簡析水力沖吸法在較大沉井施工中的運用問題

趙炳敏

(鄧州市張崗水庫管理所，河南 鄧州 474150)

以筆者接手的某個工程為例，這個工程是某市污水處理的重點工程，它位于某鄉(xiāng)的西南側(cè)，周邊地下水位比較高，東側(cè)有一個造紙廠，施工降水難度比較大而且成本較高。造紙廠的污水是通過廠外的聯(lián)絡(luò)井，經(jīng)過地下兩米的管道流入了廠內(nèi)污水池，沉井內(nèi)徑面積為25m×18m，下沉深度為8.04m，結(jié)構(gòu)高度是15.6m。從性質(zhì)上來看，它下沉的土層為細(xì)砂層和粘土層，所以需要使用水力機(jī)械不排水法沉降，這種方法操作比較簡單、使用機(jī)械設(shè)備的數(shù)量較少，加快了施工進(jìn)程，且保護(hù)了施工人員的人身安全。

1 水力沖吸法的施工流程

在設(shè)計沉井的井壁時，需要分成兩次制作，其中一次是設(shè)計下沉。筆者根據(jù)經(jīng)驗，將施工流程總結(jié)歸納如下：首先需要挖基坑；然后再鋪設(shè)砂墊層；再安裝墊架；再制作底節(jié)、第二節(jié)沉井、隔墻。這些工序完成后，就可以開始拆除墊架和模板了；然后建筑循環(huán)儲泥池；開始使用高壓水泵沖吸泥漿，促使其排水下沉；使用高壓水泵沖吸泥漿，促使其不排水下沉；沉井封底、澆筑鋼筋砼底板；最后再制作第三節(jié)沉井梁板。

2 選擇沉井下沉方案

一般情況下，沉井下沉存在兩種方案，其一是沉井下沉有排水，其二是沉井下沉不排水。根據(jù)筆者的經(jīng)驗來看，前者比較適用于滲水量不大，穩(wěn)定性較強(qiáng)的粘性土，或者是滲水量較大的砂礫層，無論是哪種情況，都適用于排水情況較好的時期。后者比較適用處于流砂地層和滲水量大的砂礫層，加上無法排除地下水或者會影響附近建筑物使用安全的大量排水情況。所以本文論述的工程場地，其土層從上到下依次是雜填土、粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)黏土層(夾細(xì)砂)、細(xì)砂層。并且這個工程的地下水位在水平面以下三米處，粉質(zhì)黏土層(夾細(xì)砂)也正好處于這個位置，所以容易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象，周邊地面普遍出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，影響了周圍建筑物的安全使用，所以當(dāng)時就使用了不排水下沉方案。

3 沉井下沉

3.1 準(zhǔn)備工作

(1)運用水力機(jī)械來吸泥下沉?xí)r，會碰到大量泥漿，這個泥漿必須立即處理，不然就會影響施工質(zhì)量。所以，當(dāng)時在沉井南邊設(shè)立了一座1250立方米的大型泥漿池，沉井下沉施工開始之后，產(chǎn)生的泥漿通過了排水系統(tǒng)排放到泥漿池內(nèi)進(jìn)行沉淀。沉淀之后產(chǎn)生的水開始循環(huán)利用，沉在池底的泥漿，可以使用渣土運輸車運送到棄土場。

(2)按照施工組織設(shè)計的相關(guān)規(guī)定，進(jìn)行水力機(jī)械設(shè)施安裝，正常情況下，水力機(jī)械包括了調(diào)節(jié)水箱、水槍、低壓取水泵、高壓水泵、泥漿泵、水槍操作平臺、井上和井下的高壓進(jìn)水管道、低壓排泥漿管路等。水力機(jī)械的相關(guān)設(shè)備安裝完畢后，就可以開始進(jìn)行負(fù)荷試運轉(zhuǎn)，這主要是為了保證設(shè)備可以按照組織設(shè)計要求，正常運轉(zhuǎn)。水力吸泥機(jī)和水槍都應(yīng)當(dāng)經(jīng)過水壓檢測，檢測出的壓力值應(yīng)當(dāng)是正常工作壓力值的1.5倍。

(3)安裝沉井的施工人員，在上下行走扶梯時，需要根據(jù)倉內(nèi)的實際情況來放置簡易扶梯，在沉井下沉的過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)下沉的深度逐漸割除外井壁環(huán)梯踏步。

(4)在處于下沉狀態(tài)之前，需要在鏡內(nèi)外搭建平臺和扶梯，井上需要設(shè)置照明欄桿等輔助設(shè)施。在沉井四周外井壁周圍設(shè)置多個下沉高程控制點，這主要是用作觀測沉井下沉的噴制水準(zhǔn)尺尺花和標(biāo)高。

