复杂地层大型污水处理构筑物沉井实施方案优化研究.pdf

DOI:10.13379/j.issn.1003-8825.202212027开放科学（资源服务）标识码（OSID）复杂地层大型污水处理构筑物沉井实施方案优化研究王艳华，贺建群，郭道远，毛万全，熊 毅（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，武汉430010）摘要：以某沿海大型污水处理构筑物沉井为例，通过对比分析沉井初沉前不同预制高度（第一节）条件下的基底压力、地基承载力及不同刃脚下沉深度的阻力，对沉井施工过程中可能发生的问题进行预测；提出了基于基底压力、修正地基承载力分别与砂垫层厚度的曲线及交点进行沉井预制前临时基础铺设砂垫层厚度优化，基于地层界面处刃脚下取土和刃脚下留土两种取土方法的下沉系数与合理区间 1.05,1.25 的关系进行沉井实施方案优化的方法。以计算结果和变化规律为基础预测可能发生的问题，与现场实际基本一致；对实施方案进行合理优化，确保了沉井的顺利实施。关键词：基底压力；地基承载力；下沉系数；刃脚下取土；刃脚下留土中图分类号：TU94文献标志码：A文章编号：1003 8825(2023)05 0129 08 0 引言沉井构筑物有结构刚度大、造价相对较低及后期管养维护风险小等优点，被广泛应用于污水处理厂及供水厂的进水泵房等给排水构筑物。近年来，污水处理构筑物沉井正朝大尺寸、深入土、复杂地层的方向发展；沉井实施过程中普遍存在周边建（构）筑物鼓起/沉陷/裂缝、下沉困难、突然下沉/偏斜等较大风险，对施工控制造成极大困难，成为给排水构筑物施工控制的重点和难点之一。王林涛等1以清水入江项目某内径 12 m 沉井为例，通过优化施工工艺、下沉验算等方法保证了沉井施工质量；朱行凤等2结合某进水泵房的设计实例，比较和讨论了沉井下沉阶段的井壁水平框架荷载常用计算方法，并与整体模型相比较，指出宜采用空间整体模型；席超波等3以长沙市浏正码头泵站为例，对下沉系数和摩阻力计算取值问题提出了合理化建议；崔泽旺4通过对砂垫层铺设厚度、沉井稳定性、沉井抗突沉验算和沉井下沉对钻孔灌注桩及周围建筑物的影响进行计算分析，制定了地基处理、井体预制、下沉方案、对周围建筑物和桩基的保护等措施。此外，给排水构筑物沉井在结构尺寸和施工复杂程度上接近桥梁墩台沉井，桥梁墩台或其他基础施工方面关于沉井施工理论的相关文献有：朱建民等5以南京长江四桥北锚碇矩形沉井为例，采用有限元分析和现场监控方法研究发现地基处理应根据接高对承载力的要求、保证结构安全的开挖方式、首次下沉期间沉井的稳定性来控制；刘尚乾6建立刃脚下土体极限承载力影响因素的具体关系和沉井基础施工过程力学模型，得到下沉量与开挖量的控制方程，并研究了沉井倾斜问题。张志勇、刘彦峰、陈晓平、钟俊辉、周和祥、马远刚等7 12分别以沉井基础为例，对沉井的下沉过程进行实时监测，分析实测数据，并与相关规范计算值进行对比，建立下沉阻力的计算模型，进而得出各自实例下的摩阻力计算规律。本文以某沿海地区大型污水处理构筑物沉井为背景，模拟多种沉井实施方案，计算不同工况下沉井预制前（砂垫层处理后）的地基承载力、基底压力、刃脚位于地层界面时的下沉系数，分析不同方案可能发生突沉、下沉困难/偏沉的情况；以实际实施方案为例，对沉井实施问题的严重程度及内在原因进行分析，进而对实施方案进行调整和优化，为大型沉井实施方案优化提供了一种新的、更为合理的思路。1 工程概况 1.1 沉井简介某沿海地区大型污水处理构筑物采用半地下式结构，地下部分采用沉井法施工，上部结构在沉井施工完成后现浇法施工。其中，地下部分沉井结构可按照井壁厚度分上、中、下三段：下段高度 收稿日期：2023 04 02作者简介：王艳华（1985），男，湖北浠水人。高级工程师，主要从事工程管理方面工作。E-mail：。王艳华，等：复杂地层大型污水处理构筑物沉井实施方案优化研究 129 11.95 m，壁厚 1.20 m，外圈井壁尺寸 33.40 m25.00 m；中段高 5.60 m，壁厚 1.00 m，外圈井壁平面尺寸 33.00 m24.60 m；上段高度 4.80 m，壁厚 0.80 m，外圈井壁尺寸 33.00 m24.60 m；沉井完成后，在上部浇筑高度 8.00 m 的上部结构。