市政工程中水力排土沉井下沉方案研究

張守光

摘 要：該文以市政工程中水力排土沉井下沉為研究對(duì)象，論文首先探討了水力排土沉井的施工流程和施工方案，進(jìn)而結(jié)合具體案例對(duì)其應(yīng)用流程進(jìn)行詳細(xì)的研究分析，最后基于筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，提出了幾點(diǎn)注意事項(xiàng)，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：水力排土 沉井 施工 方案

中圖分類號(hào)：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（b）-0043-02

隨著水利、市政、交通等基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，各類沉井基礎(chǔ)運(yùn)用越來(lái)越多，其中水力排土沉井是最常被采用的一種施工技術(shù)。大量實(shí)踐證明該技術(shù)具有占地面積小、土方開(kāi)挖量小、對(duì)周圍環(huán)境影響少等優(yōu)點(diǎn)，在合適的工況下是一種良好的基礎(chǔ)處理方法，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

我國(guó)幅員遼闊，全國(guó)各地地質(zhì)差異較明顯。我國(guó)沿海地區(qū)由于地理位置原因，地下土層中通常都包含大量的淤泥、淤泥質(zhì)土以及軟黏土等。這些土層中含水量較大，土質(zhì)孔隙較大，土層透水性較差，可塑性強(qiáng)，強(qiáng)度差，這就造成在沿海地區(qū)進(jìn)行建筑施工時(shí)需要進(jìn)行大量的沉井施工。土層較軟地區(qū)想要完成沉井施工是可行的，但是在施工進(jìn)行時(shí)有可能會(huì)出現(xiàn)下沉速度過(guò)慢、下沉速度過(guò)快等問(wèn)題。如何正確、合理地使用水力沖吸泥排土沉井施工工藝是當(dāng)前需要重視的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

1 水力沖吸泥排土沉井施工工藝概述

1.1 施工流程

沉井施工時(shí)，會(huì)有兩次制作施工期，一次整體下沉期。通常進(jìn)行沉井施工的工序?yàn)椋海?）挖基坑。（2）鋪設(shè)墊砂層。（3）安裝墊架。（4）制作底節(jié)。（5）第二節(jié)沉井以及隔墻施工。（6）拆除墊架與模板。（7）修建泥漿沉淀池。（8）高壓水泵沖吸泥漿排水下沉。（9）高壓水槍沖吸泥漿不排水下沉。（10）沉井封底、鋼筋砼底板澆筑。（11）第三節(jié)沉井梁板制作。（12）上部泵房結(jié)構(gòu)。具體為圖1。

1.2 沉井下沉方案選擇

沉井下沉通常有兩種方案可供選擇，（1）沉井排水下沉；（2）沉井不排水下沉。排水下沉方案多用于自身滲水量較小、構(gòu)成穩(wěn)定的黏土層中，當(dāng)該地區(qū)是砂礫層時(shí)，雖然滲水量較大，但是若排水條件較好，依然可以采用排水下沉方案。而不排水下沉方案多用于滲水較嚴(yán)重的流砂土層以及滲水量大的砂礫層中，當(dāng)該地區(qū)地理位置限制，不能有效的完成排水時(shí)，同樣可以使用沉井不排水下沉法。

1.3 施工工藝特點(diǎn)

（1）此種施工方式在任何土層條件下都能有效使用，且在排水沉井中應(yīng)用水力沖吸法能高質(zhì)量地完成區(qū)域內(nèi)的出土，兼具效率與效果。（2）在工藝進(jìn)行過(guò)程中需要使用的主要機(jī)械設(shè)備主要有高壓水槍以及水力吸泥機(jī)（泥漿泵亦可），用到的施工設(shè)備種類較少，且由于這些施工設(shè)備的自身特點(diǎn)，較少發(fā)生問(wèn)題，并且發(fā)生問(wèn)題后也能迅速修復(fù)，對(duì)于提升施工效率有積極作用。（3）利用水力完成對(duì)土層的沖刷可以在不同地質(zhì)條件中使用，粘性土、砂質(zhì)硬土層、砂質(zhì)軟土層等均可，并且使用水力完成排土可以有效控制沉井的下沉的位置，從而保證沉井的有序、合理下沉，最終保證整體工程的施工質(zhì)量。（4）利用水力排土沉井能省去租用大型起重設(shè)施、挖掘設(shè)施的成本，能減少施工成本，從而提升施工單位的利潤(rùn)。