(5)為了減小施工過程中沉井與土層之間的摩擦力，保障沉井能夠順利下沉，應(yīng)當(dāng)在井外側(cè)周圍涂上瀝青。

3.2 沉井初沉階段

在沉井下沉過程中，下沉深度在0—4米之間屬于初沉階段，如果在下沉過程中使用排水法下沉，就需要使用四只高壓水槍，分別對準(zhǔn)沉井井格中心位置，需要沖出直徑為2000—2500毫米的集泥坑。每個泥坑的深度為0.5米左右，然后用水槍在每個方位進(jìn)行連續(xù)沖土，泥坑的形狀保持漏斗狀，這主要是為了保證泥漿水不會蔓延到吸泥排水系統(tǒng)之外的泥漿池中。隨著高壓水槍的持續(xù)使用，集泥坑的面積也在不斷擴(kuò)大，沉井開始慢慢下沉，沉井的初沉階段，可以允許有偏差，但是偏差角度不應(yīng)當(dāng)過大，這主要是為了防止在后續(xù)的下沉階段碰上突發(fā)事件。

3.3 沉井不排水階段

當(dāng)沉井的下沉深度接近了地下水位的標(biāo)高時，應(yīng)當(dāng)立即停止排水下沉作業(yè)，轉(zhuǎn)而使用水力吸泥法不排水下沉，潛水員需要同步下沉。用兩臺Q=155m3/h這種流量規(guī)格的離心泵，對沉井內(nèi)部開始注水，直到注水高度達(dá)到1米為止。保證沉井內(nèi)部壓力比外部壓力大，這主要是為了防止沉井在下沉過程中因井外壓力過大，導(dǎo)致大量井外泥漿土流入沉井內(nèi)，最后導(dǎo)致沉井外側(cè)地面下陷。

水利排土沉井下沉的施工步驟可以按照從中間到兩邊的順序開展，分層對稱破土、從高到低的原則來開展。在泥漿泵吸水頭端口的地方，應(yīng)當(dāng)先沖出集泥坑，一般情況下，泥坑的深度應(yīng)當(dāng)保持在0.5米左右，然后使用高壓水槍在周圍沖出多個漏斗狀的土坑，促使泥漿水不斷的匯集到集泥坑的吸排井周圍。沉井外側(cè)的腳邊應(yīng)當(dāng)保留1米寬左右的土堤，這樣是為了防止沉井在下沉過程中，外刃腳處擠土下沉，這樣是為了減少對井周圍土體的擾動程度。只有當(dāng)沉井中部的土體全部沖除掉之后，沉井依然不下沉或者是沉井處于糾偏時，絕不能使用水槍清潔外刃腳踏面的土體。在施工過程中，應(yīng)當(dāng)使用高壓水槍來將泥漿沖到井底，然后再使用吸泥機(jī)吸出泥漿和滲漏進(jìn)來的水。

當(dāng)水力機(jī)械系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，各個部分的水量應(yīng)當(dāng)符合相關(guān)平衡條件，筆者根據(jù)經(jīng)驗將常用的平衡條件總結(jié)歸納如下：

Q泵=Q吸機(jī)+Q沖

Q泥=Q沖+Q滲+Q土

Q總=Q泥+Q吸機(jī)

在上述公式中：Q泵——水泵的出水量，單位為m3/h

Q沖——水力沖泥機(jī)的耗水量，單位為m3/h

Q泥——水力吸泥機(jī)吸收泥漿的總量，單位為m3/h

Q吸機(jī)——水力吸泥機(jī)的耗水量，單位為m3/h

Q土——沉井內(nèi)部排出土的總量，單位為m3/h

Q總——水力吸泥機(jī)的總排水量，單位為m3/h

Q滲——滲入沉井內(nèi)的水量，單位為m3/h

當(dāng)沉井的傾斜角比較小時，每個井格中的土面高差不能超過一米，這主要是為了讓沉井保持均勻垂直的下沉狀態(tài)。沉井井格中間部分進(jìn)行鉆底的深度應(yīng)當(dāng)控制在兩米之內(nèi)。泥漿泵的吸水頭應(yīng)當(dāng)用繩子吊空，這主要是為了避免吸水頭埋在浮泥之中，出現(xiàn)泥沙堵住吸水頭的問題。在沉井的設(shè)計標(biāo)高達(dá)即將到時，應(yīng)當(dāng)更加嚴(yán)格地控制沉井下沉的速度，為了防止出現(xiàn)超沉現(xiàn)象，與此同時，還需要調(diào)節(jié)糾偏，保證沉井的設(shè)計標(biāo)高和實際標(biāo)高相吻合。隨著沉井下潛的潛水員需要下沉到井底排摸井刃腳底部土層，專門清洗刃腳沖洗不到的地方，保障刃腳底部處于同一水平面。

4 結(jié)束語

本文基于水力沖吸法的內(nèi)容特點，詳細(xì)論述了水力沖吸法在較大沉井施工中的運用問題，希望對相關(guān)工作者有所幫助。

[1]年福龍,湯岳飛,汪羅英.特大型沉井制作和下沉施工技術(shù)[J].城市道橋與防洪,2009,01:48-52+9.

[2]律耀.水力沖吸法在較大沉井施工中的應(yīng)用[J].包鋼科技,2009,06:60-62.

[3]邱瓊海,林帆,姜江華.陸上特大型沉井施工技術(shù)[J].中國工程科學(xué),2010,04:14-20.

[4]俞建軍.大型沉井施工周邊沉降控制技術(shù)[J].建筑施工,2012,05:481-483.

[5]田學(xué)成.水力沖吸泥排土沉井施工工藝及關(guān)鍵技術(shù)[J].中國水運(下半月),2014,06:356-358+290.