沉井内部设有纵向隔墙 2 道、横向隔墙 1 道，将沉井分成 6 个格仓。整平后地表高程2.50 m，沉井下沉至刃脚标高15.35 m，刃脚踏面宽 b=0.50 m，刃脚斜面与土壤接触面的水平投影宽度 n=0.70 m。沉井结构，见图 1。（a）三维视图（b）剖面图33.024.6碎石素填土黏性素填土淤泥淤泥质中砂黏土质粗砂砂质黏性土0.806.702.003.904.453.602.501.705.007.0010.9015.35图1沉井结构（单位：m）1.2 工程地质条件该沉井位置各层平均埋深及岩土参数，见表 1。沉井开挖范围内主要有黏性素填土、淤泥、黏土质粗砂或砂质黏性土、全风化花岗岩和砂土状强风化花岗岩。自上而下地表厚度及基本性质为：填土层厚 2.86.0 m，淤泥层厚 5.29.7 m；下为黏土质粗砂或砂质黏性土，层厚 2.85.9 m，性质参数接近且黏土质砂层分布不均匀；下为全风化花岗岩，层厚 2.96.8 m；其下为砂土状强风化/块状强风化花岗岩，层厚约13.0 m。沉井区域钻孔，见图2。表1沉井下伏实际施工地层及岩土力学参数地层名称层底/m接触层厚/m侧阻力特征值/kPa重度/（kNm3）承载力特征值/kPa-1黏性素填土 2.652.65松散1016.760-1淤泥 9.586.93流塑617.140-8残积土（砂质黏性土/黏土质粗砂）12.733.15硬塑-坚硬2518.3160-2全风化混合花岗岩17.855.12坚硬土状6019.0300注：黏性素填土厚以设计初沉面标高（+2.5 m）为准进行修正；沉井设计刃脚标高为15.35；地下水平均深度1.6 m。-2-1-1-1-1-2-830369121518212427高程（黄海高程系）/m6ZK0621.401.2029.8030.006.10ZK0656.19-3-2-1-1-1-1-2-8303691215182124高程（黄海高程系）/m280.801.7030.6029.40ZK0634.26ZK0644.44（c）剖面2（b）剖面1（a）平面布置ZK052ZK053ZK061ZK062ZK065ZK0668910ZK051ZK063ZK064ZK074图2沉井区域钻孔 2 沉井预制阶段的地基承载力分析 2.1 换填厚度与基底压力的关系为了揭示石粉渣厚与基底压力的关系，参考值取素混凝土垫层厚 hc=0.3 m，石粉渣扩散角=27，石粉渣重度=15 kN/m3，实测 C40 混凝土密度 2.439 t/m3，其他参数取自前文第 1.2 节，计算了不同石粉渣厚度时沉井结构自重传到至下伏地层的基底压力 P 的数值，见表 2；绘制了不同沉井高度时石粉渣厚度 hs与传导至下伏地层的基底压力P 的关系曲线，见图 3。表2不同石粉渣厚度时沉井自重扩散至下伏地层的基底压力P石粉渣厚hs/mP11.95/kPaP10.00/kPaP8.00/kPa石粉渣厚hs/mP11.95/kPaP10.00/kPaP8.00/kPa0.3179.6150.9121.52.0117.2103.0 88.40.5161.1136.0110.33.0112.7101.7 90.30.8147.6125.3102.54.0115.4106.3 97.11.5124.4107.8 90.75.0121.8114.2106.3注：P11.95、P10.0、P8.0分别为沉井第一节预制高度11.95、10.00、8.00 m时，沉井自重扩散至下伏地层的基底压力P。路基工程 130 Subgrade Engineering2023 年第 5 期（总第 230 期）174.0158.9147.6127.6121.1117.0119.5125.7146.2134.2125.4110.4106.3105.3109.8117.4117.7 108.9102.692.891.093.299.8109.0908010011012013014015016017018000.