一、前言
污水處理廠泵房面積小，但因進水管道原因，一般深度比較深，基本在10米以上，如果采用敞口開挖法極不經(jīng)濟，沉井施工法是比較廣泛采用的一種方法。沉井法與敞口開挖法相比，具有許多的優(yōu)點，即土方量最小，沉降區(qū)附近的建筑物不會發(fā)生不均勻沉陷而產(chǎn)生裂縫或坍陷等。但由于泵房深寬比較大，沉井下沉過程中，很容易發(fā)生傾斜和位置偏移，同時隨著深度的增加，側(cè)壁摩擦力增大的原因，后期施工比較困難。因此根據(jù)泵房實際情況，采用半沉井法，能較好的解決以上的問題，在成本和工期上取得很好的平衡。
二、特點
1、半沉井法施工一般大開挖深度在5米左右，開挖的施工難度較小，影響面不大，同時由于一般障礙物在淺表比較多，容易處理。
2、半沉井法施工降低了沉井的深寬比，下沉時容易控制傾斜和位置偏移，后期施工摩阻力影響比較小。
3、半沉井法施工在地下水位高，需要降水的砂礫層，因可以在沉井外采用多級降水，大大降低施工難度。
三、適用范圍
該沉井法一般適用于以下的情況：1、天然含水量的土壤中，構(gòu)筑物埋設(shè)深度很大，全部用開挖法在經(jīng)濟上不合算時；2、地下水位高，土質(zhì)松軟，采用開挖法和全沉井法，難以解決流砂情況時；3、土壤滲透系數(shù)大（如砂礫層），開挖后排水量大，施工困難時；采用這種方法，在施工以前，對沉降沉井地點的地質(zhì)情況需要仔細地進行鉆探研究，這對于施工的順利進行與否有很大的關(guān)系。
四、工藝原理
根據(jù)實際地質(zhì)情況，進行降水，然后開挖4-5米，至沉井制作標高，沉井制作一般是在地下水位以上0.5～1米處設(shè)置墊座分節(jié)澆筑。沉井澆筑的分節(jié)高度需要根據(jù)井筒的直徑、全高和技術(shù)條件而定。為便于控制下沉標高，在沉井最后一節(jié)上部四周設(shè)置翼板，500-600寬，端部100厚，根部150厚，沉井澆筑后，當混凝土達到70%的設(shè)計強度時，方能開始下沉。沉井下沉一般是借沉井本身的重量（也有借助附加荷重），并配合井內(nèi)挖土下沉。沉井開始下沉的條件為：Q＞T+R
式中Q——沉井自重及附加荷重(噸)；
R——刃腳反力(噸)；
T——磨擦力(噸)，T=u(h-2.5)fk；
u——沉井周長(米)，h——下沉深度(米)，2.5——按磨擦力在深5米時達到的最大值，5米以下時保持常值，k——安全系數(shù)，一般k值為1.0～1.25。f——單位面積磨擦力的平均值，按土質(zhì)的不同分別采用表列的值：
從上式可以看出，磨擦力T值視土壤的不同而異。但對某一沉井來說，T值是不變值，當增加Q值或調(diào)整R值時，即可使沉井逐步下沉。采用加壓下沉的方法，從而可能減薄井壁厚度。因此，在加壓條件具備的情況下，則應盡可能采用加壓下沉比較經(jīng)濟。
沉井的挖土下沉，要求均勻進行，以免發(fā)生傾斜。有密實土壤中，挖土可沿刃腳四周進行，然后再挖中間部分，在松軟土壤中，則應先挖中間，再逐漸向四周均勻擴大，距刃腳約50厘米時，使刃腳切開土壤而逐漸下沉，但必須保持井內(nèi)土壤與刃腳高差不大于40～50厘米，以免井外土壤涌入井內(nèi)。
五、施工工藝流程
施工放樣→（噴射井點降水）→基坑開挖→墊層制作→分節(jié)制作沉井→拆模→（噴射井點降水）→鑿除墊層→高壓水槍及吸泥泵吸泥下沉→沉井封底→接澆上部剪力墻→土方回填→泵房上部結(jié)構(gòu)。
