作者姓名：郝伦 茶志超 沈磊 姜旺健 高卓航
（中国建筑第四工程局有限公司、昆明、650220）
【摘 要】：针对传统沉井工艺在复杂地层中易突沉、倾斜及质量波动大的难题，基于专利《分层浇筑、多次下沉的沉井施工工艺》与《双沉井施工动态监测系统》，创新融合“分次下沉+机械监测”技术体系。核心技术包括：采用3.9m分层浇筑与分次下沉工艺，减少高支模用量30%，工期压缩20%以上；对深度＞8.5m沉井分三次拆搭脚手架，消除高空坠落风险；构建“300mm厚砂垫层（密实度≥95%）+C15素砼+刃脚”复合地基，井身开裂率降低90%。实践表明，该方法可精准控制终沉倾斜度≤1‰、8小时沉降量≤100mm，封底后渗漏率为零，综合成本降低15%~25%。在云南玉溪海绵、大理洱海治理等工程中，泥浆回收率达90%，实现扬尘噪音零投诉，环保效益显著。为复杂地层沉井施工提供了标准化解决方案。
【关键词】：沉井施工、分次下沉、动态监测、复合地基、环保高效
1前言
沉井是以井内挖土、自重下沉为核心的筒形结构物，通过封底形成地下工程基础，广泛应用于桥梁墩台、地下泵站、盾构拼装井等深基础工程。传统工艺因突沉风险高、倾斜控制难、质量波动大等问题，制约了其在复杂地层中的推广。基于专利《分层浇筑、多次下沉的沉井施工工艺》（专利号：201710173300.3）及《双沉井施工动态监测系统》（专利号：202311099125.X），本方法创新融合“分次下沉+机械监测”技术体系，通过分层浇筑、动态脚手架拆改、复合地基优化及机械式实时监测，构建高安全性、低成本的标准化施工方案。通过地基处理优化、脚手架动态拆改及下沉精准监测，构建安全性与经济性并重的施工范式，目前已成功应用于云南多类地质条件下的深基础工程。
本方法核心技术体现为三方面：其一，采用“3.9m分层浇筑+分次下沉”工艺，混凝土对称浇筑同步上升，规避结构偏载风险，较传统工艺减少高支模用量30%，工期压缩20%以上；其二，创新动态脚手架体系，深度＞8.5m沉井分三次拆搭，规避高空坠落隐患；其三，建立“砂垫层+素砼+刃脚”复合地基，300mm厚砂垫层（密实度≥95%）与C15素砼协同承载，配合刃脚设计实现均匀下沉，井身开裂率降低90%。
实践表明，该方法可精准控制终沉倾斜度≤1‰、8小时沉降量≤100mm，封底后渗漏率为零，综合成本降低15%~25%。在玉溪海绵、大理洱海治理等工程中，其环保效益尤为突出：泥浆回收率达90%，扬尘与噪音投诉清零，契合云南生态优先发展战略。为复杂地层沉井施工提供了标准化解决方案。
2特点
分层分段控制：按沉井深度（3.9~10m）分2~3次浇筑与下沉，单次浇筑高度3.9m，避免结构超重导致的突沉风险。
机械式实时监测：采用专利双沉井监测系统，通过导向轮与摆臂联动检测偏移，刻度线精度±1mm。超限触发摩擦轮敲击响板，声音警报提醒操作人员。
精准下沉控制：初沉采用人工配合机械挖土，终沉使用长臂钩机，8小时内沉降量≤100mm，倾斜度≤1/100。
地基强化技术：刃脚下铺设300mm砂垫层+300mmC15素混凝土，密实度≥95%，防止地基不均匀沉降。
绿色施工：采用高压旋喷桩止水帷幕、施工缝镀锌钢板止水带，减少泥浆污染与地下水渗漏。
3适用范围
（1）工程类型：
桥梁墩台、顶管工作井、地下泵站、盾构拼装井等深基础工程。
需控制沉降的敏感区域（如邻近建筑物、地铁隧道）。
（2）地质条件：
软弱土层、砂质地基，地下水位较高区域。
适用于沉井深度3.9~10m的工程。
