沉井施工工藝探討

（福州建工（集團(tuán)）總公司，福建 福州 350004）

現(xiàn)隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，城市范圍不斷擴(kuò)張，需要不斷提高城市綜合排水能力，污水管網(wǎng)的建設(shè)及污水處理廠日處理量的提升尤為重要，沉井是修筑市政污水干管和提升泵站等地下構(gòu)筑物建設(shè)中頻繁使用的施工方法之一，在地下建筑工程施工時(shí)得到廣泛運(yùn)用[1]。沉井施工下沉過程可分兩種；排水下沉和不排水下沉，沉井封底施工也分為兩種：干封底和水下封底兩大類。本人結(jié)合福州市洋里污水廠廠區(qū)粗格柵進(jìn)水泵房沉井項(xiàng)目實(shí)際情況，展開細(xì)致調(diào)研，詳細(xì)闡述沉井施工中適時(shí)切換排水下沉與不排水下沉兩種施工方法，并分別介紹了沉井下沉中采取的控制措施、選用的設(shè)備及下沉中出現(xiàn)涌砂的處理方法。

1 工程概況

福州市洋里污水處理廠粗格柵進(jìn)水泵房為方型大型地下取水構(gòu)筑物，鋼筋砼方形結(jié)構(gòu)，粗格柵進(jìn)水泵房沉井刃腳底標(biāo)高為-17.7m，底板面標(biāo)高-14.40 m，頂板標(biāo)高為羅零標(biāo)高6.80m，沉井平面整體尺寸27×24.2m分為4×4方形16孔，沉井共分四節(jié)底下兩節(jié)0.95m厚，上面兩節(jié)0.80m厚，四節(jié)沉井總質(zhì)量約9000T。

2 地質(zhì)情況

施工原始場地面標(biāo)高約為羅零標(biāo)高6.10米，沉井施工土層從上之下可分為：

①雜填土層：松散，厚度約1.8m；

②粘土層：松散-稍密，厚度約0.70m；

③淤泥層：流塑-軟塑，層厚約25m；

沉井處在②層粘土層（薄層）和③淤泥層（厚層）中。

場地內(nèi)的地下水主要為在于淤泥層中的潛水，因場地存在舊河道地下水穩(wěn)定在羅零標(biāo)高5米處即-1.9米標(biāo)高。

3 沉井方案選擇

為了讓沉井按計(jì)劃下沉到位，先熟悉設(shè)計(jì)圖紙、巖土地質(zhì)勘察報(bào)告，并結(jié)合沉井外形、下沉?xí)r自重、下沉深度、水文地質(zhì)條件等進(jìn)行計(jì)算[2-3]。

3.1 沉井下沉驗(yàn)算

沉井每立方用鋼量比普通建筑物高，每立方單位體積重量取2.5T/m3（25KN/m3），按施工程序的安排，擬分節(jié)施工，兩次下沉，故計(jì)算結(jié)果如下：

沉井下沉系數(shù)的驗(yàn)算公式為：K=（Q-B）/（T+R）

下沉安全系數(shù)K，一般應(yīng)大于1.15～1.25；

沉井周長：102.40m；刃腳底面積128m2；

沉井全高17.70m，分四節(jié)制作、一次下沉，第一節(jié)刃腳高度3.3米；第二節(jié)高度6.6m；第三節(jié)6.4m；第四節(jié)1.1m。