1、基坑開挖
?。?）根據(jù)地下水位及土質(zhì)情況，降水后第一次開挖至自然地坪約5m。
（2）考慮到拆除墊層、支模、腳手架操作的需要，基坑寬一般比沉井寬4m，四周降水使地下水位降至比基坑面抵0.5m。
2、刃腳支墊
刃腳支設(shè)模板，有墊架法、半墊架法和無墊架法。
3、砼墊層
根據(jù)刃腳、井壁厚度，確定砼墊層寬度、標號選及墊層厚度。
4、模板支設(shè)
沉井井壁采用木模板或鋼模板拼裝?？紤]澆筑速度快，對模板產(chǎn)生很大的側(cè)壓力，用ф對拉螺栓固定，中部設(shè)橡膠止水片二條。
內(nèi)、外壁模板穩(wěn)定，采用在井壁外搭設(shè)雙排鋼管腳手架。對于井壁上預留管道孔，為防止下沉時重量不等，影響重心偏移和泥水涌入井內(nèi)，施工中采取在洞口內(nèi)外預埋鋼框和螺栓，用鋼板、木板封增長，中間填與孔洞重量相等的砂石配重量。
5、鋼筋綁扎
（1）鋼筋在加工場機械成型，用雙輪車水平運輸，人工綁扎。
（2）每節(jié)井壁豎筋一次綁扎好，水平筋分段綁扎，與上節(jié)井壁連接處，伸出插筋，接頭錯開1/4，并采用焊接連接方法，與丁字隔墻連接部位及各樓層連接部位，預留連接鋼筋。
?。?）為保證鋼筋位置正確。垂直鋼筋間距采用開槽口的木卡盡控制，水平筋間距選用一批豎筋按間距焊上短鋼筋頭控制。
6、混凝土澆筑
?。?）混凝土可采用汽車泵車送。
（2）澆筑采用分層平鋪法，每層厚度控制在30cm～50cm均勻澆灌，一次連接澆灌完，灌筑混凝土時應沿著井壁四周對稱進行，避免混凝土面高低相差懸殊，壓力不均而產(chǎn)生基底不均勻沉降，每層混凝土要求在2小時漲搗完畢。
?。?）兩節(jié)混凝土的接縫處設(shè)二條橡膠止水條貼水平縫，上節(jié)混凝土須待下節(jié)混凝土強度達到70%后澆筑，接縫處應經(jīng)鑿毛及沖洗處理，并澆10cm厚減半石子混凝土。
?。?）混凝土采用自然養(yǎng)護，為加快拆模下沉，在混凝土中摻加促凝劑、減水劑。
（5）井壁混凝土外表面如有蜂窩、麻面等缺陷，應用水泥砂漿仔細修補平整。
7、刃腳墊架拆除
?。?）沉井拆模板在混凝土強度達到25%即可拆除，刃腳墊架在混凝土達到100%強度始可拆除破土下沉。
（2）在破碎砼墊層之前，應對封底及底板接縫部位混凝土進行鑿毛處理。破除應在專人指揮下分區(qū)、依次、對稱、同步地進行。
（3）拆除方法是將砼墊層底部的挖去，使墊層下空，利用空壓泵汽錘或人工重鎊榔頭破碎，刃腳下應隨即用砂或砂礫回填夯實，在刃腳內(nèi)外側(cè)應夯筑成小土堤，以承擔部分井筒重量，接著破碎另一段，如此逐點進行，破除墊層時要加強觀測，注意下沉是否均勻，如發(fā)現(xiàn)傾斜，應及時處理。
8、降水
沉井降水一般采用明排水或井點降水。
9、下沉
沉井根據(jù)土質(zhì)情況，粘土層采用人工、機械或吸泥法進行均勻下沉，從中間開始挖向四周，均衡對稱地進行，使其能均勻豎直下沉。每層挖土厚度為0.4～1.5m，在刃腳處留1.2～1.5m寬土臺，用人工逐層切削，每人負責2～3m一段。挖土時著重注意先挖隔倉，減少底梁地基反力，防止底梁擱裂。
碰到硬土層時，當土垅削至刃腳，沉井仍不下沉或下沉不平穩(wěn)，則須按平面布置分段的次序逐段對稱的將刃腳下挖空，并挖出雙腳外壁10cm，可使沉井因均勻的減少承壓面而平穩(wěn)下沉。