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0基地压力标准值P/（kNm2）砂垫层厚度hs/m沉井第一节高11.95 m（曲线1）沉井第一节高10.00 m（曲线2）沉井第一节高8.00 m（曲线3）修正地基承载力特征值图3不同沉井自重时传导至下伏地层的基底压力P与石粉渣厚度hs的关系曲线 由图 3 可知：传导至下伏地层的基底压力P 随石粉渣厚度的增加先减小后增大，石粉渣铺设厚 3.00 m 时基底压力最小，此时 P=112.7 kPa（曲线 1）。主要原因是，当铺设石粉渣厚度过大时反造成石粉渣铺在软弱地基上增加的自重压应力大于其分散作用减小的压应力，下伏地层基底压力随石粉渣厚度增加而增加，不能起到提高下伏地层地基承载力的效果。当沉井第一节高 11.95 m 时，铺设厚度 2.00、3.00、4.00 m 的石粉渣沉井结构自重传导至下伏地层的基底压力 P 分别为 121.1、117.0、119.5 kPa 非常接近；当沉井第一节高 10.00 m（曲线 2）、8.00 m（曲线 3）时，曲线反映的规律基本一致。因此，当其他条件可调时适当减少石粉渣铺设厚度将使方案更加经济合理。2.2 换填厚度优选实际施工中，通常在清表平整场地、向下开挖一定深度后回填石粉渣并浇筑素混凝土垫层，作为制作沉井第一节的基础，石粉渣厚度验算实际上是沉井构筑物初次下沉（以下简称初沉）前的地基承载力验算。本文沉井刃脚底部为黏性素填土，地基承载力特征值 60.0 kPa，天然重度 16.7 kN/m3，参照建筑地基基础设计规范13对其进行深度修正fa=fak+b(b3)+dm(d+0.30.5)（1）fak=60bd=1m=(16.7d+24.40.3)/(d+0.3)d=hsfa(d)fa式中：fa为铺设砂垫层、素混凝土垫层后的地基承载力特征值的修正值。将，=0，带入上式可得到一个关于 d 的函数。同前文 2.1 节方法，取系列石粉渣厚度带入式（1）可得到在不同 d 值下的结果，见表 3。表3不同石粉渣厚度时沉井自重扩散至下伏地层的基底压力石粉渣厚hs/m0.30.50.81.52.03.04.05.0fa/kPa61.0 65.9 70.4 83.4 91.9 108.7 125.5 142.3 为便于比较，将表 3 数据绘制在相同坐标系中，如图 3 红色直线（修正地基承载力特征值）。红色直线（修正地基承载力特征值，kPa）左上部，固定石粉渣厚度对应的基底压力 P 大于修正后的地基承载力特征值 fa，无法满足要求；而其右下部，固定石粉渣厚度对应的基底压力 P 小于修正后的地基承载力特征值 fa，可满足沉井与气压沉箱施工规范14要求。在本文所述条件下进一步分析：当沉井第一节高 11.95 m 时，石粉渣厚度必须大于 3.50 m 方可满足承载力要求；当沉井第一节高 10.00 m 时，石粉渣最小厚度约 2.80 m 方可满足承载力要求；当沉井第一节高 8.00 m 时，石粉渣最小厚度约 2.00 m方可满足承载力要求。基于当前地质条件和沉井专项施工方案（第一节高 11.95 m），结合本文第 2.1 节可知：井壁预制过程中极可能发生如下不利现象：回填的石粉渣层其下部地层因承载力不足而发生较大变形，最坏的情况石粉渣及下伏地基失稳破坏。地基失稳破坏的情况是否会发生，主要取决于地层的均质性、物理力学参数的准确性、承载力特征值与承载力极限值之间的偏差等指标。3 沉井下沉实施全过程分析当前工程设计和施工时对沉井下沉顺利与否的评估通常用“下沉系数”，即沉井下沉过程中不同工况计算沉井结构自重（扣除地下水浮力）与井壁侧阻力、刃脚下极限土压力等阻力的比值。为了动态分析沉井下沉系数的变化，本文考虑沉井下沉不同深度时的具体条件，分阶段计算沉井的下沉阻力和下沉系数。3.1 沉井下沉实施方案介绍根据沉井专项施工方案，为了加快施工进度，节省部分措施费用，拟采用“开挖 3.00 m、回填厚度 2.00 m 石粉渣垫层并分层压实，浇筑 30 cm 厚C20 素混凝土垫层”作为第一节沉井预制的临时基础。