摘要：介紹沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計制作過程和下沉過程中糾偏控制，總結(jié)沉井施工技術(shù)方法，作為一個典型軟弱地基條件下污水泵站沉井工程，對沿海地區(qū)同類型工程施工具有一定的參考和借鑒意義。
1地質(zhì)環(huán)境及周邊環(huán)境
污水泵站位于橫琴島環(huán)島北路AK3+180南側(cè)，是珠海市橫琴新區(qū)市政基礎(chǔ)設(shè)施BT項目子單位工程。施工場地周邊地勢空曠，無地下管線，30m范圍內(nèi)無建筑物。淤泥層深厚（達14m），地層按自上而下的順序依次為素填土（2.5～3.0m，代號①原老路基填筑有較多塊石）、淤泥(-3～-16m，代號②)、淤泥混砂(-16～-18m，代號③)、礫質(zhì)性粘土(-17～-19m，代號④)、花崗巖（-19m以下，代號⑤），地質(zhì)條件復(fù)雜是本工程最為顯著的特點，施工難度較大。
施工場地除污水泵站外的附近其他區(qū)域地基大部分采用直徑400mmCFG樁進行軟基處理，設(shè)計樁身強度為C15，成正三角形布置，間距1.6m，樁身穿過淤泥層進入礫質(zhì)性粘土層或全風(fēng)化巖層不小于0.5m，樁長約為24m，復(fù)合地基承載力為110kpa。經(jīng)CFG樁對場地進行軟基處理，樁頂標高為+2m，上設(shè)300mm厚級配砂石褥墊層加雙向土工格柵。泵房范圍周邊采用高壓旋噴樁作為施工帷幕，泵房范圍內(nèi)采用承載高壓旋噴樁復(fù)合處理，復(fù)合地基承載力為250kpa。
2沉井設(shè)計與制作
2.1污水泵房沉井結(jié)構(gòu)概述
泵房和格柵間是污水處理廠收集管網(wǎng)工程泵站的主要部分，沉井施工是污水泵站工程的重點和難點。泵房和格柵間是聯(lián)體沉井結(jié)構(gòu)，沉井平面為矩形，泵房部分尺寸為14.25×12.75m，井壁厚550-800mm。電機房部分尺寸為3.35×12.75m，聯(lián)體矩形總長為17.6m。沉井頂至刃腳的高度為14.75m。沉井橫向有幾道隔墻，分成幾個小倉，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：
沉井施工工藝流程如下：墊層基坑開挖→換砂基礎(chǔ)砼墊層施工→第一節(jié)模板鋼筋施工→第一節(jié)沉井結(jié)構(gòu)混凝土澆筑及養(yǎng)護(5m)→拆除墊層、挖除砂基并下沉到位→完成第一節(jié)后再制作第二(5m)、三節(jié)(3.95m)→拆模拆架→澆筑封底砼（或水下澆筑→澆筑底板砼→3.9m深泵房制作。
泵房沉井可分為三次澆筑和三次下沉到位。在沉井制作前按現(xiàn)有的帷幕樁及坑內(nèi)高壓旋噴承壓樁和改善土體粉噴攪拌樁后進行開挖，開挖啟沉標高為2.0米。當開挖達到設(shè)計深度后，在基坑底鋪墊中粗砂墊層，厚為500mm，然后開始澆筑C15刃腳底墊層，墊層厚為150mm，對于砂墊層的承載力，在新澆沉井第一節(jié)砼時，不允許沉降太多，取砂墊層承載力165kN/m²，經(jīng)計算驗證砼墊層厚度150mm滿足承載力要求。
2.2砂墊層厚度計算
計算原理：沉井荷重經(jīng)過砂墊層擴散作用后，傳至下臥層面上的應(yīng)力小于地基土的承載力特征值，取地基土極限承載力p=165kpa，砂墊層擴散角取45°。
沉井荷重G0=156kN
砼墊層有效承力面積S=（2h＋b）×1=1.1m2
砂墊層厚度H=G0/（2hs＋1）（2hs＋0.6）=49mm
當hs=0.5m時，承載力滿足要求。
砂墊層是保證沉井在制作過程中的穩(wěn)定性和不致下沉過大的關(guān)鍵，為避免沉井制作階段和制作完成后，下沉前出現(xiàn)不均勻沉陷，施工中應(yīng)注意：砂墊層的材料必須采用顆粒級配良好，質(zhì)地堅硬的中砂或粗砂，砂中不得含其他雜質(zhì)，含泥量控制在5%以內(nèi)；砂墊層厚度0.5m，在施工過程中，砂墊層應(yīng)分層鋪設(shè)，振密。砂墊層干容重1.5~1.6kg/cm2（呈中密狀態(tài)）。
2.3鋼筋模板工程