沉井2節(jié)重量Q=1400×25=35000KN；

沉井3節(jié)重量Q=2200×25=55000KN

井壁摩阻系數(shù)為：淤泥層土為8KPa，

計(jì)算；5m以上均為11KPa；刃腳阻力取80×128=10240KN。

B=648×15.2=9850KN

沉井下沉系數(shù)驗(yàn)算（考慮浮力、刃腳反力）：采取二節(jié)下沉?xí)r，

K =35000-9850/[102.6×(10.2-2.5)×11+10240 ]=1.32≈1.25；

沉井的下沉系數(shù)基本滿足下沉驗(yàn)算要求。下沉?xí)r注意觀測(cè)下沉形態(tài)與下沉速度。

依據(jù)驗(yàn)算結(jié)果初定沉井下沉方案：始沉，沙墊層、粘土層、淤泥層及剛到達(dá)細(xì)沙層，深為8m左右，下沉方法采用水力機(jī)械高壓射水對(duì)土體進(jìn)行切割、沖刷、攪和形成泥漿吸泥排水下沉。以上幾層穿過后，到達(dá)細(xì)沙層，由于豐富的地下水，對(duì)沉井下沉垂直度有干擾，即馬上暫停排水下沉，開始向井內(nèi)注水，保證井內(nèi)水位高于地下穩(wěn)定水位，并保持高出1m左右，這時(shí)采用不排水潛水員下水沖吸泥下沉。

粗格柵進(jìn)水泵房全高17.70m，整個(gè)沉井制作時(shí)分四節(jié)澆筑完成、第一節(jié)砼澆筑完成后待強(qiáng)度達(dá)到70%時(shí)澆筑第二節(jié)沉井，完成兩節(jié)后下沉一次，沉井下沉采用排水下沉和不排水下沉適時(shí)切換。前兩節(jié)制作完成后總高度9.9米，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)值100%后開始首次下沉；后兩節(jié)制度完成后下沉總高度為7.8，待混凝土強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)值100%后進(jìn)行二次下沉。

4 施工方法介紹

（1）沉井排水下沉方法是使用水力沖吸泥設(shè)備，其工作原理由高壓水槍對(duì)地下土體進(jìn)行分割、攪拌和成泥漿，然后由泥漿泵送至事先設(shè)置的泥漿罐（池），從而達(dá)到讓沉井緩慢下沉就位。這種方法存在著操作靈活方便、經(jīng)濟(jì)合理、勞動(dòng)強(qiáng)度低、施工安全可靠、便于糾偏，效率高成本低、下沉質(zhì)量容易控制等特點(diǎn)[4]。

高壓射水選用IS單級(jí)吸清水高壓泵，其性能參數(shù)：

型號(hào)流量（m3/h）揚(yáng)程（m）吸程（m）電機(jī)功率（KW）轉(zhuǎn)速（r/min）IS80-50-200 40 53 6 15 2900

吸排泥漿選用NL型泥漿泵機(jī)組，其工作性能參數(shù)表：

型號(hào)流量（m3/h）揚(yáng)程（m）配電功率（KW）轉(zhuǎn)速（r/min）NL100-16 140 16 15 1450 NL150-15 250 15 22 1450

始沉采用的NL150-15型水力吸泥機(jī)組四組，該機(jī)組泥漿泵流量250m3/h，高壓水泵流量40m3/h，配置8臺(tái)；排水水力沖吸泥下沉，按照日有效工作時(shí)間與工作效率均按80%計(jì)算，泥漿濃度計(jì)5﹪，每天出土：4臺(tái)×80m3（干沉）/臺(tái)×24×80﹪×80﹪×5﹪=246m3，沉井?dāng)嗝妫?4.0×21.10×1.05=532m3，每天可下沉246÷532=0.46m，下沉8.0m約18天。

因計(jì)算后該沉井下沉安全系數(shù)在允許范圍內(nèi)，整個(gè)沉井下沉過程中，取土一直都在中間四倉，每層挖土0.4～0.5米，對(duì)稱、均衡平均、分層的切割土層，當(dāng)土層承受不住刃腳的壓力，沉井便利用自重均勻下沉。下沉過程中，充分利用了土體的“時(shí)空效應(yīng)”盡可能加快下沉速度，并確保周邊倉內(nèi)有一定的土塞，僅從中央四倉掏挖周邊刃腳底部土體，使沉井平穩(wěn)下沉。

在沉井下沉前在周邊地面與沉井結(jié)構(gòu)外壁及井壁頂端設(shè)置全站儀反射片、水準(zhǔn)基點(diǎn)，以便整個(gè)下沉過程中時(shí)時(shí)觀測(cè)沉井下沉形態(tài)，保證沉井角點(diǎn)坐標(biāo)不位移。在沉井結(jié)構(gòu)施工完成后再四周粘貼電子水準(zhǔn)儀條碼，沉井兩側(cè)設(shè)置固定觀測(cè)點(diǎn)，采用水準(zhǔn)儀與全站儀定時(shí)定點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)并記錄，經(jīng)數(shù)據(jù)分析制定后續(xù)沉井出土量，遇到數(shù)據(jù)異常時(shí)啟動(dòng)沉井糾偏措施。

