1 工程概况
本工程新建翻车机室位于武钢集团焦化公司2#翻车机室南侧，翻车机室地下室采用钢筋混凝土沉井，沉井长47.5m，宽l8.7m，深22.0m。施工场地狭窄、环境复杂、交通不便，新建翻车机室的北侧紧临2#翻车机室铁路重车线，铁轨边距离沉井外壁仅3.4m，基坑开挖前对该铁路进行加固处理并进行边坡支护。场内土层分布从上至下分别为：杂填土(地层代号①1)、素填土(地层代号①2)、粉质粘土(地层代号③2)、粉质粘土(地层代号④1)、粉质粘土(地层代号④2)，填土厚度约5—6m。
场地内的地下水由上部滞水、孔隙承压水和基岩裂缝水三种类型。其中，上部滞水赋存于人工填积(Qm1)(地层代号①1、①2)层中，大气降水、地表渗水是其主要的补给来源；空隙承压水赋存于第四系上更新统冲积(Q3)(地层代号④4)粉砂层中。基岩裂隙水主要赋存于基岩(地层代号⑦1、⑦2)裂隙中，水量较小。根据地质勘测资料，场地上部滞水水位在0.25—2.10m之间。
场地内的地下水对混凝土结构和钢筋混凝土结构中的钢筋均无腐蚀。沉井施工平面布置及基坑开挖如下图所示：
2 沉井工程施工方案
该沉井总高度22.0m，井壁分3次预制，第一节预制6.3m，第二节预制6.5m，第三节预制9.2m；待第三节沉井下沉至设计标高后，进行清底，浇灌底板，依次施工井内各层平台。
2.1 施工工艺流程
测量放线 开挖施工坑及排水沟、集水井 铺砂垫层和垫木 井壁、隔墙制作 拆模养护 井内降水 抽出垫木
挖土下沉 封底 浇筑底板 浇筑井内各层平台梁板柱。
2.2 测量控制与沉降观测
按设计总图和沉井平面布置要求，设置坐标控制网和高程控制点，用经纬仪和水准仪进行定位放线，定出沉井中心轴线和基坑轮廓线以及水准点，作为沉井制作和下沉深度控制的依据。
沉井位置标高控制是在沉井外部地面及井壁顶部四面设置纵横十字中心控制线、水准基点。沉井垂直度的控制，是在井筒内按8等份标出垂直轴线，各吊线锤1个对准下部标板来控制。沉井下沉时应按勤测勤纠的原则作业，随时观测沉降量和垂直度，及时掌握和纠正沉井的位移和倾斜，每班至少测量两次，由专人负责并做好纪录。如果出现不均匀沉降、沉降困难或沉降过快等异常现象应立即停止下沉并采取相应处理措施。
2.3 基坑支护、开挖
根据地质条件和场地条件，为了加快工程进度，减少沉井实际下沉深度，解决首节沉井制作时地基承载力不足的矛盾，避免不均匀沉降，首节沉井制作前，挖去地表以下4米范围内回填土。施工基坑深为4米，坑底工作面宽度沿井壁外约2m左右，采用反铲挖掘机挖土。考虑到施工现场的环境，距离基坑北侧是2#翻车机室的铁路线扩坡，坑底与铁轨面高差达7m，因此在施工基坑开挖前进行铁路加固利边坡支护，边坡支护采用人工挖孔桩，其余三个方按1∶0∶5放坡开挖。放坡后施工坑的坑口尺寸为51.5m×20.72m，坑底的尺寸为47.5 m×18.72m，见施工坑开挖图。施工坑开挖完后，周设排水沟、集水井，使地下水位降至比基坑底面低0.5m，基坑周围筑挡水堤。
2.4 刃脚支设
刃脚采用砖垫座支设，坑底土层承载力较低，采用局部换填并扩大承载面方法来提高承载力，具体施工方法是：施工坑开挖至—7.0m完后，先用20t振动压路机将坑底碾压8遍，然后沿井壁中心线开挖沟槽，再分层铺填砂垫层。砂垫层选用中砂，边铺边洒水边夯实，铺完后再用压路机碾压密实，再在砂垫层上再铺设枕木(160mm×220mm×2500mm)作垫木，要求垫木中心线与刃脚中心线重合。枕木之间的空隙用砂填实，并保证枕木顶面和砂垫层顶面相平，用水准仪找平，使高差在10mm以内。沉井井壁下砂垫层宽度、厚度以及枕木的用量，可根据第一节沉井的重量和施工坑地基的承载力计算求得：枕木的用量@500mm计260根，砂垫层的有效厚度为500mm。
