摘要：大型污水處理廠(chǎng)中的提升泵房具有面積不大、深度深的特點(diǎn)，非常適合采用沉井法施工。在不同的地質(zhì)情況下，選用合理的沉井施工工藝、工法尤其重要。其中，沉井制作方案的選擇、降水方案的選擇、下沉安全系數(shù)的計(jì)算、刃腳支設(shè)、沉井封底施工、下沉過(guò)程控制等，都是監(jiān)理控制的重點(diǎn)。
1項(xiàng)目工程概況與地質(zhì)概況
某大型污水處理廠(chǎng)設(shè)計(jì)污水處理能力7.5萬(wàn)m3/d，其中提升泵房土建規(guī)模10萬(wàn)m3/d，設(shè)備安裝7.5萬(wàn)m3/d，泵房沉井為鋼筋混凝土圓形構(gòu)筑物，內(nèi)壁直徑15.6m，外壁直徑16.2m，壁厚0.60m，井筒內(nèi)面積約191m2。沉井總高度為14.60m，其頂面標(biāo)高比泵站室外地坪的標(biāo)高高出0.60m，沉井的埋置深度為14m。沉井底部的構(gòu)造要求為：200mm厚道碴墊層+100mm厚C10素混凝土墊層+800mm厚C30底板混凝土。沉井結(jié)構(gòu)混凝土等級(jí)C30，井壁及底板混凝土抗?jié)B等級(jí)均為S6。
沉井施工場(chǎng)地的地貌單一，屬漫灘地形，地形較平坦，無(wú)暗浜等不良地質(zhì)現(xiàn)象。工勘資料顯示上部土層0—-4m為淤泥質(zhì)粘土和粉質(zhì)粘土，下部為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，局部有砂質(zhì)粉土。場(chǎng)內(nèi)淺層地下水屬潛水類(lèi)型，受大氣降水和地表徑流補(bǔ)給，地下水位埋深0.8~0.9m，地下水年平均水位埋深取0.50~0.70m。
2沉井施工方案設(shè)計(jì)
2.1沉井井壁摩阻力參數(shù)
勘察單位根據(jù)靜力觸探比貫入阻力Ps值、土性指標(biāo)及特征，并參照有關(guān)規(guī)范要求，推薦了各層土的沉井井壁摩阻力參數(shù)如下表所示：
根據(jù)地址勘探資料分析，由于砂質(zhì)粉土層較厚，結(jié)構(gòu)性差，透水性較強(qiáng)，沉井開(kāi)挖時(shí)有可能造成流砂。為此，在沉井的設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)充分考慮這一影響因素，尤其在施工過(guò)程中，應(yīng)采取必要的降水措施。
2.2沉井的主要施工方法選擇
沉井是用于深基礎(chǔ)和地下構(gòu)筑物施工的一種工藝技術(shù)，其原理是：在地面上或地坑內(nèi)，先制作開(kāi)口的鋼筋混凝土筒身，待筒身混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，在井內(nèi)挖土使土體逐漸降低，沉井筒身依靠自重克服其與土壁之間的摩阻力，不斷下沉直至設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后經(jīng)就位校正后再進(jìn)行封底處理。
沉井方法有多種選擇，如：排水下沉和不排水下沉；一次制作、一次下沉和分節(jié)制作、分節(jié)下沉等。根據(jù)本工程的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)的具體要求，沉井的主要施工方法將采用排水下沉和干封底的工藝技術(shù)。該方法可以在干燥的條件施工，挖土方便，容易控制均衡下沉，土層中的障礙物便于發(fā)現(xiàn)和清除，井筒下沉?xí)r一旦發(fā)生傾斜也容易糾正，而且封底的質(zhì)量也可得到保證。
2.3沉井施工降水方案的選擇
本工程沉井施工降水方案選擇井外真空深井泵與井內(nèi)明排水相結(jié)合的降水方法。與其他降水方法相比，采用該方法降水不但施工方便、降水效果好，而且能有效防止遇到砂質(zhì)粉土層可能發(fā)生的流砂或管涌等不良現(xiàn)象發(fā)生，以此保證沉井施工的安全和順利進(jìn)行。
2.4沉井制作與下沉方案的選擇