1.4 工藝適用范圍

（1）土層上部荷載大而承載不足，而想要實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的擴(kuò)建開(kāi)挖需要耗費(fèi)大量的工時(shí)，且沒(méi)有合適的支撐措施，但土層下一定位置有較好的土層能將較好地承受基礎(chǔ)荷載時(shí)。（2）巖層表面較為平坦，覆蓋層較淺，不利于擴(kuò)大基礎(chǔ)施工圍堰時(shí)。（3）當(dāng)在軟土層施工，水源、電源資源獲取困難，設(shè)置泥漿沉淀池較困難時(shí)。軟土層包括淤泥、淤泥質(zhì)粘土、黏土、粉質(zhì)粘土、粉砂、細(xì)砂等等。

1.5 施工工藝原理

水力沖吸排土沉井下沉工藝，簡(jiǎn)而言之就是利用高壓水力（即出水水壓≥1.2 MPa）完成對(duì)土層的破壞，并將土層中泥土與水充分混合形成水泥混合物，而后使用水力吸泥機(jī)（或者泥漿泵）將水泥混合物抽出排放至泥漿沉淀池，然后將沉淀池中的水資源重復(fù)用于高壓水槍的水源，持續(xù)性的進(jìn)行土層破壞工作。當(dāng)土層沉降至一定的程度時(shí)，由于沉井自身重力的影響會(huì)產(chǎn)生下沉，從而達(dá)成工程施工目的。

2 水力沖吸泥排土沉井施工工藝的具體應(yīng)用

以某地污水處理廠粗格柵沉井工程為例。該污水處理廠沉井內(nèi)徑為25 m×18 m，下沉深度為8.03 m，結(jié)構(gòu)整體高度為 15.5 m。

2.1 沉井下沉

（1）由于使用水力沖吸泥排土沉井施工工藝，所以需要用到泥漿沉淀池，正式開(kāi)始施工之前需要修建泥漿沉淀池。根據(jù)此工程的具體需求進(jìn)行了泥漿沉淀池的修建，設(shè)計(jì)泥漿沉淀池總體積為1200 m3。在開(kāi)始施工后施工區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的泥漿將會(huì)通過(guò)管道運(yùn)送至改沉淀池內(nèi)，然后將泥漿沉淀至池底，上層的水將會(huì)繼續(xù)用于工程的施工，施工完成后將會(huì)把池底的泥漿運(yùn)輸至專門的建筑垃圾堆放區(qū)域。（2）由于使用水力吸附泥排土沉井施工工藝，所以需要準(zhǔn)備大量的抽水設(shè)施，需要用到的包括高壓水泵、低壓水泵、調(diào)節(jié)水箱、泥漿泵（水力吸泥機(jī)）、水槍和各種導(dǎo)水、導(dǎo)泥漿管道，和高壓水槍操作平臺(tái)等。將水力吸附泥排土沉井工藝中需要用到的各種設(shè)施進(jìn)行連接后需要展開(kāi)測(cè)試，測(cè)試其是否能正常工作、連接是否牢固等，防止正式施工過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，水力吸泥機(jī)與高壓水槍需要進(jìn)行壓力測(cè)試，需要注意的是在進(jìn)行測(cè)試時(shí)應(yīng)用的水壓應(yīng)當(dāng)為工作正常水壓的1.5倍，防止使用過(guò)程中發(fā)生意外。（3）需要注意的是在沉井開(kāi)始下沉的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)將外井壁修建的環(huán)形梯踏步拆除，施工人員在進(jìn)入井內(nèi)后可以設(shè)置簡(jiǎn)易梯，在井外可以使用扶梯行走。（4）在沉井開(kāi)始下沉之前應(yīng)當(dāng)首先在沉井四周設(shè)置扶梯以及平臺(tái)，同時(shí)還要在沉井上進(jìn)行照明設(shè)置的布置，在沉井周圍還要進(jìn)行高點(diǎn)的標(biāo)記用于控制沉井的下降情況。在沉井施工區(qū)域內(nèi)標(biāo)記坐標(biāo)水準(zhǔn)點(diǎn)，在具體操作過(guò)程中以各項(xiàng)標(biāo)記為基準(zhǔn)開(kāi)展工作。（5）若土層過(guò)于粗糙，沉井的下降不能如期進(jìn)行，可以在土層與沉井之間涂抹較光滑的物質(zhì)，例如瀝青等減小沉井與土層之間的摩擦力，順利完成沉井的下降。（6）在進(jìn)行基坑拆除相關(guān)工作時(shí)需要注意將內(nèi)井中的降水設(shè)施拆除，同時(shí)沉井外側(cè)的基坑一定要用回填土填實(shí)，防止由于此空洞影響周圍建筑的安全，或者造成道路下陷。（7）在進(jìn)行砂墊層的拆除時(shí)需要使用跳槽法來(lái)完成對(duì)其底部枕木的抽取，并且還要完成井內(nèi)清潔工作，工作進(jìn)行的重點(diǎn)住主要是體積較大的建筑垃圾，防止其在排水過(guò)程中造成管道的阻塞。endprint