“沉井结构分三次进行预制和下沉：第一节沉井高度 13.00 m、第二节沉井高度 5.35 m、第三节沉井高度 3.80 m”。3.2 不同阶段的下沉阻力为便于分析，先计算沉井处于不同刃脚深度时的下沉阻力。沉井下沉阻力由三部分组成：沉井侧壁与土之间的极限摩阻力、刃脚下部地层的承载力、中隔墙下部地层的承载力。沉井混凝土井壁下沉接触地层有黏性素填土、淤泥和黏土质砂、残积土和全风化混合花岗岩共五种地层（见 1.2 节）。王艳华，等：复杂地层大型污水处理构筑物沉井实施方案优化研究 131 根据岩土参数的变化分段计算沉井总侧阻力、刃脚下阻力、中隔墙下阻力，见表 4。初沉瞬间（刃脚深为 0）刃脚下阻力（11 934 kN）远小于沉井结构自重（32 780 kN），刃脚下留土法计算的下沉系数为 2.7（刃脚下取土法的下沉系数无实际意义）；随着沉井刃脚下沉深度增加，井壁与地层接触面积增大导致侧阻力增加，刃脚下土层的承载力特征值增大导致刃脚和隔墙下阻力增加，沉井结构自重呈折线形增加的幅度小于侧阻力和刃脚（+隔墙）下阻力增加的幅度，因而下沉系数折线减小。表4不同刃脚深度时的井壁侧阻力、刃脚下阻力、中隔墙下阻力及下沉系数刃脚埋深/m层厚/m总侧阻力Tf/kN刃脚下阻力R1/kN隔墙下阻力R2/kN沉井自重/kN刃脚留土Kst1刃脚取土Kst200011934327802.7 2.652.65192779565338327802.217.0 9.586.9367843182421350327800.5 4.812.733.15178213182421350461380.6 2.617.855.12355165967040032551250.4 1.6注：刃脚埋深以整平后+2.5 m为地表标高计算；Kst1（刃脚下留土）考虑刃脚下土体全部保留且具有承载力；Kst2（刃脚下取土）考虑刃脚下土体全部取走；刃脚处于地层界面时的刃脚和隔墙下阻力采用下层土的承载力特征值计算。3.3 不同阶段的下沉系数下沉系数是预判沉井实施顺利程度的重要指标。由于不同地层的极限侧阻力特征值不同，为了便于区分不同地层对沉井下沉系数的影响，分别选取沉井在不同下沉阶段的典型状态，计算其下沉系数，能够更加完整地对沉井下沉状态进行分析。由于第一节混凝土井壁下沉涉及的黏性素填土和淤泥地层的地基承载力较小，沉井下沉按不需要在刃脚下挖土考虑。下沉系数计算式为Kst=GkTf+R1+R2（2）式中：Gk为沉井自重，包括外加助沉重量的标准值，kN；R1为刃脚下地基极限承载力13，kN；R2为隔墙和底梁下地基极限承载力，kN；其他参数见前文。各阶段下沉系数数值如表 4。将表 4 中的数据绘制成散点图并用直线连接相邻的点，见图 4。2.20.50.40.417.04.82.61.002468101214161801234567892468 10 12 14 16 18 20下沉系数/无量纲下沉阻力/（104 kN）沉井刃脚深度/m总侧阻力刃脚下极限承载力隔墙下极限承载力下沉系数（Kst1）下沉系数（Kst2）k值-合理上限k值-合理下限图4沉井刃脚深度与下沉阻力、下沉系数变化曲线 总体上沉井总的侧阻力、刃脚承载力、隔墙承载力等下沉阻力随着刃脚深度增加而增加，初沉阶段的下沉阻力增加速率较小，随着刃脚深度的增加下沉阻力增加速率变大；下沉系数（无论是否考虑刃脚下承载力和隔墙下承载力）随着刃脚深度增加而减小，刚开始下沉时下沉系数减小速率较大，随着刃脚深度的增加下沉系数减小速率逐渐变小。3.4 沉井下沉实施问题预判结合表 4 中的数据，沉井第一次下沉在黏性素填土和淤泥地层，刃脚下沉深度 0、2.65 m 前的下沉系数 1.785.09、1.513.92 均远大于规范建议值（1.051.25），下沉系数过大且地层厚度分布不均匀（图 2），预计下沉作业时可能发生突沉/偏沉问题。究其原因，一是黏性素填土和淤泥地层的地基承载力不足以支撑沉井结构自重；二是沉井入土深度较浅，外侧井壁与土壤的接触面积小、侧阻力小，沉井下沉总阻力远小于其自重。