拉力大小根据计算、现场试验确定，地锚反力压入装置见图6。
2）压重块加载助沉
压重块加载通过在沉井上加放混凝土预制块，增加下沉力。在下部无大块石或大块石已清除后，沉井由于受井壁外侧地层侧压力增加、摩阻力增大，造成下沉困难或沉不下去时，根据周面摩擦计反应数据，对摩擦力较大侧加放预制块施加荷载；在沉不下去情况下则四周同时对称施加荷载。也可根据沉井的倾斜状况进行荷载施加。
施加荷载时，不能速度过快，以免发生突然下沉或下沉过快造成纠偏过度，另外。预制块在沉井侧壁上应有固定措施，施加荷载大小需要按照沉降系数1.1～1.2，根据周面摩擦阻力、刃脚阳力进行计算求得。
混凝土预制块的大小以2米×2米×2米或2米×2米×1.5米为宜，每个预制块重15~20吨。
3.触变泥浆助沉
触变泥浆常规方法是通过沉井墙壁预留的压浆管、出浆口进行压力灌注，亦可通过从井壁外侧钻孔插管的方法进行注浆，作为一种补充措施。
压浆管路沿沉井内壁每2.0～2.5米布置一根ф50毫米钢管作为压浆管，在沉井侧墙下部刃脚牛腿处穿过井壁。为避免排水下沉时，泥浆向井内渗漏，出浆口距刃脚距离大于6~10米，压浆管、出浆口预留在刃脚牛腿上部，出浆口处采用长度20厘米的∟100×100×10毫米角钢作为孔口保护。为保证井壁外泥浆套不受地表地层坍塌，特别是夹砂层出现流砂造成破坏，在沉井四周外侧设钢板结构泥浆围圈，围圈高出地表0.5米，围圈与井壁间距1.0米，围圈内充满泥浆。随着沉井下沉，不断地用BW250/50型泥浆泵通过压浆管、出浆口向井壁四周及时补充泥浆，保证泥浆套的连续性。
触变泥浆压浆管、出浆口钢结构泥浆围圈布置见图7。
泥浆采用膨润土、烧碱和水按设计配合比（膨润土20%、烧碱5%、水75%）配置并搅拌好，通过注浆泵压入井壁。
当沉井下沉至设计深度后，向压浆管内注入0.5:1的浓水泥浆液置换管内泥浆及井壁泥浆，使沉井与地层间充满水泥浆液，凝固后形成一个整体。
4.空气幕助沉
对下沉较深的沉井，为预防在沉井下沉过程中下沉系数偏小而不能下沉，采用空气幕法来减少井壁摩阻力，以此达到助沉目的。空气幕助沉的优点是：井壁摩阻力容易恢复；下沉容易控制；不受水深限制；施工设备简单，经济效果较好。
1）空气幕助沉的原理
空气幕助沉的原理是向预先埋设在井壁四周的气管中压入高压空气，经设在井壁的喷气孔喷岀，并沿井壁外表面上升溢出地面，从而在井壁周围形成一层松动的含有气体与水的液化土层，含气土层如同幕帐一般围绕沉井。其主要构件有气龛、气管和压缩空气的供气系统。
空气幕助沉压气时间与地层情况、供气系统、水位差等有关，压气时间不宜过长，一般不超过5分钟/次。
2）气龛的构造
气龛布置在沉井井壁表面上，高18厘米、上宽15厘米，下宽5厘米的梯形，深3厘米呈棱锥状的凹槽，凹槽底部与水平管相贴，在水平管上钻一个ф3毫米喷气孔。气龛结构简图如图8。
3）气龛的排列布置
气龛从第四节开始布置。为了保证下沉平稳，只在短边使用空气幕。
水平方向以1.5米为标准间距，相邻两层气龛位置交错布置，呈梅花状。
4）气龛的制作及安装
气龛采用4毫米厚的钢板制作。安装在沉井外壁模板上，用钢筋头和U形钢筋将气龛、充气管固定在结构钢板网格中间位置，并紧贴模板。
5）空气管路的设计
预埋在井壁内的管道，采用有一定弹性的ф25毫米聚氯乙烯硬管（竖管的最后2米采用ф50毫米的无缝钢管）。
管路布设具体如图9。
6）管路的安装
将水平管安装在气龛内侧的凹槽位置，用钢筋头将水平管和气龛固定在模板上。在安装水平管时每段水平管的两端头接一段有封头的弯管（沉淀管），以存贮可能进入管内的泥砂，防止堵塞气孔。存贮封头管采用ф50毫米长30厘米长的聚乙烯硬管。如图10防堵措施示意图。
竖管通过三通接头与水平管相连，连接时做好防漏措施。同时各分区管路按要求引出，做好各分区标记，便于压气助沉过程进行控制，安装时不可将各管路混乱。
7）管路保护
混凝土浇筑振捣时需特别注意不可触碰到充气管路，振捣棒与充气管路之间保持一定的距离（但此距离不能大于振捣作用半径），养护完成拆模后，将水平管上的橡胶套向侧面稍微推开，在水平管上钻ф3毫米喷气孔，喷气孔的位置在水平管弧形外表的中间稍偏上，将橡胶套复位，在外罩的橡胶套上用小钢钉扎孔，既可防止砂土堵孔，又可保证喷气正常。喷气孔施工完毕后，向预埋管内压风，检查喷气孔是否通畅，若堵塞应及时将喷气孔进行疏通。井壁外供气管路由搁置在井壁外侧预埋牛腿上的供气总管，通过空气分流装置连到空气幕每个区块的供气支管上。在分流装置上设有阀门和气压表以便于控制。
