沿海吹填区域沉井水下封底施工技术

薄桂萍 万其炎

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

1 工程概述

1.1 工程概况

黄骅港综合港区海水淡化引水工程位于黄骅港综合港区一港池西侧，该工程为自取水口过滤间至海水淡化厂间的自流输水管道工程，中间共设置7 个工作井。工作井井壁外尺寸为10.8m×10.8m，井内下部净尺寸为8.4m×8.4m，顶管管材为DN3400 玻璃纤维增强塑料夹砂顶管。

沉井所属区域为沿海吹填区域，地质条件较差，该文以01#沉井为例，详细介绍沉井水下封底的相关技术内容。

1.2 沉井概况及周边地质条件

1.2.1 沉井概况

该工程共7 座沉井，表1 为各沉井情况汇总表。

表1 沉井情况汇总表

1.2.2 地质条件

建设场地上部为回填的素填土及新近吹填形成的软弱土层和第四纪滨海相沉积层，土质松软。其下部为海陆交互相沉积层和湖沼相沉积层。勘察期间地下水平均稳定水位为+1.50 m。表2 为各土层地基承载力特征值，图1 01#沉井工程地质剖面图。

图1 01#沉井工程地质剖面图

表2 各土层地基承载力特征值

2 工程重难点

该工程中沉井均为10.8m×10.8m 的方形沉井，其中01#沉井顶标高为+3.790m，底标高为-13.435m，总高度为17.225m，高宽比较大，稳定性较差；且位于未经真空预压处理过的吹填土地基上，均为软弱土层，持力层较深，地基承载力不足50kPa，对沉井的稳定造成较大风险。

由于该工程位于沿海吹填区域，地下水位较高，地基土层含水量较大，并有微承压水层；01#的刃脚已经进入砂性土层，在下沉的过程中，井底出现管涌现象，沉井后期下沉时需采取不排水下沉，水下封底砼浇筑。为确保施工质量及人员安全，沉井内注水至标高+2.50 m（水深约16 m），并在沉井四周5 m 范围内打设管径400 mm、深度为20 m 的降水井共计6 口，采取降水措施后管涌现象得到了一定程度的缓解。图2 为降水管井平面布置图。

图2 降水管井平面布置图（单位：mm）

另外，沉井水下封底施工难度较大，易出现漏水、锅底泥沙混入封底混凝土中形成夹层等情况，严重影响封底效果。因此在完成锅底及刃角底部清理后，抛填块石作为滤层，避免影响后续混凝土浇筑作业。

3 机械设备选型与部署

传统方法中沉井水下封底一般采用导管法施工，在沉井水下封底的过程中，导管的覆盖范围需要满足整个沉井的平面尺寸要求，一般情况下，单组导管的作业范围约为3m~4m。同时，须在沉井顶部布置操作平台[1]。

在该工程中，为方便现场施工，采用将泵车的泵管直接插入沉井内部进行浇筑，通过控制泵车移动泵管覆盖全部封底区域，配合潜水员进行封底施工。施工时泵车布置于沉井南侧填筑的临时道路上，距离沉井直线距离约15 m，选用三一重工SYM5443THB 560C-8A 型泵车，泵管总长度56 m，泵管伸入井内长度约17 m，满足施工要求。

4 现场施工工艺

4.1 施工工艺流程

沉井水下封底施工主要包括沉井锅底清理、沉井刃角清理、锅底抛填块石以及水下封底混凝土浇筑等，现场施工工艺流程如下：潜水渣浆泵清底——潜水员探摸锅底并清理浮泥——锅底抛填块石——灌注水下混凝土——水下砼养护。

4.2 主要施工方法

4.2.1 清理锅底

沉井下沉到位后向沉井内注水至标高+2.50 m（高于自然水位约1 m），同时在48 h 内不间断地对沉井进行沉降观测，待沉降稳定后采用潜水渣浆泵将刃角中心部位泥浆清理掉。

该工程施工采用1 台25 t 汽车吊来控制潜水渣浆泵，在沉井内的深度及水平位置（在悬吊钢丝绳上每500 mm 做好刻度标记，当达到锅底深度时每100 mm 做刻度标记，通过刻度标记精准地控制清理深度，通过吊车摆动可以随时调整渣浆泵在井内的水平位置），通过潜水渣浆泵搅动形成泥浆并将泥浆外排的方法逐步清理刃角中心部位土方，在潜水渣浆泵工作的同时持续向井内注水以保证水压平衡。图3 为渣浆泵清底示意图。

