基于大型水池沉井施工技术研究

摘要：在工业4.0背景下，建筑工程服务民生的重要性日益突出，传统沉井工艺存在工期冗长、质量管控受制于现场条件等问题。大型水池沉井施工技术通过技术创新，显著提升了结构质量稳定性，有效缩短了工期进度，优化了作业环境条件，拓展了狭窄场地的施工可行性。本文以水厂回收水池沉井工程为案例，系统分析了该技术的具体应用，为同类工程实践提供了重要参考依据。

关键词：大型水池；沉井；施工技术

引言：随着城镇规模扩张与生态保护标准日趋严格，作为农村供水工程关键设施的大型水池（水质净化、雨洪调蓄等功能）建设需求持续攀升。传统沉井工艺在特殊地质环境（包括软弱土层、富水地带）及建筑密集区域实施时存在明显技术瓶颈，主要表现为下沉轨迹偏差控制困难、突发性沉降隐患突出、邻近土体稳定性受损等缺陷，可能引发结构渗漏乃至周边构筑物安全风险。针对大型水池项目，现有施工方法往往难以兼顾工程精度与安全保障，迫切需要建立适用于复杂工况的精细化沉井作业体系，这对优化地下空间利用效率、确保市政设施长效运行具有显著实践意义。

1.工程概况

农村供水保障专项行动项目中水厂单位工程的回收水池沉井工程，规模3800m3/d采用传统钢筋混凝土传统形式，其中包含重力式无阀滤池、絮凝沉淀池、清水池、废水回收水池、污泥干化厂、加氯加药间、配水井、加压泵房等单体结构物。

由于回收水池所在的区域地质较差、地下水位高，故采用沉井施工工艺，回收水池沉井尺寸为长8.1m，宽5.7m，深（不含刃脚）6.95m，沉井刃脚高0.49m。池壁长边厚0.45m，短边0.4m，为C30P6混凝土结构，布置双层钢筋，刃脚部位预埋角钢，施工缝位置预埋止水钢板。

2.水厂沉井施工技术

水厂回收水池土建施工，主要包含土石方工程及混凝土工程，采用沉井施工工艺，施工过程包含土石方开挖工艺及混凝土施工工艺，下沉过程中使用人工开挖，汽车吊出渣。回收水池土建工程采用沉井施工工艺，所以土石方开挖与混凝土工程同时进行，整个沉井刃脚高0.49m，池壁高为6.55m，底板厚0.4m，整个沉井井壁高7.4m，分三个预制段施工，分三段下沉，回收水池沉井施工流程为：场地平整→垫层（风化料垫层加方木）→第一节预制段预制→第一节下沉段下沉（开挖与下沉同时进行）→第二节预制段预制→第二节下沉段下沉（开挖与下沉同时进行）→第三节预制段预制→第三节下沉段下沉（开挖与下沉同时进行）→封底。

2.1基坑开挖

采用沉井基坑内制作工艺，通过降低作业面标高来缩减下沉深度。开挖作业需穿透表层土至黏性土层，为确保施工空间需求，基坑每侧需超出沉井外缘2m进行扩挖。

2.2铺设砂垫层

采用中粗砂铺设500mm厚垫层，实施分层碾压密实。在沉井外轮廓1.5m范围及井字梁底部区域，需铺设400mm×300mm碎石排水暗沟。同步在基坑周边设置环形排水系统，通过集水井与暗沟连通，使用潜水设备进行抽排作业。

2.3素混凝土垫层

在已压实的砂垫层表面，沿沉井刃脚及梁底位置浇筑200mm厚C15无筋混凝土。垫层宽度按刃脚和砖座边缘各外扩400mm控制，施工中重点把控表面平整度与混凝土密实度，为后续沉井结构施工创造有利条件。