随着刃脚下沉深度增大，下沉系数减小；当刃脚下沉深度至约 6.30 m 时，采用刃脚留土法的下沉系数 Kst1到达 1.051.25 的合理区间。沉井第二次下沉在黏土质砂、残积土（砂质黏性土等）和全风化混合花岗岩三类地层，刃脚下沉深度 9.58、12.73、17.85 m 时对应的下沉系数随着下沉深度增加而增大，且刃脚下留土-刃脚下取土的下沉系数分别为 0.492.48、0.351.82、0.411.09，均与规范建议范围（1.051.25）有重合区间，说明通过调整刃脚下取土范围可把下沉系数调整至合理区间，预测第二次下沉施工整体应较为稳定。实施时应采取介于刃脚下取土和刃脚下留土之间的方式，刃脚下局部留土以保证沉井稳定下沉。4 实施问题及方案优化为更好地说明大型沉井施工验算的意义，将本文施工计算结果与沉井施工实际情况进行对比，综合分析施工中出现问题背后的原理性因素，从设计和施工角度进行方案优化，从而为预防或从源头上解决潜在施工问题提供预防性思路。路基工程 132 Subgrade Engineering2023 年第 5 期（总第 230 期）4.1 下沉过程发生的问题为了保证沉井施工全过程追踪，现场收集并整理从沉井预制至下沉结束这期间的施工问题。为了说明问题的影响程度，我们以问题在当前工况下不采取控制措施是否能够保持现状（稳定）为标准将影响程度划分成“轻微”、“可控”、“严重”三个级别。根据前述分析和经验对问题的影响程度进行划分，见表 5。表5沉井施工过程问题、原因分析及影响程度序号工程部位问题描述原因分析施工阶段影响程度1沉井外脚手架个别立杆底部悬空地基承载力不足/临近区域地表不均匀沉降预制高度8 m轻微2北侧钢筋大棚硬化地面裂缝扩大地基承载力不足/附近区域地表不均匀沉降预制高度8 m可控3素混凝土垫层不均匀沉降/贯通裂缝地基承载力不足/素垫层变形过大或破坏预制高度10 m严重4沉井刃脚刃脚角部钢筋保护层劈裂脱落地基承载力不足/素垫层变形过大预制高度10 m严重5沉井结构突然下沉/偏斜初沉阶段地层承载力不足/地层不均初沉至下沉36 m可控6一期路面/地磅 地面鼓起/裂缝/地磅基础变形/预留缝挤紧 周边地表变形过大/深层淤泥传递沉井基底压力下沉至69 m严重7一期尾水管道变形错位堵塞土体变形过大或超限下沉至69 m严重8沉井结构下沉困难砂质黏性土/全风化层承载力过大下沉至17 m深可控 影响程度划分标准为，轻微：该问题的影响在阈值前，该状态下不采取控制措施不会造成问题扩大/停工后大概率朝有利方向发展；可控：该问题的影响在接近或略超阈值，该状态下不处理可能导致问题朝不利方向发展/停工后大概率保持当前状态；严重：该问题的影响已明显超过阈值，不处理极可能导致问题扩大/停工后大概率持续恶化。表 5列了沉井实施全过程中发生的 8 类问题：序号14 问题是由于沉井第一节预制前地基处理不符导致的，应按照基底压力与地基承载力的大小关系评价其严重程度；序号 58 问题是由于客观地质条件差、沉井下沉施工未采取有效防护造成的，应按照沉井下沉系数的大小判断其严重程度。现场典型问题，见图 5。（a）问题3（b）问题4图5脚手架拆除期间现场 4.2 方案调整及优化一般施工现场问题通过调整施工方法、采取防护措施进行预防；客观条件问题需要从原理上进行设计方案优化。现场发现原施工方案存在问题后，根据现场发生的问题及实时监测数据的变化情况，判断影响程度为轻微时加强观测；判断影响程度为可控时应评估继续施工可能导致的不利影响，明确达到影响程度“严重”的阈值并明确处理措施；判断影响程度为严重时，务必停止施工并及时对实施方案进行调整和优化。本工程实施过程中发生的方案优化事项如下：（1）降低沉井第一节浇筑高度。当沉井第一节浇筑至 4.00 m 高时，未有明显变形；浇筑至8.00 m 高后，逐渐出现表 5 中第 1、2 项问题，判断影响程度为轻微、可控。预判原因为沉井预制前（处理后）的地基承载力（修正地基承载力101.75 kPa，小于基底压力 P）不足，施工单位根据以往经验经过评估风险、认为“浇筑 10.00 m 高风险可控”，因此，将第一节浇筑高度由原方案11.95 m 调整至 10.00 m。