本工程沉井比較高，采用兩節(jié)制作、兩次下沉的方法。第一節(jié)沉井高度為8m，起沉標(biāo)高為-2.4m；第二節(jié)沉井高度為6.6m，在第一節(jié)沉到距自然地坪0.6m時(shí)開(kāi)始施工。
3沉井工藝流程
根據(jù)本工程的特點(diǎn)與施工方法，沉井主要工序的工藝流程安排
4沉井刃腳的支設(shè)
沉井下部為刃腳，其支設(shè)方法取決于沉井的重量、施工荷載和地基承載力。常用的刃腳支設(shè)形式有墊架法、磚砌墊座和土模。
根據(jù)本工程的具體施工條件分析，沉井的刃腳支設(shè)形式宜采用墊架法。墊架的作用是將上部沉井重量均勻傳遞給地基，使沉井制作過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生較大的不均勻沉降，防止刃腳和井身產(chǎn)生破壞性裂縫，并可使井身保持垂直。
采用墊架法時(shí)，先在刃腳處鋪設(shè)砂墊層，再在其上鋪設(shè)墊木（枕木）和墊架。墊木常用150×150mm斷面的方木。墊架的數(shù)量應(yīng)根據(jù)第一節(jié)沉井的重量和砂墊層的容許承載力計(jì)算確定，間距一般為0.5~1.0m。墊架應(yīng)沿刃腳圓弧對(duì)準(zhǔn)圓心鋪設(shè)。
5沉井下沉系數(shù)驗(yàn)算
沉井下沉前，應(yīng)對(duì)其在自重條件下能否下沉進(jìn)行必要的驗(yàn)算。沉井下沉?xí)r，必須克服井壁與土間的摩阻力和地層對(duì)刃腳的反力，其比值稱(chēng)為下沉系數(shù)K，一般應(yīng)不小于1.15~1.25。井壁與土層間的摩阻力計(jì)算，通常的方法是：假定摩阻力隨土深而加大，并且在5m深時(shí)達(dá)到最大值，5m以下時(shí)保持常值。
根據(jù)《建筑施工計(jì)算手冊(cè)》沉井下沉系數(shù)的驗(yàn)算公式為：K=（Q-B）/（T+R）
式中：K——下沉安全系數(shù)，一般應(yīng)大于1.15~1.25
Q——沉井自重及附加荷載（kN）
B——被井壁排出的水量（kN），如采取排水下沉法時(shí)，B=0
T——沉井與土間的摩阻力（kN），T=πD（H-2.5）•f
D——沉井外徑（m）
H——沉井全高（m）
f——井壁與土間的摩阻系數(shù)（KPa），由地質(zhì)資料提供
R——刃腳反力（kN），如將刃腳底部及斜面的土方挖空，
則R=0
本工程沉井的驗(yàn)算的條件為：
沉井外徑：16.2m
沉井全高14.6m，分二節(jié)制作、二次下沉，第一節(jié)高度8m，第二節(jié)高度6.6m
第一節(jié)沉井的重力為15.6×3.14×0.6×8×25=5881kN
沉井總重力為15.6×3.14×0.6×14.6×25=10727kN
井壁摩阻系數(shù)為：取淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層為15KPa。
第一節(jié)沉井下沉系數(shù)驗(yàn)算：
K1=5881/3.14×16.2×（8-2.5）×15=1.40
第一節(jié)沉井的下沉系數(shù)滿(mǎn)足安全驗(yàn)算要求。
第二節(jié)沉井下沉系數(shù)驗(yàn)算：
K2=10727/3.14×16.2×（14.6-2.5）×15=1.16
第二節(jié)沉井的下沉系數(shù)滿(mǎn)足安全驗(yàn)算要求。
6沉井施工技術(shù)監(jiān)理控制要點(diǎn)
6.1復(fù)核下沉系數(shù)計(jì)算。摩擦系數(shù)取軟土的最大值，一般結(jié)構(gòu)沉井自重力下沉系數(shù)尚可達(dá)到3.0，在淤泥之中，無(wú)滯沉問(wèn)題。存在的問(wèn)題是下沉深度達(dá)到要求時(shí)仍會(huì)下沉不止，故必須采取控制措施。