2.4刃脚砖座

使用MU7.5规格的实心砖配合M10标号砂浆进行梯形刃脚支座的砌筑施工。在砌筑过程中，每间隔1米预留20毫米宽的竖向贯通缝隙，以方便后期砖座的拆卸作业。砖座内侧表面采用1：3配比的水泥砂浆进行找平处理，并在最外层铺设薄型三合板作为隔离层，确保与沉井刃脚混凝土结构有效分离。

2.5沉井主体制作

2.5.1模板工程

（1）混凝土浇筑作业优先选用木质模板体系，针对不同结构部位的构件几何参数，严格参照设计及规范要求选取适配的模板材料，确保模板拼装时接缝平顺、咬合紧密，杜绝浆液渗漏现象。

（2）模板选材需满足国家现行技术规范，木质材料须达到GB/T 4817规定的Ⅲ类及以上等级标准，严禁使用存在腐朽、明显变形或力学性能不达标的木材。钢制模板面板厚度不得低于3毫米，表面需经抛光处理，消除任何可能影响成型质量的凹陷、折痕等外观瑕疵。模板支撑体系所用金属构件同样须符合相关行业技术标准。

（3）依据混凝土结构施工大样图实施精确测量放线，对关键受力部位增设复核控制点。模板支设过程须设置可靠的临时稳固装置，防范模板位移风险。相邻模板单元须达到接缝平齐、密闭性良好的安装标准，各项参数均应满足设计文件及施工验收规范的强制性要求。

（4）模板支撑系统由侧向挡板、竖向立柱、横向连杆、斜向加固件及水平稳定杆构成，整个支撑体系需确保结构稳固，在实施混凝土振捣作业时能有效避免任何位移或形变现象发生。

（5）待支撑构件安装就位并完成精确调试后，需在模板与混凝土接触界面均匀涂刷防氧化隔离层及脱模剂。必须通过模板安装质量验收后，方可进入后续施工环节。

2.5.2混凝土浇筑

混凝土在搅拌站进行集中拌合后，通过塔式起重机运输至施工区域，采用环绕井壁均匀分布的方式进行浇注作业。施工过程中采用分层摊铺工艺，每层松散铺设厚度控制在400mm左右。将沉井圆周划分为若干施工段，实施同步对称浇筑，确保材料投放的均衡性，防止地基出现差异沉降现象。每段混凝土必须一次性连续浇筑成型，对施工接缝处的混凝土表面需进行凿毛处理并彻底清洁，同时对3mm厚、300mm宽的钢板止水带表面残留物进行清理。在浇筑上层混凝土前，需先铺设100mm厚的半骨料混凝土过渡层。

2.6沉井下沉

2.6.1准备工作

（1）选用标准红砖对沉井两侧的进出水通道实施全封闭处理，外侧采用1：2水泥砂浆进行找平施工，确保封闭面与沉井外立面保持平齐且表面平整度达标。

（2）沿沉井竖向结构每间隔1000mm设置一道水平控制线，同时在井壁内外两侧等距划分8条竖向参照线，吊挂铅垂线时控制垂线与井壁保持300mm净距，便于准确监测沉井垂直度变化。

（3）待沉井结构混凝土养护周期结束且抗压强度检测值达到设计强度等级的70%后，方可按规范要求开展沉井下沉施工工序。

2.6.2素混凝土垫层及刃脚砖座的破除

使用风钻对素混凝土垫层及刃脚砖座进行破碎作业，遵循由内向外的操作流程。首先处理"井"字形梁底部区域，随后对沉井外围刃脚部位实施破碎。施工过程中需保持对称作业，及时清理产生的混凝土碎渣与砖块残片，并通过吊装设备将其运离井内，避免沉井在初始下沉阶段出现偏斜现象。