然而，当第一节沉井浇筑至 10.00 m 高后，逐渐发生表 5 中第 3、4 项问题，判断影响程度为严重。由本文第 2 节地基承载力分析结果及图 3 曲线 1、曲线 2 与红色直线的交叉关系可知：沉井第一节预制 11.95、10.00 m 高，铺设厚度 2.00 m 石粉渣刃脚下地基承载力仍无法满足要求。由图 3 曲线 2 可知：沉井第一节预制 10.00 m 高，通过石粉渣扩散至下伏地层的基底压力 P=105.3 kPa，略大于本文 2.2 节修正后地基承载力值 101.75 kPa，存在地基失稳风险，分析结果与现场实际问题（表 5中第 3、4 项问题）基本一致。根据深层平板荷载试验规定13，表 5 中第 3、4 项问题可判断为地基失稳前兆（影响程度为严重），如不及时处理、放任问题长期持续，或者周边突然遇到不利影响因素（如两侧土堆不均衡）极可能致使沉井下部地基失稳、井身大角度倾斜、脚手架倒塌，甚至人员伤亡。从施工经济角度考虑，沉井预制前的地基处理王艳华，等：复杂地层大型污水处理构筑物沉井实施方案优化研究 133 具有临时性，在稳定和可靠性上不必像永久建（构）筑物的地基，允许部分使用承载力特征值极限承载力之间的冗余。现实问题是忽略临时地基处理的稳定和可靠性容易引发工程风险，务必考虑参数的准确性和冗余量，地基承载力特征值要以平板载荷板试验数值为基准。（2）初沉前沉井四周堆置高 8.0 m、顶宽3.0 m 土堆以增加初沉时的下沉阻力：在刃脚下沉至 6.8 m 前，沉井侧壁和刃脚均处于黏性素填土和淤泥层。考虑土坡对井壁侧阻力后，沉井不同刃脚深度时的总侧阻力和下沉系数变化，见图 6。刃脚下沉深度至 6.5 m 前，二者不存在重合区域，开挖时采用刃脚下留土法的下沉系数大于 1.25（两种下沉系数曲线均在k 值-合理上线以上），可能发生突沉。原方案采用刃脚下进行水泥土搅拌法加固地层，以提高刃脚下土体的地基承载力，忽略了水泥搅拌法可能导致沉井刃脚下取土困难、淤泥层沉井偏移错位后导致沉井结构偏沉等副作用。实际施工时下沉前在沉井四周堆置高 8 m（方案优化后沉井第一节高 10 m）、顶宽 3 m 土坡，以增加沉井的侧壁摩阻力。假设堆土只对沉井侧壁阻力产生影响，土坡对沉井侧壁的摩擦阻力14为Tf=w5010 x/5117dx+311710=6435 kN（3）由式（3）及表 5 可知：通过在沉井四周堆放顶宽 3 m、高度 8 m 的土坡，有效增加了初沉时的井壁总侧阻力，减小了初沉期间的下沉系数，降低了沉井发生突沉风险的概率。1.781.510.490.350.415.093.922.481.821.0917.04.82.61.002468101214161801234567892468 10 12 14 16 18 20下沉系数/无量纲下沉阻力/（104 kN）沉井刃脚深度/m总侧阻力-土坡总侧阻力下沉系数（Kst1）-土坡下沉系数（Kst2）土坡下沉系数（Kst1）下沉系数（Kst2）k值-合理下限k值-合理上限图6沉井不同刃脚深度时的总侧阻力和下沉系数变化（3）沉井下沉约 6.80 m 后改为局部刃脚下取土，适当减小中后段的下沉阻力：在刃脚下沉至9.5817.85 m 之间时，沉井侧壁和刃脚处于黏性素填土、淤泥质土层和残积土层。如果开挖时刃脚下留土，则下沉系数均小于 1.00；如果开挖时刃脚下取土，则下沉系数大于 1.25。理论上似乎相悖，但实际开挖时则相当简单：在刃脚下四周分段对称、均匀布置取土区和留土区，合理控制下沉速度以防止沉井发生偏斜。（4）沉井终沉前（刃脚深 17.5017.85 m），实际计算的下沉系数区间 0.41,1.09 与合理区间1.05,1.25 重合区域很小且位于 k 值-合理下限以下，可能发生下沉困难。现场在此前提前在沉井外壁回灌泥浆助沉。5 结语本文以沿海某大型沉井实例，分析了理论计算结果与沉井施工过程中实际发生问题之间的关系；通过计算不同地层、不同工况下某大型沉井初沉前的地基承载力和下沉过程中的下沉系数，对实施方案进行了调整和优化。分析计算结果、发现的规律与实际问题基本一致。