軟弱地區(qū)的泵站沉井結構設計與施工

史紅福 李 濤

1 工程概況

東涌鎮(zhèn)污水處理廠首期工程污水提升泵房采用沉井位于廣州市東涌鎮(zhèn)(番禺區(qū)中部)，北隔沙灣水道與石基、石樓、石橋相望，南隔騮崗瀝水道與魚窩頭相接，東臨珠江口，是一個三面臨水的狹長地域，地質為沿海軟弱土層。本污水廠設計規(guī)模為8萬m3/d，污水提升泵站遠期旱季水量為8萬 m3/d，雨季水量為12萬m3/d，共設5臺泵。本泵站為鋼筋混凝土沉井矩形結構，幾何尺寸為18.15×14.95，為節(jié)省投資，本沉井分隔設置。

2 地質概況

根據(jù)《巖土工程勘察報告》，本工程沉井穿過的土層分別為:①素填土，土層厚度0.90 m～2.50 m;②淤泥，土層厚度15.60 m～17.500 m;③淤泥質黏土，土層厚度6.30 m～13.90 m;④中粗砂，土層厚度2.60 m～8.50 m;沉井剛好落到淤泥土層上，故需軟基處理后才能滿足沉井承載力的要求。

3 沉井的設計與計算

3.1 壁板厚度的確定

根據(jù)泵房使用、工藝等要求，本工程沉井內部凈尺寸確定為16.15 m×12.95 m×13.45 m，沉井壁厚根據(jù)抗浮、下沉及經(jīng)濟要求由下式初步計算:

其中，G1k為沉井自重為基底的水浮托力;Ffw，k為下沉過程中水的浮托力;Ffk為井壁總摩阻力;F′fw，k為驗算狀態(tài)下水的浮力;F′fk為驗算狀態(tài)下井壁總摩阻力;Rb為沉井刃角、隔墻和底梁下地基土極限承載力之和。

根據(jù)式(1)～式(3)初步判斷壁厚自下而上為1 000 mm～500 mm，刃角底寬取600。

3.2 沉井地基承載力的計算

沉井作為深基礎，一般要求下沉到堅實的土層上，本工程沉井卻剛好落入淤泥土層上，故必須對其進行軟基處理，方可滿足承載力要求，經(jīng)過綜合考慮采用φ 500單管旋噴樁復合地基，樁距1 600 mm×1 455 mm，樁端持力層為中粗砂層。要求經(jīng)過深度修正后的地基承載力特征值達到150 kPa。

3.3 沉井內力計算

4 沉井施工

4.1 基坑開挖

由于此沉井基礎剛好落到淤泥土層上，故需用單管旋噴樁進行軟基處理，由于采用不排水下沉法施工，故不必考慮止水。沉井制作采取在現(xiàn)有地面上挖除500 mm并換填中粗砂，以減小地面下沉深度，鋪設砂層的寬度為沿井壁外各1.5 m。

4.2 沉井制作

該沉井采用鋪承墊木的方法，避免沉井混凝土灌注后，在尚未達到一定強度前產生不均勻沉降使沉井結構開裂。制作第一節(jié)沉井時，首先要對位置進行測量定位、平整場地并在現(xiàn)有地面上鋪500 mm砂墊層，分層灑水夯實，振壓密實。這樣可避免制作過程中發(fā)生不均勻沉降、易于找平，便于鋪設墊木和抽除。鋪設墊木時應使頂面保持在同一水平面上，墊木擺放時要先在縱、橫軸中心線上擺放兩組定位枕木，后對稱擺放其他枕木，枕木縫間用砂填平。沉井混凝土達到100%設計強度后方能抽撤墊木，抽撤墊木過程中應在沉井上下左右各設觀測點一個，觀察其下沉情況，如在抽墊過程中發(fā)生傾斜、回填的砂擠出、墊木壓斷、下沉急速增加等異?，F(xiàn)象應及時處理。

4.3 沉井下沉

沉井混凝土達到設計強度70%時可拆除模板，拆除模板過程中對井壁進行詳細觀察，發(fā)現(xiàn)缺陷及時處理。下沉施工時先在中部下挖400 mm～500 mm，并逐漸向四周對稱、分層、同步的擴挖。刃角處留1.2 m～1.5 m寬土攏，當土攏擋不住刃角的擠壓而破裂時，沉井便在自重作用下破土下沉，沉井在下沉過程中隨時進行觀測，保證下沉速度和垂直度，挖土時對稱進行，刃角處不得挖土，發(fā)生傾斜達到50 mm時立即停止作用，進行糾偏。

4.4 沉井封底

沉井下沉至設計標高后，經(jīng)觀測在8 h內下沉量小于10 mm或沉降速度在允許范圍內時方可封底。沉井采用水下混凝土封底前，井內水位不低于井外地下水位，并且先由潛水員整理沉井中央鍋底，清除沉積于表面的浮泥，超挖部分用300 mm左右石塊壓平井底、鋪砂，由潛水員在水下整平。水下混凝土用導管法灌注，導管需進行密封性能試驗，通過后方能用于施工，導管的間隔及根數(shù)，根據(jù)導管作用半徑及封底面積確定，間距一般為2.5 m～3.0 m。水下混凝土達到設計強度70%后方能抽水，然后在無水條件下，進行鋼筋混凝土底板的澆筑。

5 沉井施工中遇到的問題及經(jīng)驗總結

1)傾斜問題，軟土地基中比較常見這種情況，常用措施是加強下沉過程中的觀測和資料分析，發(fā)現(xiàn)傾斜及時糾正;在刃角高的一側加強取土，待正位后再均勻分層取土;在刃角較低的一側適當回填砂石或石塊，放慢下沉速度及時清理棄堆土，防止側壓不勻。2)偏移問題，沉井偏移大多由于傾斜引起，糾偏的方法為有意使沉井向偏位的相反方向傾斜，當幾次傾斜糾正后，即可恢復到正確位置或有意使沉井向偏位的一方傾斜，然后沿傾斜方向下沉，直至刃角中心線與設計中心線位置相吻合或接近時，再傾斜糾正。3)下沉過快問題，沉井下沉過快，遇到軟弱土層，土體壓強過小，使下沉速度超過挖土速度時比較常見這種情況，常用措施為在定位墊加墊木給以支承，并重新調整挖土，在刃角下不挖或部分不挖土和在沉井外壁與土壁間填粗糙材料，或將井筒外土體夯實，增加摩阻力;如沉井外部的土液化發(fā)生沉降坑時，可填碎石處理。

6 結語

1)根據(jù)抗浮系數(shù)kfw、下沉系數(shù) kst及下沉穩(wěn)定系數(shù)初步確定壁板厚度(考慮經(jīng)濟因素可選用變截面)，從而更加經(jīng)濟合理，節(jié)省造價。2)根據(jù)初步計算的井壁厚度，分別對沉井刃角及井壁進行內力分析計算，從而進一步確定此井壁厚度是否滿足結構設計要求。3)提出了沉井施工的一般步驟及在施工過程中的注意事項，同時提出了對沉井施工中經(jīng)常遇到的傾斜、偏移及下沉過快問題進行分析、總結，對沉井以后的施工具有一定的參考價值。

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