2.6.3下沉取土

施工过程中采用机械下沉工艺，取土作业严格遵循"中心优先、四角跟进，锅底先行、刃脚后置"的对称操作规范。初始阶段集中开挖中央区域，随后以辐射状向周边扩展形成锅底结构。为预防突发沉降导致位置偏移，同时降低井壁外围土体的扰动风险，需在刃脚周边预留0.5-1.0m宽的土质防护带。当锅底区域完成开挖后，在粉质土层条件下，沉井依靠自身重力作用实现下沉，此时刃脚部位的土体会向中心区域挤压移动。

后续施工中，若锅底成型后沉井仍未下沉，则需分阶段均匀清除预留土埂：优先处理四角区域的土埂，继而清除周边环形土埂，最终开挖定位点处的土埂。整个沉井的开挖过程必须保持对称性，严格控制各格间高差在20cm以内，防止出现显著的位置偏差。该工序循环实施，确保沉井平稳均匀下沉。施工中如遇石块或其他障碍物，应立即组织人工辅助机械进行清理，并使用挖掘设备将杂物及时运出井外。

2.6.4下沉观测

在沉井施工阶段，需持续监控井壁四周分布的8个定位垂线，同时配置两台全站仪配合一台激光水准仪实施垂直精度与高程监测。若发现垂线出现位移或各方位高程数据存在差异，必须立即启动纠偏程序。施工全程每间隔4小时需执行一次偏差调整，确保误差始终处于规范限值内。当沉井底部距目标高程仅剩2米时，应加密监测频率并严格控制挖掘进度，防止出现过度下沉现象。

2.6.5下沉纠偏

针对该项目的施工环境与地质特性，若出现偏移现象需根据实际状况采取差异化处理方案。

（1）初始下沉阶段若偏移量较小，可在刃脚及单侧实施人工开挖作业，同时在低侧刃脚处预留较宽土堤并适量回填砂料；

（2）当沉井进入较深土层时，若采用降水施工工艺，可随下沉过程在高侧逐步修正偏差。进行位移调整时，可有意使结构向偏移方向倾斜下沉，待沉井底部轴线与设计轴线基本吻合后，再行校正倾斜度至允许误差范围内。此外还可配合外部高压射水与内部同步开挖的复合纠偏法，通过调整土压力分布实现纠偏目的。

（3）若沉井出现旋转位移，可采取对角线差异开挖法，在相对两角区域进行挖方作业，另两角区域实施回填，利用刃脚处非对称土压力形成的旋转力矩，使沉井在后续下沉过程中自行调整至设计位置。

在施工过程中，当结构物下沉至距离预定标高2米以上位置时，需完成主要偏差修正工作。此后应保持缓慢下沉节奏，待沉井刃脚部位接近最终标高50厘米范围内时，必须严格控制沉降精度，杜绝出现任何超出规范许可范围的偏差现象。

2.7沉井封底

沉井下沉到设计标高后，根据规范要求24小时累计下沉量不大于10mm，方可进行封底的埋石混凝土浇筑工作。

（1）使用梭槽将混凝土输送至沉井井底，然后使用挖掘机进行抛石。

（2）封底砼浇筑要对称均匀，分格浇筑，先锅底后四周，从封底至砼达到强度设计值时，避免封底砼受水浸泡。

（3）封底砼浇筑结束后，按定位、按顺序预留插筋，确保在砼初凝之前施插完毕。

（4）浇筑顺序为先锅底、后四周。

结束语：

本文对水厂回收水池沉井工程提出的水池沉井施工技术可有效的解决施工过程中沉井移位、突然性下陷、邻近土体结构的破坏，通过对实际施工的应用表明，在本文提出的新对策可有效的改善建筑物质量与保障施工安全；约节约工程工期15%、节约工程造价10%；且未产生不利影响于邻近设施，证明了新技术的应用价值和创新，为同一区域内类似施工地形沉井的施工带来参考意义和经验，今后将持续加大数字化施工方式的融合运用和绿色施工措施在沉井领域的应用，使沉井技术向着更优化、绿色方向发展，为城镇基础设施建设高质量发展。

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