（1）通过分别计算刃脚下沉至地层界面处时刃脚下取土（下沉系数极大值）、刃脚下留土（下沉系数极小值）两种工况的下沉系数，如果二者下沉系数间存在区间 1.05,1.25 或其部分，则可通过调整刃脚下的取土方式使沉井稳定下沉；当二者下沉系数均大于 1.25 时，沉井结构自重大于井壁侧阻力与刃脚承载力之和，沉井容易自动下沉（发生突沉）；当二者下沉系数均小于 1.05 时，井壁侧阻力大于沉井结构自重，应采取助沉措施。（2）在“上部软而厚、下部硬而沉井深”的沿海地区，通过适当措施降低沉井初沉前第一节井筒预制高度、增加初沉时的下沉阻力、减小中后段的下沉阻力，可解决预制期间地基承载力不足（节约垫层厚度）、初沉阶段突沉、以及终沉阶段下沉困难/偏斜等问题。参考文献(References)：1 王林涛,万飞明.大直径沉井施工技术的研究和应用 J.中国水运,2018,18（9）:254 256.WANG L T,WAN F M.Research and application of large diametercaisson construction technology J.China Water Transport,2018,18（9）:254 256.2 朱行凤,徐震.沉井下沉施工阶段井壁计算的探讨 J.特种结构,2009,26（4）:65 67.ZHU X F,XU Z.Discussion on the caculation of the sinking well wallduring the phase of its subsidence J.Special 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Jianqun，GUO Daoyuan，MAO Wanquan，XIONG Yi（Central and Southern China Municipal Engineering Design&Research Institute Co.,Ltd.,Wuhan 430010,China）Abstract:Taking the open caisson for a large coastal sewage treatment structure as an example,the base pressureand the foundation bearing capacity in the condition of different prefabrication height(the first section)beforeinitial sinking,and the subsidence resistance at different sinking depth of cutting edge,were compared andanalyzed,and on this basis the problem that may occur during the construction of open caisson was predicted.Asa result,here proposed the optimization method for the thickness of sand cushion laid in the temporary foundationbefore caisson prefabrication according to the respective intersections of base pressure,corrected foundationbearing capacity and sand cushion thickness curves,as well as the method for the optimization of caissonconstruction scheme according to the relation between the subsidence coefficient with re