在沉井開始下沉和將沉至設(shè)計標高時，周邊開挖深度應小于30cm，避免發(fā)生傾斜。尤其在開始下沉5m以內(nèi)時，其平面位置與垂直度要特別注意保持正確，否則繼續(xù)下沉不易調(diào)整。在離設(shè)計深度20cm左右應停止取土，依自重下沉至設(shè)計標高。
10、測量控制與觀測
沉井位置的控制，在井外地面設(shè)置縱橫十字控制樁，水準基點。下沉時，在井壁上設(shè)十字控制線，并在四側(cè)設(shè)水平點，于壁外側(cè)用紅鉛油畫出標尺，以測沉降。井內(nèi)中心線與垂直度的觀測系在井筒內(nèi)壁縱橫四或八等分標出垂直軸線，各吊垂球一個，對準下部標板來控制。挖土時隨時觀測垂直度，當垂球離墨線邊達50mm。即應糾正。沉井下沉過程，每班至少觀測兩次，并應在每次下沉后進行檢查，做好記錄。當發(fā)現(xiàn)傾斜、位移、扭轉(zhuǎn)時，應及時通知值班隊長，指揮操作工人糾正，使在允許偏差范圍以內(nèi)。當沉至離設(shè)計標高2m時，對下沉與挖土情況應加強觀測。
11、下沉傾斜、位移、扭轉(zhuǎn)的預防及糾正
（1）沉井下沉過程中。有時會出現(xiàn)傾斜、位移、扭轉(zhuǎn)等情況，應加強觀測，及時發(fā)現(xiàn)并采取措施糾正。
（2）對傾斜產(chǎn)生的可能原因有：
①刃腳下土質(zhì)軟硬不均；
②拆刃腳墊架，不對稱進行，或未及時回填；
③挖土不均，使井內(nèi)土面高低懸殊；
④刃腳下掏空許多，使沉井不均勻突然下沉；
?、菖潘鲁?，井內(nèi)一側(cè)出現(xiàn)流砂現(xiàn)象；
?、奕心_局部被大石塊或埋設(shè)擱??；
⑦井外棄土或施工荷載對沉井一側(cè)產(chǎn)生偏壓。
操作中可針對原因予以預防。如沉井已經(jīng)傾斜，可采取在刃腳較高一側(cè)加強挖土，并可在較低的一側(cè)適當回填砂石，必要時配以井外射水，或局部偏心壓載，都可使偏斜得到糾正。待其正位后，再均勻分層取土下沉，如傾斜是由于被大石塊或破損污物擱住，可用風鎬破碎成小塊取出。
（3）位移產(chǎn)生的原因多由于傾斜導致的，如沉井在傾斜情況下下沉，則沉井向傾斜相反方向位移，或在傾斜糾正時，如傾斜一側(cè)土質(zhì)較較松軟時，由于重力作用，有時也沿傾斜方向伴隨產(chǎn)生一定位移。因此預防位移應避免在傾斜情況下下沉，加強觀測，及時糾正傾斜。位移糾正措施一般是有意使沉井向相反方向傾斜，再沿傾斜方向下沉，至刃腳中心與設(shè)計中心位置吻合時，再糾正傾斜，因糾正傾斜重力作用產(chǎn)生的位移，可有意向位移的一方傾斜，糾正傾斜后，使其向位移相反方向產(chǎn)生位移糾正。
?。?）沉井下沉產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的原因是多次不同方向傾斜和位移的復合作用引起的，可按上述糾正位移，傾斜方法是糾正位移，然后糾正傾斜，使偏差在允許范圍以內(nèi)。
12、封底
當沉井沉到設(shè)計標高，經(jīng)2～3d下沉已穩(wěn)定，或經(jīng)觀測，在8h內(nèi)累計下沉量不大于10mm時，即可進行沉井封底，封底時因上部結(jié)構(gòu)尚未施工，設(shè)備管道未安裝，應驗算沉井的抗浮穩(wěn)定性。