（2）沉井采用不排水下沉方法是利用導(dǎo)管式潛水泥漿泵，起重設(shè)備合調(diào)節(jié)泥漿泵在沉井中水下深度，利用泥漿泵特制的導(dǎo)管吸頭以自身的重力將底下土層破碎與水?dāng)嚢柽_(dá)到一定濃度的泥漿，后由潛水泥漿泵抽出沉井輸送至設(shè)置的泥漿池。導(dǎo)管式潛水泥漿泵通過吊車來控制，以水平和垂直方向相結(jié)合移動(dòng)泥漿泵到指定位置，使沉井均勻，對(duì)稱下沉[5-6]。

地下水由于沉井下沉深度不斷增加而增大且地質(zhì)狀況處于流塑性淤泥中等狀況已無法達(dá)到高壓水沖排泥下沉的方法，切換為滿水下沉，即向沉井內(nèi)加水，同時(shí)現(xiàn)場備有泥漿潛水泵設(shè)備5組（一組為備用）。不排水下沉對(duì)用水量需求較大，需要及時(shí)往井內(nèi)注水保持井內(nèi)高度與地下水位平衡，防止沉井突沉。

滿水下沉井內(nèi)泥漿濃度取2﹪，每組設(shè)備按140m3/h，工作效率均按80%計(jì)算，每日出土量約為1722m3，沉井截面：24.0×21.10×1.02=517m3，每天可下沉172÷517=0.33m，下沉到位8.45m約26天。

5 沉井終沉

6 總結(jié)

1、排水下沉施工周期短成本較低，不排水下沉施工周期較長成本較大，為縮短工期減低成本盡量采用排水下沉，降低不排水下沉的工作量。沉井排水與不排水下沉應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況適時(shí)切換。

2、這次沉井由排水下沉轉(zhuǎn)換至不排水下沉是由于下沉?xí)r出現(xiàn)涌砂造成沉井偏移且難控制下沉量，通過及時(shí)向井內(nèi)加水而較好地控制了涌砂和沉井速度。下沉?xí)r涌沙是否在可控范圍內(nèi)直接與沉井下沉質(zhì)量相關(guān)。

3、不排水下沉避免了沉井開挖面于地下水位的水頭差，即防止了涌砂、土等也能有效控制沉井周圍環(huán)境地面沉降，保護(hù)周邊構(gòu)筑物。

4、沉井下沉階段需要時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析結(jié)論來指導(dǎo)后續(xù)施工，需嚴(yán)控4個(gè)角的刃腳水平，以杜絕產(chǎn)生較大的偏移。

5、施工過程在滿足規(guī)范要求留置試塊數(shù)量同時(shí)多預(yù)留一組同條件試塊養(yǎng)護(hù)，以確定水下砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求75%后，且沉井滿足抗浮要求時(shí)方可抽水。

7 結(jié)束語

沉井的應(yīng)用范圍十分廣泛，如鐵路及公路橋梁等基礎(chǔ)工程、市政工程給排水泵房等多方面都會(huì)應(yīng)用的到，為了對(duì)沉井施工質(zhì)量及安全提供保障，使得其自身具備的優(yōu)點(diǎn)等得以充分發(fā)揮，就需要對(duì)沉井施工工藝進(jìn)行良好掌握，在具體選擇施工工藝及下沉方式的過程中，應(yīng)針對(duì)工程實(shí)際情況及地質(zhì)情況等進(jìn)行充分考慮后，進(jìn)而針對(duì)工期要求進(jìn)行下沉方式適時(shí)切換，達(dá)到沉井施工的高效、安全、影響范圍小、效果好等提供充足保障，使得沉井作用充分發(fā)揮的同時(shí)，為工程項(xiàng)目驗(yàn)收奠定良好基礎(chǔ)。