鋼筋接頭：主筋采用電焊搭接，底板、梁采用閃光對焊；柱主筋采用電渣壓力焊焊接，鋼筋直徑Φ14以下的可采用綁扎。
墻板模作為模板工程重點，其關(guān)系到安全、質(zhì)量及觀感問題。鑿毛施工縫面上的混凝土，用高壓水清冼。預(yù)制Φ14鋼拉桿，長度＝墻寬＋500mm，間距為500mm×500mm板模由側(cè)板（用19mm厚竹七夾板、或復(fù)合模板）、立檔、橫檔、斜撐，斜拉桿等組成，中間拉桿應(yīng)加焊3×60×60mm的防水環(huán)，并在拆模后立即沿螺栓四周鑿成30mm深的凹坑，將螺栓兩端割除，再用膨脹水泥砂漿堵實。
2.4砼工程
混凝土澆筑要點：混凝土采用商品混凝土、兩臺輸送泵送料，分層對稱施工，混凝土面保持同步均勻上升，以免造成地基不均勻下沉或產(chǎn)生傾斜，同時密切觀測沉井沉降，防止井壁產(chǎn)生裂縫；混凝土在澆注12h后即進行澆水養(yǎng)護。施工縫的技術(shù)處理：對于施工縫的處理傳統(tǒng)做法是留凹凸縫，不僅施工復(fù)雜而且防滲效果不理想，常常出現(xiàn)滲漏，而本工程中用3mm鋼板止水帶環(huán)繞施工逢一圈，防滲漏效果更好。
3沉井下沉施工
沉井各倉內(nèi)除土須分層、對稱、均勻地進行，先中間開始擴展到四周，每層高0.4～0.5m，沿刃腳周圍保留0.5～1.5m寬的土堤，然后沿沉井壁，每2～3m一段向刃腳方向逐層削土，這樣沉井便在自重作用下均勻垂直擠土下沉，使不產(chǎn)生過大傾斜。
3.1沉井下沉參數(shù)計算
?。?）相關(guān)參數(shù)：經(jīng)石灰攪拌樁處理后的淤泥土單位摩阻力標準值為f=20kpa。計算沉井的下沉穩(wěn)定系數(shù)（按制高13.95m，下沉11.35m）。
?。?）第一節(jié)沉井下沉完成澆筑時：
井壁自重G1=8200kN，沉井側(cè)壁周長C=51.4m
沉井井壁截面總面積S=59.55m2，fb，=140×2=280kN
Rb=fb，×S=280×59.55=16674kN
即Rb＞G1反土力大于沉井自重。
①下沉系數(shù)kst計算：
Ft-下沉過程中地下水浮托力（kN），本工程采
取排水下沉，F(xiàn)t取值為0
Tf1-井壁總摩阻力，按Tf1＝0.5×（0.7f）×51.4
×5+f×51.4×1.5=1799kN
下沉系數(shù)kst1＝==4.56＞1.05
②下沉穩(wěn)定系數(shù)kst2，驗算：
刃腳下地基土極限承載力之和Rb=fb×S
=59.55×200=11910kN
kst1，＝==0.60＜1.0
計算結(jié)果可知kst1，＜1，說明沉井停沉?xí)r能夠穩(wěn)定而不會發(fā)生超沉。
?。?）第一節(jié)沉井下沉完成澆筑時：
第一、二節(jié)井壁自重：G2=8200+7433=15633kN
摩阻力Tf2=1799kN
①下沉系數(shù)kst2計算：kst2＝=
=8.69＞1.05可以下沉
?、谙鲁练€(wěn)定系數(shù)kst2，驗算：
刃腳下地基土極限承載力之和Rb=11910kN
kst2，===1.14＞1.0
第二節(jié)接高穩(wěn)定不滿足要求，提高井內(nèi)水位4m，經(jīng)驗算滿足要求。
（4）第二節(jié)下沉到位時：
浮力Ft3=0
摩阻力Tf3=0.5×（0.7f）×51.4×5+（0.7f）×51.4×（5+5-0.15-5-3.2）+f×51.4×3.2=6275k
?、傧鲁料禂?shù)kst3計算：
kst3＝==2.49＞1.05
?、谙鲁练€(wěn)定系數(shù)kst3，驗算：
刃腳下地基土極限承載力之和Rb=11910kN
kst3，===0.86＜1.0
此時已下沉至設(shè)計標高。
?。?）沉井整體抗浮驗算：
G-沉井自重（井壁自重、底板砼自重、封底砼自重、中隔墻、頂板自重及上部結(jié)構(gòu)自重總和）33061kN
Ft-浮力，F(xiàn)t=(12.15+0.8)×(13.55+0.8)×
(4.3+7.25+0.6)×0.6=25366kN
K-抗浮系數(shù)，K===1.30＞1.05
沉井滿足抗浮要求。
3.2采用排水法下沉