2.2 沉井下降初級(jí)階段

沉井下降的初級(jí)階段指的是沉井下降的深度為0～4 m范圍內(nèi)時(shí)。在沉井下降的初級(jí)階段通常使用的下沉方式為排水下沉法。在施工進(jìn)行時(shí)需要使用四根高壓水槍。四根水槍在沉井井格中沖刷，形成一個(gè)直徑為2～2.5 m的集泥坑，將坑的深度保持在0.5 m左右，然后使用水槍在井格中沖出漏斗狀的泥坑，使泥水混合物被送入集泥坑中，然后通過(guò)泥漿泵或者水力吸泥機(jī)被送入之前修建完成的泥漿沉淀池中。當(dāng)這項(xiàng)工作不斷進(jìn)行時(shí)，集泥坑的面積將會(huì)不斷增加，最后集泥坑的位置將會(huì)達(dá)到沉井的刃腳處，此時(shí)沉井就會(huì)開(kāi)始下沉。通常在沉井下沉之初可能會(huì)有一定的傾斜，但是需要注意傾斜的情況不能太嚴(yán)重，否則之后無(wú)法對(duì)其進(jìn)行修正將會(huì)影響工程的整體質(zhì)量。

2.3 沉井不排水下沉階段

在沉井經(jīng)歷過(guò)下降的初級(jí)階段后肯定會(huì)越來(lái)越接近該地地下水位位置，所以應(yīng)當(dāng)首先對(duì)該地地下水位進(jìn)行一定的調(diào)查，然后計(jì)算出此地地下水位的標(biāo)高。當(dāng)沉井下沉達(dá)到該位置時(shí)，停止進(jìn)行沉井的排水下沉，使用水力吸泥法不排水下沉方案，讓潛水人員沉入水底，然后使用2臺(tái)流量為 155 m3/h的離心泵（其具體性如表1所示）。向沉井內(nèi)注水，保證沉井內(nèi)水位保持在1 m，使沉井內(nèi)的壓力大于沉井外，避免在沉井下降時(shí)由于內(nèi)部壓力較小，外部泥漿混合物大量涌入造成沉井結(jié)構(gòu)破壞。在施工過(guò)程中需要注意，應(yīng)當(dāng)遵循“由中間到兩邊，分層有序破土；由高處到低處，防止沉井偏移”的原則，在沉井的刃腳外側(cè)應(yīng)當(dāng)保留約1 m的土堤，讓沉井在下沉過(guò)程中能做到擠土下沉，避免產(chǎn)生下沉速度過(guò)快的情況。但是若沉井下降速度過(guò)慢或者沉井在下降過(guò)程中產(chǎn)生了位置的偏移時(shí)可以適當(dāng)將刃腳一側(cè)的泥土沖刷掉一部分，需要注意的是，沉井刃腳外部腳踏面的泥土不允許沖刷。在進(jìn)行注水時(shí)需要注意注水的速度應(yīng)當(dāng)與排水速度相一致，注水量包括高壓水槍中流出的水量以及水力沖泥機(jī)中流出的水量，排出的水量則為水力吸泥機(jī)的排水量。