8）压缩空气供气系统
送风压力不小于气龛入土深度理论水压的1.6～2.0倍时，可以达到满意的效果，所以送风压力不小于5个标准大气压。
供风时以每个气龛耗风量不小于0.02-0.025立方米/分钟计算总供风量，可以达到预期的下沉效果。则供风量不应小于21立方米/分钟。
空气幕助沉施工时，先打开空压机，待气包内压力接近其允许值时，打开供气管路的气阀，开始送风，压力保持在5千克以上，如果压力下降，说明气量不足，此时空气幕的效果不理想。
五、沉井排水
对于下沉过程中要穿过较厚的地质层，终沉时刃脚需入基岩一定深度，以满足抗倾和抗滑稳定要求，终沉后井内要进行锚杆及钢筋混凝土底板（封底混凝土）施工，必须达到“干地施工”条件的沉井群，下沉的合理方式为“排水下沉”，排水方法有集水井排水法和外围排水法。
1.井内排水法
这种方法是在开口沉箱内部底面上设置集水井，使渗向底面的地下水集中在集水井中，然后用泵压送到井外的方法。如果水位下降量大，则开挖底面时的动水坡度增大，有可能产生流砂现象。另外，由于排水致使周围土体冲填压实，给箱体下沉带来困难。
2.外围排水法
这种方法是在开口沉箱的外侧设置几条深井，在各深井中插入水泵一起向外抽取地下水的方法。地下水位下降后的水位分布形状，因地层渗透系数的不同而异：渗透系数越小，水位的下降量和范围越小；渗透系数越大，层厚越厚，排水效果越好。该方法与井内集水井排水法相比，排水量越大，影响范围也越大。流入过滤管的地下水中夹有周围地层中的土砂，会使过滤管堵塞，同时也可能造成外围地层的沉降。作为防止排水法造成周围地层沉降的防止措施，还可并用设置防渗墙和抽取地下水再回灌地层的恢复水位方法。
对于大型沉井群，由于分布范围大，地下水分布情况复杂，一般是采取井内排水法和外围排水法相结合的方式进行排水。
六、后续井筒施工
在底节沉井下沉到预定深度后就应停止下沉，准备进行上面一节沉井的施工。沉井的接高应符合以下要求：
1.接高前应调平沉井，井顶露出地面应有1米左右高度。
2.第二节沉井高度可与底节相同（5~7米）。为减少外井壁与周边土石的摩擦力，第二节井筒周边尺寸应缩小5~10厘米。以后的各节井筒周边也应依次缩小5~10厘米。
3.上节模板不应支撑在地面上，防止因地面沉陷而使模板变形。
4.为防止在接高过程中突然下沉或倾斜。必要时应在刃脚处回填或支垫。
5.接高后的各节井筒中心轴线应为一直线。
6.第二节井筒混凝土达到强度要求后，继续开挖下沉。以后再依次循环完成上部各节井筒的制作、下沉。
七、井底地基处理
1.按设计要求打好插筋，清除岩面浮渣杂物，浇筑封底混凝土和填心混凝土。打插筋、清基、封底、填心各工序必须紧密衔接，缩短工期。如果工期拖延过长，井内长时间排水，既增加排水费用，又可能淘空四周地层中的砂及小粒径卵砾石，对沉井安全不利且增加了清理量。
2.沉井下至设计位置后，如设有深挖齿槽，为保证齿槽的顺利施工，应将井周刃脚部位封堵。齿槽可沿长度方向分段跳块开挖，一般分4块（或3块），分2个阶段开挖。第一阶段先开挖1至2块，立模先浇混凝土。第二阶段可全部开挖，该阶段齿槽混凝土可与封底混凝土一起施工。
齿槽开挖前槽口边沿应打插筋，齿槽开挖的边坡可采用喷混凝土支护，若遇破碎层可用锚喷支护。
3.井间齿槽可采用平洞法开挖，并回填混凝土至刃脚底面。
八、填心混凝土施工
1.作为一般基础沉井，可用C15混凝土封底，高度为2~5米。
2.若渗水量不大，填心、封底可采用分期施工方法。第一期可采用预留泵坑，一边排水一边从一端向另一端封堵填心，最后撤出水泵封堵水泵坑。
3.若渗水量较大，无法采用排水法封堵，也可采用导管法水下浇筑混凝土封堵。水下混凝土浇筑厚度可为3~5米，以上部分将积水排出后仍采用普通混凝土方法浇筑填心混凝土。用导管法浇筑水下混凝土时，应按照水下混凝土施工规范中"特种混凝土”的有关规定执行。水下浇筑混凝土的强度等级应较混凝土设计强度提高一级。
4.井底封堵后若要进行防渗处理，则井底可作为防渗处理的工作面。井底混凝土封堵后，其上应根据设计需要，浇筑混凝土或填砂砾石。
电厂水源地深井泵群无线遥测遥控系统
群井简介