图3 渣浆泵清底

4.2.2 清理刃角

刃角中心区域土方清理完成后，对刃角内侧的局部土方采用水力吸泥机水下清除。在该工程中采用一台泥浆泵（型号：QW32-12-15-1）连接2 个浮筒，使泥浆泵漂浮于沉井内水面上，水下部分用钢丝软管与泥浆泵连接，施工时水下由潜水员操作对刃角内侧土方进行清理，每个潜水员在水下工作时间不大于2 h。图4 为泥浆泵清底示意图。

图4 泥浆泵清底

4.2.3 锅底抛填块石

锅底及刃角浮泥清理完成后，将20 cm~30 cm 块石抛掷于锅底及刃角周围，并配合潜水员水下人工进行整平，以形成抛填块石滤层。图5 为抛填块石示意图。

图5 抛填块石

4.2.4 水下封底混凝土浇筑

该工程采用泵车进行水下混凝土浇筑施工，要求混凝土浇筑速度保证在60 m3/h 以上，现场使用商品混凝土[2]。

沉井封底混凝土的的浇筑自锅底最深处开始，然后向沉井四周井壁逐渐扩散，根据浇筑方向分为2 个步骤。首先，浇筑第一步混凝土，集中浇筑混凝土至锅底最深处，并确保该部分混凝土能够有效掩埋泵管管口，避免水和泥浆涌入泵管内部。根据混凝土的坍落度及流动坡度，并结合泵车泵管口距离锅底块石滤层顶面的高度，第一步，浇筑混凝土量约19m3。第二步，在潜水员的指挥下，根据水下混凝土的分散情况，按照不同方向均匀下料，确保泵管口掩埋在混凝土下，均匀缓慢地移动泵车臂进行浇筑，直至封底混凝土高度满足封底要求，沉井的每个方向浇筑约1~2 车混凝土（约12m3~24m3）。图6 为封底混凝土浇筑示意图。

图6 封底混凝土浇筑

4.2.5 现场施工情况

在实际施工中，在距离沉井15 m 处布置1 台56 m3泵车，现场停留不少于3 辆罐车且在路上有3 辆罐车可以保证连续供应。根据前期潜水员对锅底的探摸，01#沉井锅底深度约为1.5 m，预计封底混凝土方量约为90 m3~110 m3。

施工前潜水员引导泵车的泵管伸入井内，泵管管口距离抛填块石滤层顶面约300 mm，此时开启泵车不断地向井内泵送混凝土，泵入的混凝土在泵管管口下部形成一个不断扩散的圆锥体，直至将泵管管口埋入混凝土中，阻止了外侧的水和泥浆涌入泵管内部，继续泵送混凝土，使井底混凝土不断地向四周扩散。

当混凝土高度逐渐满足设计要求时，开始在水平方向上缓慢移动泵车臂，在该工程中，自西侧开始沿井壁以顺时针方向不断移动泵车臂，直至抛填块石滤层顶部完全被封底混凝土覆盖。浇筑期间需要全程对水下混凝土顶面上升情况、混凝土覆盖范围以及泵管管口埋深等情况进行监测，潜水员全程在水下进行引导，结合水上铅锤测量对所需混凝土方量进行估算。在该工程中，封底混凝土浇筑用时1 h 30 min，累计浇筑混凝土96 m3。

4.3 混凝土的要求及养护

4.3.1 混凝土的要求

沉井水下封底可采用普通混凝土或水下不分散混凝土。在该工程中，采用普通商品混凝土。水下封底混凝土为C30 W8 细石混凝土，坍落度控制在（220±30）mm，对配合比进行严格设计并试配，在搅拌过程中严格按照设计配合比进行配置搅拌。由于商砼搅拌地点距离施工现场约10 km，混凝土在运输过程中，要保证运输时间不宜过长且罐车在运行过程中应匀速慢慢地旋转。施工现场派专人进行调度，以保证混凝土浇灌的连续性。

4.3.2 混凝土的养护

在封底混凝土达到设计强度值前，须保持井内外水位相等以免封底混凝土承受过大的水压，影响封底效果。沉井封底混凝土在水下进行养护，养护期约为28 天，在养护期间每天进行井筒沉降观测。试块共制作6 组（每个井），同条件养护试块用吊篮置于井筒水下，在浇筑后7 天、14 天、28 天均试压1 组以检测水下封底混凝土强度。施工后经过养护、抽干井内积水后对封底混凝土进行检查，施工效果良好、满足设计与规范要求。

5 结语

与沉井排水法下沉后干封底相比，沉井的水下封底难度较高，危险性较大，该工程位于沿海吹填区域难度更甚。而传统的导管法作业，施工准备阶段工程量大，操作复杂。在该工程中，在清理锅底、抛填块石后采用泵车将泵管直接伸入沉井内部，配合潜水员探摸进行水下封底混凝土的浇筑，在保证沉井水下封底施工质量的同时，降低了施工难度，提高了施工效率，节约了施工成本，也为日后同类工程的施工起到参考作用。