六、質(zhì)量控制
沉井下沉過程中，有時遇到流砂、弧石等，會給施工帶來困難。遇到此類問題時，則可采取如下的措施：
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在流砂層中沉降沉井，必須特別注意，避免沉井自動下沉時發(fā)生傾斜或高程誤差，因而帶來施工困難。
在流砂層中，如在沉井內(nèi)采用排水下沉只適宜于1.5～2米的水頭，而在流砂層中沉井的挖土，則不應在刃腳下掏挖，以免流砂大量涌入井內(nèi)，但在中間挖土，也不宜挖成鍋底形。當沉井穿過流砂層時，如果自重與磨擦力相差不大，下沉很慢則很不利，這將使流砂不斷的涌入井內(nèi)。因此，當穿過流砂層時，最好是采用增加荷重，使沉井刃腳切入土壤，迅速穿過流砂層。
在軟土層上，增加刃腳長度，底部不挖成鍋底形，比較有利。這樣，在一定程度上，可以減少軟土的涌入井內(nèi)的機會。
采用土井或井點降低地下水位以后，挖土下沉是完全可以防止井內(nèi)的流淤。土井多安置在沉井外；井點則可設(shè)置在井外或井內(nèi)。
?。ǘr石和埋藏物的處理
下沉過程中如遇有石塊、樹根等，應及時查清情況并進行處理。
遇到小型孤石時，可先將其四周的土掏空，使之松動，再將其從刃腳下抽出；若遇到較大石塊時，需要將其破碎成小塊后，再逐步予以清出，必要時用小量炸藥進行放炮炸碎。
在砂卵石層中下沉時，應注意大塊卵石對刃腳的損傷，以及由于刃腳下土層軟硬不同而發(fā)生傾斜。
?。ㄈ┏辆鲁晾щy處理
當Q≤T+R時，沉井下沉發(fā)生困難，主要的處理方法如下：
（1）增加沉井自重。采取盡先砌筑沉井上部尚未砌筑的部分以及在沉井上加重的辦法，促使下沉；
?。?）挖除刃腳下的土壤，使刃腳懸空，以減少刃腳的反力。如用不排水法下沉時，則可用水沖刷井周土壤；
?。?）減少井周土壤的磨擦力，即在地下水位以下者，可以考慮采用均勻分布的射水管，予以沖刷井周土壤；
?。?）如為不排水法沉降沉井時，可以采用部分排水方法，以增加沉井的自重；
?。ㄋ模┏辆畹募m正
沉井開始下沉時，極易發(fā)生偏斜首先應予注意；在土質(zhì)不好的情況下以及沉井快沉到設(shè)計標高時，也有發(fā)生傾斜的可能。需要隨時注意測量，及時糾正，一般糾正的方法如下：
?。?）在井內(nèi)高起的一側(cè)多挖些土，低的一側(cè)少挖些或不挖土；
?。?）減少較高一側(cè)土壤的磨擦力，即采用井外挖土或井內(nèi)往外向上沖刷土壤；
?。?）增加不均勻荷重，高起的一側(cè)荷重大些；
?。?）在低的一側(cè)刃腳下墊以石塊，延緩其下沉速度；
?。?）傾斜較大時，用機械牽引，同時進行沖刷挖土等。
七、安全控制
施工前，應充分做好周邊的地質(zhì)勘察工作，對所有施工人員交底到位，做好應急預防措施，確保施工安全。
八、綜述
半沉井法施工，深寬比得以控制，提高了沉井的施工速度和施工質(zhì)量，降低異常情況的風險，適用于深寬比較大的地下泵房等結(jié)構(gòu)的施工，我公司在多個污水處理廠泵房施工中采用，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
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