當(dāng)沉井未發(fā)生大幅度傾斜現(xiàn)象時(shí)，沉井井格內(nèi)的高度差不應(yīng)當(dāng)大于1 m，只有這樣才能讓沉井在下降過(guò)程中保持穩(wěn)定，防止其出現(xiàn)大幅度的傾斜現(xiàn)象。沉井井格中間的鉆底不應(yīng)當(dāng)過(guò)淺或者過(guò)深，1～2 m是其正常范圍。過(guò)淺不利于順利完成沉井的下降，過(guò)深則不能對(duì)沉井的下降情況、包括沉井的下降深度與沉井的傾斜度等進(jìn)行高效的控制。泥漿泵在使用過(guò)程中不能直接丟在集泥坑底部，因?yàn)榧嗫拥撞坎粌H有泥水混合物，同時(shí)可能存在石塊等物體，若將其直接放置于底部，極有可能造成其阻塞，正確的方式是使用繩索將其懸吊在集泥坑上方，同時(shí)還要在進(jìn)行過(guò)程中利用高壓水槍沖刷集泥坑中的泥土，防止泥土在集泥坑中大量堆積，造成阻塞。在沉井即將達(dá)到預(yù)定位置，通常是在沉井距預(yù)定位置還有0.5～0.7 m時(shí)，需要減小沉井下降的速度，防止由于沉降速度過(guò)快引起的沉井下降偏離預(yù)定位置較多。

在沉井下降至指定位置后應(yīng)當(dāng)周期性的對(duì)其進(jìn)行位置的觀測(cè)，通常需要在每 4～6 h完成一次沉降數(shù)據(jù)的收集，合格的指標(biāo)為24 h內(nèi)沉降的高度不得超過(guò)0.01 m。潛水技術(shù)人員還需要潛入水底將沉井與涂層交接處的雜物清理掉，保證兩者嚴(yán)密結(jié)合。想要對(duì)沉井的下降情況進(jìn)行觀測(cè)，可以在沉井外側(cè)進(jìn)行深度的標(biāo)記，描出縱橫十字控制樁、水準(zhǔn)基點(diǎn)等關(guān)鍵線條，同時(shí)在沉井四面設(shè)置水平點(diǎn)，還要進(jìn)行沉降標(biāo)尺的設(shè)置，以便在沉降過(guò)程中直觀地對(duì)沉井形態(tài)進(jìn)行觀察。想要檢測(cè)沉井的下降姿態(tài)是否正確，可以在沉井內(nèi)構(gòu)建一個(gè)觀測(cè)體系（具體沉降點(diǎn)的埋設(shè)做法見(jiàn)圖2），使用垂球等輔助工具，同時(shí)還可以利用經(jīng)緯儀進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)垂球的形態(tài)發(fā)生了大幅度改變（偏離預(yù)定位置超過(guò)5 cm）時(shí)或者沉井四面標(biāo)高情況不一致時(shí)，需要馬上進(jìn)行沉井姿態(tài)的調(diào)整。通常需要將沉井姿態(tài)的偏差控制在0.25 m之內(nèi)，一旦超出就需要組織施工人員馬上進(jìn)行糾正。