4工艺原理
4.1分层浇筑原理
将沉井按3.9m分段浇筑，降低单次结构自重，减小地基荷载，避免突沉。
分段浇筑时采用“分层平铺法”（30cm/层），保证混凝土均匀上升，减少收缩裂缝。
4.2分次下沉原理：
初沉阶段（人工+机械）：刃脚砂垫层分25cm/层开挖，控制井内土面高差≤0.5m。
终沉阶段（长臂钩机）：按“少挖多沉”原则，预留20cm人工修整层，确保终沉精度。
4.3机械监测联动：
安装双沉井监测系统，导向轮贴合沉井侧壁，偏移时摆臂带动指针显示偏移量，超限触发摩擦轮敲击警报。
4.4地基协同作用：
砂垫层分散沉井荷载，素混凝土垫层增强地基承载力，防止刃脚局部沉降。
5施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
5.2操作要点详解
5.2.1 高压旋喷桩施工
施工步骤：
放线定位：按设计坐标放样，标记桩位，偏差≤50mm。
钻机就位：采用单重管法，钻杆垂直度误差≤1%。
喷射注浆：
水灰比0.8~1.5，水泥浆液压力20~25MPa，提升速度10~15cm/min。
桩径600mm@400mm（间距400mm），桩身抗压强度≥2.0MPa。
桩体养护：成桩后24小时内不得扰动，7天内定期检测桩体完整性。
5.2.2 基坑开挖与管线探明
分层开挖：
首层开挖深度1.5m，边坡坡度1:1.5，每层开挖后立即喷锚支护。
探坑要求：沿沉井边线人工开挖宽1.2m×深2m探坑，每边布设3~5个探测点，使用洛阳铲探查地下管线，记录深度与走向。
排水措施：基坑四周设300×300mm排水沟，集水井间距20m，采用潜水泵抽排。
5.2.3 刃脚垫层施工
砂垫层铺设：
分层回填中粗砂，每层虚铺30cm，采用18t压路机碾压6~8遍，密实度≥95%。
顶面平整度误差≤10mm，铺设宽度900mm。
素混凝土垫层：
浇筑C15素砼，厚度300mm，振捣密实后覆盖塑料薄膜养护3天。
5.2.4 双沉井监测系统安装
底板（102）安装于两沉井间，调节摆臂（103）使导向轮（1032）贴合沉井侧壁，校准刻度线（1045）零点。
锁紧螺栓（1055）固定限位导轨（1056），确保摆臂旋转灵敏度。
监测与警报联动：沉井偏移时，指针（1046）沿刻度线移动，超限后阻尼滑块（201）触发推杆（203），摩擦轮（204）敲击响板（2042）发出警报。
应急响应：
警报触发后，立即停止挖土，采用刃脚侧压载（砂袋≤5t）或注水增浮纠偏。
5.2.5 脚手架分次搭设与拆改
搭设参数：
满堂脚手架：立杆纵横向距1.2m×1.2m，步距1.8m，扫地杆距地200mm。
外单排脚手架：立杆间距1.5m，水平杆步距1.8m，连墙件按“两步三跨”设置。
拆改规则：
深度3.9~8.5m沉井：分2次拆搭，初沉前拆除内满堂架，初沉稳定后二次搭设。
深度8.5~10m沉井：分3次拆搭，终沉前拆除第三次内架。
安全控制：拆除时按“先搭后拆、后搭先拆”顺序作业，严禁抛掷杆件。
5.2.6 钢筋绑扎与预留洞处理
刃脚钢筋安装：
刃脚踏面预埋φ16锚固钢筋，间距200mm，与刃脚钢筋焊接，焊缝长度≥10d。
井壁双层钢筋间设φ12“S”形拉筋，间距600mm×600mm。
预留洞口加固：
洞口尺寸≥800mm时，周边加设2φ18加强筋，箍筋加密至@100mm。
顶管预留洞采用MU10烧结砖+M10水泥砂浆封堵，封堵厚度≥240mm。
5.2.7 模板支设与止水措施