2.5 沉井制作
沉井制作在—7.0m基坑中进行，由于沉井总高度和总重量都比较大，重心高，为保证制作时沉井的稳定性，沉井自身有适当的重量便于安全顺利下沉，并结合内部框架施工工艺要求综合考虑，采取分三节制作三次下沉方案，沉井制作总高度22.0m，制作内容包括井壁以及隔墙。第一节高6.3m；第二节高6.2m；第三节高9.5m。
2.5.1 模板支设
沉井模板采用木模板，支撑系统和脚手架系统采用φ38×3.5钢管支设，不设垂直施工缝，在上下节分节处设通长水平钢止水施工缝，钢板厚3m，宽500mm，内外模板间设采用φ12钢作对拉螺栓，间距300×600，止水钢片与钢筋之间采用双面焊。井壁支模时先支内模后支外模，一次支模高度比拟设水平施工缝高300mm。第一节沉井模板支撑系统及其脚手架系统落在地基土层上，第二、三节沉井模板操作及支撑脚手架系统采用悬挑支设。支设方法如下：支设井外壁模板时，模板系统及脚手架系统(双排脚手架)均落在活动钢支架上，在制作前一节沉井时在沉井侧壁上部设置预埋钢板，拆模后将预制好的钢支架焊在预埋钢板上，作为后一节沉井壁模板支撑系统及操作脚手架的承力支架。
2.5.2 钢筋绑扎
沉井钢筋采用人工绑扎。竖向钢筋采用电渣压力焊连接，水平钢筋采用绑扎搭接，搭接长度及接头的间距按设计图纸和施工规范执行。内外钢筋加设φ14mm钢筋支撑，每1.5m不少于一个，以保证钢筋位置和保护层正确。钢筋用挂线法控制垂直度，用水准仪测量并控制水平度，用木卡尺控制间距，用水泥砂浆垫块控制保护层。
2.5.3 混凝土浇筑
采用2台37米臂长泵车配12台混凝土运输搅拌车进行浇捣。将沉井分成若干段同时对称均匀分层浇筑，每层厚300mm～500mm，防止地基不均匀下沉，产生倾斜；沉井分节处水平施工缝接缝时，应先凿毛并进行冲洗处理，再继续浇筑下一节，并在浇筑前先铺一层30mm厚砂浆(与同混凝土配合去掉石子) ；井壁采用C25等级P8抗渗混凝土，止水带安装要牢固紧密，止水带不得有缝隙孔洞，第一节施工期间正值冬季施工，气温较低，混凝土掺加抗冻早强剂，用防雨帆布搭设保温大棚，接厂区蒸气养护。
2.6 沉井下沉
2.6.1 下沉方案
根据地质条件和地下水文，拟采用排水下沉方案，排水方法为明沟集水井排水。根据设计，沉井在现有地面以下埋深19.5m，因施工坑已挖4m深，所以下沉总深度为15.5m。根据地质条件和施工条件并结合制作分节情况，沉井下沉方案如下：第一次下沉5m，在第一节制作完砼强度达到100％后开始下沉；第二次下沉6m，在第二节制作完砼强度达到70％后开始下沉；第三次下沉4.5m，在第三节制作完砼强度达到70％后开始下沉。
2.6.2 沉井下沉机理分析
沉井不是均衡下沉而是“摇摆”下沉的。有关规范规定沉井顺利下沉的条件是下沉系数即井身自重与井周摩阻力之比应大1.15—1.25。实际上在砂砾石地层中沉井有被挟持而不能下沉的现象，此时反验下沉系数大于2.0以上。下沉过程是不均衡的，井壁并非同步下沉，虽然间隔时间极短，沉降的断续性十分明显。沉降时常伴有很大的摩擦声响。这种断续性与井身自重同井周摩阻力之间关系变化的波动性密切相关。
初始自重大于摩阻力，井身下沉；继续沉降时井周地层粗颗粒受井壁带动，加之井周土体向井壁蠕动的压力使粗颗粒与井壁密贴，致使摩阻力陡增，下沉中止。由于井周摩阻力的不均一性，其摩阻力较小的一侧可产生整体结构所允许的少量超前沉降，使该侧井壁倾斜，并局部挤压地层，又使摩阻力增加。相对的一侧则由于井壁倾斜，摩阻力上部减少而下部略有增大，但其总体看，摩阻力降低，促使本侧也开始沉降。