3 施工過(guò)程中的注意事項(xiàng)

3.1 施工安全問(wèn)題

（1）在應(yīng)用水力沖吸泥排土沉井施工工藝時(shí)需要嚴(yán)格遵循國(guó)家施工方面的法律法規(guī)，例如《安全生產(chǎn)法》、《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》以及施工單位自行制定的相關(guān)安全條例等，最大限度地避免安全事故的發(fā)生。（2）施工前應(yīng)當(dāng)對(duì)施工圖紙、施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)的檢查，了解施工中需要應(yīng)用的各種機(jī)械設(shè)備、需要施工人員以及專業(yè)技術(shù)人員數(shù)量等信息，然后組織技術(shù)人員與施工人員進(jìn)行技術(shù)交底、安全交底，強(qiáng)調(diào)施工過(guò)程中需要注意的安全問(wèn)題。（3）施工人員必須具有相關(guān)施工常識(shí)，專業(yè)技術(shù)人員需要做到持證上崗，任何人員在進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)后必須佩戴安全帽。（4）在開(kāi)工之前對(duì)施工中將會(huì)用到的各種材料進(jìn)行檢查、驗(yàn)收，驗(yàn)收的范圍包括各種機(jī)械設(shè)備、用電設(shè)施以及各種需要用到的設(shè)備。檢查的內(nèi)容包括能夠正常使用，是否存在安全隱患、連接是否正確等。對(duì)于檢查出現(xiàn)問(wèn)題的設(shè)備與材料馬上予以更換，更換的材料同樣需要進(jìn)行檢查。在進(jìn)行施工電力的設(shè)置時(shí)，需要遵循《施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)要求進(jìn)行。

3.2 施工環(huán)保問(wèn)題

（1）施工過(guò)程中每一項(xiàng)都要遵守相關(guān)國(guó)家環(huán)保條例，遵守當(dāng)?shù)匾?guī)章制度，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展政策。（2）在進(jìn)行施工之前需要在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置2.5 m以上的封閉式圍墻，圍墻需要進(jìn)行一定的裝飾，盡量減小其與周圍環(huán)境的不協(xié)調(diào)感。場(chǎng)地出入口位置應(yīng)當(dāng)依照施工具體需求進(jìn)行設(shè)置，需要注意的是樣式美觀且應(yīng)當(dāng)設(shè)置成密閉型。（3）施工現(xiàn)場(chǎng)各類施工材料的對(duì)方應(yīng)當(dāng)符合相關(guān)規(guī)范，同時(shí)做到美觀、方便。（4）盡量避免施工噪音的產(chǎn)生，在施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)汽車等不得鳴笛，不得頻繁使用高音喇叭等設(shè)施廣播消息。（5）運(yùn)輸車輛的裝填應(yīng)當(dāng)規(guī)范，不能裝載太多物料，防止在運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生外泄，污染外部環(huán)境。天氣不好時(shí)為防止造成對(duì)附近街道的污染，應(yīng)當(dāng)在出口處設(shè)置沖洗設(shè)備與沖洗人員，清洗車胎以及車身，盡量減小影響。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，沉井施工由于工藝自身的要求所以一般由施工工序復(fù)雜、施工面較小、施工進(jìn)度控制困難、安全問(wèn)題較嚴(yán)重以及其施工過(guò)程具有不可逆性等特點(diǎn)，對(duì)于施工隊(duì)伍的整體合作能力要求較高，且由于其各施工流程之間存在較強(qiáng)的次序性，工序之間相互影響的能力較強(qiáng)，所以在進(jìn)行施工時(shí)需要對(duì)每一步的規(guī)范性都有所要求。想要高質(zhì)量地完成沉井工程的施工需要在施工前進(jìn)行大量的準(zhǔn)備、組織工作，提升沉井施工技術(shù)的規(guī)范性對(duì)于提升工程的整體質(zhì)量能起到十分明顯的促進(jìn)作用。

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