模板配置：
圆形沉井：组合钢模（P3015标准模板）与木模拼缝，木模厚度≥15mm。
方形沉井：1220mm×2440mm×16mm覆膜木模板，拼缝处贴双面胶防漏浆。
对拉螺栓设置：
φ14止水螺栓，中间焊接60mm×60mm止水钢片，水平及竖向间距500mm。
拆模后螺栓头切除，采用防水砂浆封堵。
垂直度控制：模板内设φ48钢管围檩，每米高度内设3道，铅垂线校正偏差≤3mm。
5.2.8 混凝土浇筑与施工缝处理
分段浇筑规则：
深度3.9~8.5m：分2段，首次浇筑3.9m（含刃脚），终沉前浇筑剩余部分。
深度8.5~10m：分3段，每段3.9m，终沉前完成最后一次浇筑。
浇筑技术：
采用“分层平铺法”，每层厚度30cm，相邻层间隔≤2小时。
自由倾落高度≤2m，超过时采用串筒或溜槽。
振捣棒插入间距≤40cm，快插慢拔，至表面泛浆无气泡。
施工缝处理：
凿毛处理：强度达1.2MPa后，剔除表面浮浆，露出石子1/3粒径。
止水带安装：300mm×3mm镀锌钢板止水带，搭接长度≥50mm，双面满焊。
填充层施工：铺3~5cm厚同标号水泥砂浆（水灰比0.4~0.45），初凝前浇筑上层混凝土。
5.2.9 刃脚垫层凿除与下沉控制
凿除工艺：
采用4台风镐对称作业，先凿砖砌斜面，后破除素砼垫层，单次凿除长度≤1m。
凿除顺序：沿沉井周长分4个作业区，每区2台风镐同步推进，高差≤0.5m。
下沉监测：
初沉阶段：每小时测量一次，下沉速率≤10mm/h，倾斜度＞1%时停止挖土，采用刃脚侧压载纠偏。
终沉阶段：每30分钟观测一次，8小时内累计沉降≤100mm方可封底。
5.2.10 分层挖土与下沉操作
初沉（人工配合机械）：
刃脚砂垫层分25cm一层开挖，井内土方按“先中部后四周”对称开挖，每层厚度30cm。
井内土面高差≤0.5m，采用短臂挖机配合人工清底，弃土堆距井边≥5m。
终沉（长臂钩机）：
挖土深度按“少挖多沉”原则，每次下挖≤50cm，钩机臂长≥15m，确保井壁受力均匀。
沉井接近设计标高时预留20cm土层，采用人工修整至设计高程。
5.2.11 封底施工
干封底条件：沉井稳定后，井内水位降至底板以下0.5m，基底无渗水。
封底混凝土：
采用C25早强混凝土，厚度500mm，分块浇筑（每块≤6m×6m），插入式振捣密实。
表面二次抹压，覆盖土工布保湿养护7天。
6效益分析
6.1经济效益
6.1.1 直接成本节约
混凝土用量减少：分层浇筑工艺（3.9m/层）较传统整体浇筑减少模板侧压力，模板厚度可减薄15%，混凝土浪费率降低约12%。
高支模费用降低：分次拆改脚手架（如8.5~10m沉井分3次搭设）减少满堂脚手架用量30%，节约租赁及人工成本约8~12万元/项目。
减少电子监测设备采购费用约5万元/项目，维护成本降低80%。
工期缩短：分次下沉与浇筑同步推进，工期较传统工艺缩短20%~25%。以10m沉井为例，传统工艺需45天，本方法仅需35天，节约管理成本约5万元。
6.1.1 间接成本优化
维护成本降低：施工缝镀锌钢板止水带（专利权利要求6）减少渗漏风险，后期堵漏费用降低80%。
纠偏成本控制：实时监测与分次下沉技术使沉井倾斜率≤1/100，避免传统工艺因倾斜返工产生的额外费用（约3~5万元/次）。
案例分析：某市地铁顶管工作井（深度9.2m）采用本方法，混凝土用量节约18m³（单价600元/m³，节省1.08万元），工期缩短18天（日管理成本3000元，节省5.4万元），综合成本降低约15%。