6.2沉井制作澆筑過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)澆筑沉井的傾斜程度觀測(cè)，及時(shí)提供調(diào)整方案和測(cè)量數(shù)據(jù)，避免發(fā)生在制作過(guò)程中傾斜。沉井的接縫宜采用鋼板止水片，確保沉井在接縫部位的強(qiáng)度和止水要求。井壁的孔洞在下沉之前封堵好，避免漏水，較大孔洞需預(yù)埋鋼框。
6.3下沉過(guò)程采用排水施工方案，易于工程施工，針對(duì)本工程中局部層面可能出現(xiàn)的流砂，可采用暫時(shí)不排水施工方案，通過(guò)流砂層面后再排水施工。在沉井通過(guò)局部流砂層和軟土層時(shí)，采用先從刃腳部位挖起，每層不超過(guò)30cm。本工程的淤泥質(zhì)粘土，可以采用排水和不排水相結(jié)合的方法進(jìn)行。
6.4沉井下沉速度控制
沉井下沉速度控制也是一個(gè)重要方面，一般來(lái)講對(duì)沉井下沉速度沒(méi)有嚴(yán)格的限制，需根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)和沉井下沉的具體情況而定，本工程施工中主要按以下原則進(jìn)行：
6.4.1在沉井刃腳高差不大時(shí)(在水平間距的0.5%以?xún)?nèi))，沉井的下沉速度越快越好；
6.4.2沉井下沉速度均勻?yàn)橐耍?/div>
6.4.3沉井在粉砂土等易引起涌砂的土層中下沉?xí)r，應(yīng)加快下沉速度。
6.5沉井平面位移控制
對(duì)沉井平面位移的控制主要是通過(guò)控制沉井刃腳高差來(lái)實(shí)現(xiàn)，如果沉井刃腳高差不大，則沉井平面位移較易得到控制，它們之間的關(guān)系并無(wú)定量計(jì)算，但有一些聯(lián)系：
6.5.1沉井哪個(gè)角下沉得快(即刃腳較低)，則沉井就會(huì)向哪個(gè)方向移位；
6.5.2沉井刃腳高差大時(shí)，沉井位移量大；
6.5.3沉井始終在同一個(gè)方向的刃腳高差下下沉?xí)r，沉井位移量較大。
6.6沉井開(kāi)始5m內(nèi)，密切注意保證平面位置的垂直度，糾偏宜采用鉆孔射水沖刷法和井外挖土法。
6.7沉井封底，在本工程中由于地下水豐富，地下水壓力較大宜采用水下澆筑混凝土，采用多導(dǎo)管同時(shí)澆筑方法，既能夠減少水壓力對(duì)新澆混凝土破壞作用，又可以避免施工困難。沉井封底：沉井刃腳沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高就要封底。在水下封底砼澆注前，必須清除“鍋底”攏動(dòng)過(guò)的泥土，再拋0.5m厚碎石層做鍋底墊層；采用垂直導(dǎo)管法澆灌水下封底砼（灌注順序應(yīng)從周邊倉(cāng)至中間倉(cāng)）。當(dāng)封底砼養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，抽干沉井內(nèi)水，鑿除封底砼高出設(shè)計(jì)標(biāo)高部分。封底施工質(zhì)量具體控制要點(diǎn)如下：
6.7.1基底的浮泥、沉積物和風(fēng)化巖塊等應(yīng)清除干凈。當(dāng)為軟土地基時(shí)，應(yīng)鋪以碎石或卵石墊層。
6.7.2混凝土鑿毛處應(yīng)洗刷干凈。
6.7.3導(dǎo)管應(yīng)采用直徑為200～300mm的鋼管制作，并應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。導(dǎo)管內(nèi)壁應(yīng)光滑，管段的接頭應(yīng)密封良好并便于拆裝。
6.7.4導(dǎo)管的數(shù)量應(yīng)由計(jì)算確定。導(dǎo)管的有效作用半徑可取3～4m。其布置應(yīng)使各導(dǎo)管的澆筑面積互相覆蓋，對(duì)邊沿或拐角處，可加設(shè)導(dǎo)管。
6.7.5導(dǎo)管設(shè)置的位置應(yīng)準(zhǔn)確。每根導(dǎo)管上端應(yīng)裝有數(shù)節(jié)1.0m長(zhǎng)的短管；導(dǎo)管中應(yīng)設(shè)球塞或隔板等隔水。采用球塞時(shí)，導(dǎo)管下端距井底的距離應(yīng)比球塞直徑大5～10cm；采用隔板或扇形活門(mén)時(shí)，其距離不宜大于10cm。