在刃腳挖四周的排水明溝（300×400mm），設(shè)3～4積水井，設(shè)水泵排水。另外，沉井施工前施工高壓旋噴樁連續(xù)墻止水帷幕，減少沉井在下沉過程對周圍土體擾動影響和土體含水量，降低土體流動性，提高土層承載力。
3.3刃腳下石灰攪拌樁軟基處理
第一節(jié)下沉過程中因為素土層中較多塊石（粒徑一般0.2～50cm，塊石最大粒徑達1.0米以上），刃腳不均衡受力，造成偏斜下沉，處理方法：用挖機清除小塊徑塊石，大塊徑塊石采用鉆爆方法破碎后再清出井外。據(jù)上述計算分析可知，沉井下沉至淤泥土層后，因土層承載力差、摩擦系數(shù)小，下沉穩(wěn)定性較差，極易發(fā)生突沉、沉速過快及傾斜等現(xiàn)象，施工預(yù)打直徑500mm石灰攪拌樁（樁頂標高-2m，樁底標高-9.35m，樁長7.35m，樁深10.35m），1m×1m正交網(wǎng)格雙排分布，對刃腳以上淤泥層土體進行加固處理后，復(fù)合地基承載力fspk=Ra/S=90/0.72=125kpa(沉井刃腳下方單樁受荷面積S為0.72m2)，從而使沉井在淤泥中下沉處于可控狀態(tài)。
4沉井下沉過程中糾偏
?。?）沉井下沉過程中，要求將傾斜度控制在1/100以內(nèi)，每次下沉深度不能超過500mm，發(fā)現(xiàn)沉井傾斜后，可使用如下方法糾正：
?、倭⒓赐Ｖ箖A斜方向挖土，加快對面方向挖土，以防加劇傾斜，并按此糾正傾斜。
?、诓扇∑膲褐胤椒m偏，在井頂上壓鋼錠，鋼錠重量根據(jù)具體情況經(jīng)計算確定。
?、墼诔辆^高一側(cè)的井外壁插入數(shù)根管子，由此壓入膨潤土泥漿，使該側(cè)井外壁摩阻力減少。
?。?）沉井位移控制。沉井位移主要是由沉井傾斜引起的，沉井向某一方向傾斜被糾正后，必然引起沉井向相反方向產(chǎn)生位移，可以利用這一點，當沉井向某一側(cè)位移后，在沉井下步沉?xí)r，先挖此側(cè)刃腳處的土，使沉井向此側(cè)傾斜，然后挖相反側(cè)刃腳的土糾正傾斜，如此循環(huán)一、二次可糾正沉井位移。
?。?）沉井位移與傾斜計算及下沉偏差控制沉井刃腳平面位移X按下式計算：
X=a±eh/b=a±c式中：b.h沉井的寬和高
e－井頂處垂直于沉井中軸線的平面內(nèi)，兩個
邊緣點的高差
a－井頂中心的位移量
沉井的傾斜量：tgа=e/b
?。?）沉井下沉至設(shè)計高標1m處，進入終沉階段，需減降低取土鍋底高度，減緩沉井下沉速度，完成沉井傾斜調(diào)整和位移糾偏。
?。?）下沉過程中異常及處理方法：
沉井突沉的處理：注意控制沉井下沉速度，防止由于挖土過快或地質(zhì)驟變，或下雨井內(nèi)積水過多等使下沉失控，產(chǎn)生突沉，使井壁受力不均而開裂破壞，造成質(zhì)量安全事故。預(yù)防措施是：密切關(guān)注地質(zhì)情況；控制挖土速度，及時排除井內(nèi)積水。一旦發(fā)生突沉，可立即在刃腳斜面回填土。
沉井不沉或超沉的處理：當沉井下沉不順沉井上壓載，也可在沉井外用水沖刷，減少井壁摩阻力；當沉井下沉?xí)r有超過設(shè)計標高的趨勢時，為防止超沉，除需在刃腳下墊塊石和刃腳斜面下回填砂礫等措施以制止下沉外，在沉井制作之前，還可以預(yù)先在底板下注入水泥漿，其厚度為3m，頂部標高在刃腳踏面標高以上50cm，既起到防止超沉作用，又起到隔水封底作用。
5沉井封底
沉井下沉到設(shè)計標高后，根據(jù)規(guī)范要求24小時累計下沉量不大于10mm，方可進行封底工作。坑底采用高壓旋噴樁進行地基加固處理，沉井封底采用干封底，封底砼厚1.5米。預(yù)留洞封堵：采用磚墻厚度為370mm，雙面水泥砂漿抹灰處理。
6結(jié)語
在軟弱地基條件下實施沉井工程，極易產(chǎn)生突沉、偏沉和超沉現(xiàn)象。本工程在沉井外圍設(shè)置高壓旋噴樁連續(xù)墻作為止水帷幕，起到防滲和抗剪作用；刃腳下預(yù)打生石灰攪拌樁進行加固處理，提高地基承載力，實現(xiàn)了沉井下沉速度可控、避免出現(xiàn)過大傾斜和位置偏移，保證了工程質(zhì)量。
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