沉井刃脚不是切取而是局部承压的，底节沉井抽垫的过程是刃脚及踏面首次承压的开始。下沉过程井外侧地层的摩阻力，直接影响刃脚承压荷载的大小；当刃脚踏面接触地层并传递井身自重时(扣除井周产生的反向摩阻力)，承压作用更明显；当踏面与地层接触不均一时，局部承压更大。砂砾石地层中有块石出露时，刃脚踏面更不可能切取，而面临更大的局部承压。沉井下沉过程只有遇到砂层、粉砂层、淤泥层等细颗粒承载强度低的地层，刃脚才有切取的情况产生，但受沉井外壁四周摩阻力的限制，切入的深度也是有限的。
实践表明在坚实土层中，刃脚踏面切入极少，应优先保证刃脚底部的整体刚度，提高自身的承压强度，这是保证刃脚不被损坏，顺利下沉的前提。
2.6.3 沉井的下沉
井内采用2台0.3立方米反铲挖土，挖土方法采取先挖中间，逐渐向四周，每挖土厚0.4～0.5m，四周刃脚下土方用人工全面分层掏挖，挖除的土方用吊斗运出井外。本工程的地层中土质随土层深度变化较大，针对不同的情况，应采取不同的挖土下沉方法：
(1)沉井在软土中下沉
沉井在软土中下沉时，一般在分层挖去井内泥土的过程中，沉井即会逐渐下沉，而且沉井刃脚始终埋在土层中。首先在沉井内挖成锅底，在沉井四周的刃脚处留有土堤，再逐步削平刃脚四周土堤，沉井在挖土堤时边挖边沉。
(2) 沉井在较坚实的土层中下沉
沉井在较坚实的土层中挖锅底，刃脚四周留土堤，沉井下沉很少或者完全不沉。再向四周均匀扩挖，最后削去土堤，使沉井下沉。当削去土堤后，沉井仍不下沉，则可继续挖深锅底。若沉井再仍不下沉，则采用分层挖去刃脚四周土堤，使沉井下沉，但不宜一次开挖过深，以免造成沉井倾斜。
(3) 沉井在坚硬的土层中下沉
在挖出锅底并除去土堤以后，若沉井仍不下沉，说明此土层坚硬，可采用保留定位支点，分段掏挖刃脚。掏空刃脚时，应分层掏空，细心对称地先挖去一部分，使沉井下沉。如果沉井仍然不沉，则可继续掏挖刃脚并 扩大范围，一般情况下采用上述的方法，可在坚硬的土层中使沉井平稳，本工程后两次下沉时刃脚掏空高度达1.5m，沉井在2—3分钟急速下沉到位。
2.6.4 沉井的纠偏
发现沉井在下沉过程中发生位移、倾斜、偏转时，应根据产生原因，用下述一种或几种方法及时纠偏。
(1)偏挖土纠偏法：
当沉井入土较浅，纠正倾斜时，可采取在沉井刃脚高的一侧进行挖土，以减少刃脚下的正面阻力，增加在沉井低的一侧的阻力，使偏差在下沉过程中逐步纠正。纠正位移时，可有意使沉井向偏位方向倾斜，然后沿倾斜方向下沉，直至沉井底面中轴线的位置相重合或接近时，再将倾斜纠正，使沉井的倾斜和移位都在允许范围以内。
(2)井外射水和井内偏挖土同时进行的纠偏法：
当沉井入土深度较大，仅用上法纠偏有困难时，可用高压射水管沿沉井高的一侧井壁外面破坏土层结构，降低该侧被动土压力，再用井内偏挖土法纠偏。有条件时，还可以在沉井顶部加偏压重或水平拉力的方法来纠正。
(3)增加偏土压或偏心压重纠偏法：
在沉井倾斜低的一侧回填砂或土，使该侧产生的土压力大于高侧的土压力，也可在沉井倾斜高一侧压重使该侧刃脚下的应力增大，从而达到纠偏的作用。
(4)沉井位置扭转时的纠正方法：
沉井位置如发生扭转，可在沉井的对角偏挖土，借助于刃脚下不相等的土压力所形成的扭矩，使沉井在下沉过程中逐步纠正其位置。
2.7 沉井封底、浇底板
沉井下沉达到设计标高，并经2—3d 观测证明下沉已稳定，或证明在8d内累计下沉量不大于10mm时，即应进行沉井封底。本工程采用排水干封底。排水封底的施工技术及操作方法，应符合以下要求：
(1)首先应将新老混凝土接触面冲刷和凿毛，清除刃脚上的污泥，对井底进行修整成锅底形。由刃脚向中心设置放射形排水沟，铺设卵石作滤水暗沟，在井底的锅底部位设置集水井，以保持地下水位低于井底面300～500mm。