6.2社会效益
6.2.1 对周边环境影响小
振动控制：分次下沉工艺（初沉人工配合机械）较传统整体突沉减少对邻近建筑的振动影响40%，沉降差控制在5mm以内（专利权利要求1）。
沉降可控：通过砂垫层密实度≥95%（专利权利要求3）及分层挖土（每层30cm），周边地表沉降≤10mm，满足地铁、管线等敏感区域施工要求。
6.2.2 施工安全性提升
事故率降低：动态脚手架拆改、突沉应急注水等专利技术应用，使高空坠落、塌方等事故率下降60%。
公众满意度高：封闭施工区设置雾炮降尘、噪音≤55dB（专利实施例4），减少市民投诉，提升企业社会形象。
6.3环保效益
6.3.1 资源节约
材料循环利用：高压旋喷桩废弃泥浆经沉淀后用于临时道路垫层（专利权利要求2），回收率≥90%；施工缝镀锌钢板止水带可拆除回收（回收率100%）。
能耗降低：分次浇筑减少混凝土泵送频次，柴油消耗量降低25%，碳排放减少约1.2吨/项目。
6.3.2 污染控制
泥浆零排放：旋喷桩泥浆经三级沉淀（pH6~9，SS≤50mg/L）达标排放，避免污染地下水（专利实施例1）。
扬尘与噪音控制：砂垫层铺设配合雾炮抑尘（专利权利要求3），场界PM10浓度≤80μg/m³；设备加装消音罩，噪音较传统工艺降低30%。
7应用实例
7.1应用实例1
项目名称：玉溪大河上游汇水分区海绵城市建设项目
建设地点：云南省玉溪市红塔区
建设单位：玉溪中设海绵城市建设有限公司
施工单位：中建四局交通投资建设有限公司
结构特征：
混凝土强度等级：C35（井壁）、C30（封底）
结构形式：现浇钢筋混凝土沉井，深度9.5m，外径12m
施工周期：2018.6.30——2022.6.23
实物量：
应用面积：沉井面积113㎡，顶管隧道总长120m
施工缝长度：环形施工缝总长90m
材料用量：混凝土1800m³，钢筋220t，高压旋喷桩800m
应用效果：
工期：较传统工艺缩短22%（传统需7.5个月，本方法6个月）；
成本：节约高支模费用12万元，混凝土用量减少15%；
质量：终沉倾斜度0.7‰（规范≤1‰），封底后零渗漏，获昆明市“优质结构工程奖”。
7.2应用实例2
项目名称：大理市洱海环湖截污工程
建设地点：大理市喜洲片区起点位于喜洲镇辖区的桃源村，终点位于喜洲镇辖区的河矣江村
建设单位：大理洱海保护治理有限公司
施工单位：中建四局交通投资建设有限公司
结构特征：
混凝土强度等级：C30（井壁及底板）
结构形式：矩形现浇沉井，深度8.2m，尺寸18m×12m
施工周期：2022年5月-2022年10月
实物量：
应用面积：沉井面积216㎡，配套管网长度2.3km
施工缝长度：纵向施工缝总长65m
材料用量：混凝土1500m³，钢筋180t，砂垫层360m³
应用效果：
工期：缩短18%（传统需6个月，本方法5个月）；
成本：节约纠偏费用8万元，泥浆处理成本降低40%；
质量：周边地表沉降≤5mm（设计要求≤10mm），施工缝无渗漏，获云南省“绿色施工示范工程”。
参考文献
专利:
[1]申请者：中建四局第五建筑工程有限公司．题名：《一种分层浇筑、多次下沉的沉井施工工艺》．国别：中国．专利编号[CN201710173300.3]．公告日期： 2019-02-19
[2]申请者：中国建筑第四工程局有限公司．题名：《双沉井施工动态监测系统》．国别：中国．专利编号[CN202311099125.X]．公告日期：2023-11-14