6.7.6每根導(dǎo)管澆筑前，應(yīng)備有足夠的混凝土量，使開(kāi)始澆筑時(shí)，能一次將導(dǎo)管底埋住。
6.7.7水下混凝土封底的澆筑順序，應(yīng)從低處開(kāi)始逐漸向周?chē)鷶U(kuò)大。當(dāng)井內(nèi)有隔墻、底梁或混凝土供應(yīng)量受到限制時(shí)，應(yīng)分格澆筑。
6.7.8水下封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定，且沉井能滿(mǎn)足抗浮要求時(shí)，方可將井內(nèi)水抽除。
7沉井下沉過(guò)程監(jiān)理控制重點(diǎn)
7.1第一節(jié)沉井制作完成后，其混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的100%后方可進(jìn)行刃腳墊架拆除和下沉的準(zhǔn)備工作。
7.2井內(nèi)挖土應(yīng)根據(jù)沉井中心劃分工作面，挖土應(yīng)分層、均勻、對(duì)稱(chēng)地進(jìn)行。挖土要點(diǎn)是：先從沉井中間開(kāi)始逐漸挖向四周，每層挖土厚度為0.4~0.5m，沿刃腳周?chē)Ａ?.5~1.5m的土堤，然后再沿沉井井壁每2~3m一段向刃腳方向逐層全面、對(duì)稱(chēng)、均勻地削薄土層，每次削5~10cm，當(dāng)土層經(jīng)不住刃腳的擠壓而破裂時(shí)，沉井便在自重的作用下擠土下沉。
7.3井內(nèi)挖出的土方應(yīng)及時(shí)外運(yùn)，不得堆放在沉井旁，以免造成沉井偏斜或位移。如確實(shí)需要在場(chǎng)內(nèi)堆土，堆土地點(diǎn)應(yīng)設(shè)在沉井下沉深度2倍以外的地方。
7.4沉井下沉過(guò)程中，應(yīng)安排專(zhuān)人進(jìn)行測(cè)量觀察。沉降觀測(cè)每8小時(shí)至少2次，刃腳標(biāo)高和位移觀測(cè)每臺(tái)班至少1次。當(dāng)沉井每次下沉穩(wěn)定后應(yīng)進(jìn)行高差和中心位移測(cè)量。每次觀測(cè)數(shù)據(jù)均須如實(shí)記錄，并按一定表式填寫(xiě)，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和資料管理。
7.5沉井時(shí)，如發(fā)現(xiàn)有異常情況，應(yīng)及時(shí)分析研究，采取有效的對(duì)策措施：如摩阻力過(guò)大，應(yīng)采取減阻措施，使沉井連續(xù)下沉，避免停歇時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；如遇到突沉或下沉過(guò)快情況，應(yīng)采取停挖或井壁周邊多留土等止沉措施。
7.6在沉井下沉過(guò)程中，如井壁外側(cè)土體發(fā)生塌陷，應(yīng)及時(shí)采取回填措施，以減少下沉?xí)r四周土體開(kāi)裂、塌陷對(duì)周?chē)h(huán)境造成的不利影響。
7.7為了減少沉井下沉?xí)r摩阻力和方便以后的清淤工作，在沉井外壁宜采用隨下沉隨回填砂的方法。
7.8沉井開(kāi)始下沉至5m以?xún)?nèi)的深度時(shí)，要特別注意保持沉井的水平與垂直度，否則在繼續(xù)下沉?xí)r容易發(fā)生傾斜、偏移等問(wèn)題，而且糾偏也較為困難。
7.9沉井下沉近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，井內(nèi)土體的每層開(kāi)挖深度應(yīng)小于30cm或更薄些，以避免沉井發(fā)生傾斜。沉井下沉至離設(shè)計(jì)底標(biāo)高10cm左右時(shí)應(yīng)停止挖土，讓沉井依靠自重下沉到位。
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