(2)清除井底土层表面积水，浇筑混凝土垫层，振捣必须密实，垫层混凝土强度达到设计强度的50％以上时， 即可绑扎底板钢筋，钢筋两端应伸入刃脚或凹槽内，然后浇灌底板混凝土。底板混凝土的浇筑应在整个沉井面积上分层浇注，每层厚度为300～500mm，由四周向中央进行，振捣密实。混凝土采取自然养护，养护期间应继续抽水。待底板混凝土强度达到设计强度的70％以上时，再将集水井逐个停止抽水和封堵。
2.8 沉井下沉对周围土的扰动和破坏
沉井下沉时，对沉井外围四周土体影响难以避免，土体破坏棱体范围内的有永久设施时，必须采取有效保护措施。土体破坏棱体范围与沉井下沉深度、土质、施工方法以及沉井的平面形状有关。
前期对铁路边坡用人工挖孔桩＋锚杆进行支护，铁路列车荷重用钢大梁、小梁传给直径1.2m深19.5m承重桩进行托换加固，边坡支护桩直径1.0m深15m，间距1.3m设两道锚杆，由于回填土较厚，对沉井下沉对周围土体造成的破坏估计不足，当沉井下沉到—15.30m标高时，铁路边坡支护桩发生了较大的侧向变形和垂直位移，支护桩锁口梁断裂，危及铁路的安全运行。2005年5月20日由业主组织参建各方召开了研讨会，制定处理措施和应急预案。
1) 立即回填支护桩与沉井外墙之间空隙地段至0.00m(平锁口梁)，回填材料使用中粗砂；回填必须密实，不得使用粘土，不得使用编织袋装回填材料，不要在支护桩与沉井外墙之间留有缝隙，沉井两侧短边回填宽度不得小于沉井宽度的1/3，基本恢复开挖前边坡的状态，在以后的开挖阶段中，若回填高度下降，应继续增填中粗砂，始终保持回填平锁口梁。
2) 在支护桩与沉井外墙回填底部埋入水平花管(上开花眼、外包土工布)引流至两侧竖向埋置D300钢管内，D300钢管宜侧壁开花眼，外包土工布，钢管内置水泵随时抽排汇集的滞水。
3) 主动区压密注浆加固(在地面开裂范围内进行压密注浆加固)。注浆浆液采用水泥浆，水灰比0.55，注浆压力可以按0.5MPa控制，注浆管应反复提升直到孔口溢浆。
4) 接长沉井外壁，始终确保沉井顶部不低于锁口梁顶部。
5) 在所有支承桩上，铁路线中间和两侧、地面裂缝边线上若干增设水平位移、沉降观测点，并观测不少于两次初始值。
6) 在锁口梁顶部与沉井外墙继续用型钢每2-3m设置若干临时支撑。
7) 与铁路运输调度协调，减少载煤列车在该段的停留时间，下沉作业安排在白班，每次下沉后及时进行测量，向运输部门通报铁路轨面的变形情况，由其决定是否调整轨面标高以确保铁路运输安全。
2.9 质量控制：
沉井施工前应钢筋、电焊条及钢筋接头进行检验；浇注混凝土前，应对模板尺寸、预埋件位置进行检查；拆模后应检查浇筑质量，符合要求后方可下沉。下沉过程中应对下沉偏差做过程控制检查。下沉接高应对地基 强度、沉井的稳定性检查。封底结束后，应对底板的结构有无裂缝及渗漏检查。沉井的竣工验收包括沉井的平 面位置、终端标高、结构完整性、渗水等进行终合检查。具体检查可按《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002中检验批质量验收记录表要求控制。
3 结语
沉井作为建造地下构造物或深基础的一种方法，是一项实践性很强的施工技术，为保证沉井的顺利下沉和井身的稳定性，必须具有钻孔地质资料。施工前，应根据钻孔地质资料，编制沉井施工措施设计，选定下沉方法，计算各阶段的下沉系数，确定沉井制作、下沉施工方法，使施工人员能清楚地了解沉井在不同阶段的下沉情况，掌握各阶段的相应技术措施，保证下沉的施工质量和安全，沉井下沉对周围土体的破坏必须引起足够关注，并采取有效措施和应急预案。该工程经过设计、施工、监理、业主各方的密切配合，反复进行研究比选，最终确定了沉井设计方案和施工方案，到达了很好的效果。
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