【摘要】沉井是建造地下工程構(gòu)造物和深埋基礎(chǔ)施工的一種施工技術(shù)，目前在城市污水處理廠的建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合南莊污水處理廠實(shí)例，圍繞沉井施工方案、工藝流程、受力計(jì)算等方面探討了沉井施工技術(shù)，并歸納了沉井下沉過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題，以供類(lèi)似研究參考。
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，污水處理廠作為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的一部分，擔(dān)負(fù)著凈化污水的任務(wù)，對(duì)改善城市水環(huán)境、提高城市居民的生活質(zhì)量具有重要作用。沉井作為建造地下工程構(gòu)造物和深埋基礎(chǔ)施工的一種方法，是一項(xiàng)實(shí)踐性較強(qiáng)的施工技術(shù)，具有施工安全、質(zhì)量可靠、操作方便、施工工期短和經(jīng)濟(jì)效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。在城市污水工程項(xiàng)目的建設(shè)過(guò)程中，沉井施工技術(shù)貫穿于工程建設(shè)的全過(guò)程，特別是污水管道和進(jìn)水泵房的建設(shè)，對(duì)完善污水處理廠的使用功能具有重要意義。
1.工程概況
南莊污水處理廠首期工程，進(jìn)水泵房采用鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)，建筑平面尺寸為15.9m×13.3m，高度15.98m，沉井刃腳標(biāo)高-12.7m，下沉深度約14.6m，井壁厚度0.90m。
2.施工方案
2.1開(kāi)挖基坑，降低初沉標(biāo)高，減少下沉深度
根據(jù)沉井部分的地質(zhì)狀況，為保證沉井初沉階段的均衡下沉，將沉井預(yù)制及初沉標(biāo)高設(shè)為0.1m，這樣可創(chuàng)造兩個(gè)有利條件：
?。?）將預(yù)制及初沉平臺(tái)設(shè)在未撓動(dòng)粘土層上，土層均勻，承載力大，利于沉井預(yù)制及初沉平穩(wěn)；
?。?）基坑開(kāi)挖，縮短了下沉深度。第一節(jié)沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，其上沿高出基坑底30cm，以利于接打第二節(jié)混凝土及防止基坑內(nèi)積水溢人沉井中。
2.2降水固砂，確保安全順利下沉
由于沉井下沉過(guò)程中穿越一層粉質(zhì)粘土及一層粗砂，這兩種地層透水性好，井內(nèi)土體開(kāi)挖后，地層在滲流水的作用下易形成流砂及管涌，受振動(dòng)后易液化。這些現(xiàn)象的發(fā)生，極易造成沉井下沉過(guò)程中的偏沉、游走及突沉，對(duì)沉井的下沉安全構(gòu)成威脅。因此，必須消除地層滲水。
3.沉井施工過(guò)程
3.1沉井制作
?。?）砂墊層及刃腳墊木
為使地基均勻承受沉井墻身重量，不致在混凝土澆筑過(guò)程中突然下沉或傾斜，導(dǎo)致墻身刃腳裂縫破壞和便于支設(shè)模板，在沉井下部鋪設(shè)墊木。墊木采用方木（150mm×150mm×2000mm）作支撐墊木。
N=G/Af
式中：G——第一節(jié)沉井單位長(zhǎng)度的重力（124.73kN/m）
A——每根墊木與地基或砂墊層接觸的底面積（m2）；A=0.15×2.0=0.30m2
f——砂墊層的承載力特征值（180kN/m2）
N=124.73/（0.30×180）=2.3根
間距：0.43cm取值：0.40cm
沉井刃腳需鋪設(shè)墊木數(shù)量：74.3/0.40=186根
地基上鋪設(shè)砂墊層，可減少墊木數(shù)量，將沉井的重量擴(kuò)散到更大的面積上，避免制作中發(fā)生不均勻沉降，同時(shí)易于找平，便于鋪設(shè)墊木和抽除。
h=（G/f-l）/2tanθ
b=l+2htanθ
式中：G——沉井單位長(zhǎng)度的重力（124.73kN/m）
f——地基的承載力特征值（110kN/m2）
l——墊木長(zhǎng)度（2.0m）
θ——砂墊層的壓力擴(kuò)散角，不大于45°
h=[124.73/（0.40×110）-2.0]/（2×tan30°）=0.72m，取75cm
b=2.0+2×0.75×tan30°=2.87m，取3.0m
在施工平臺(tái)頂面沿沉井刃腳鋪設(shè)砂墊層作為調(diào)平層及受力加強(qiáng)層，砂墊層厚度為75cm，砂墊層用砂為中砂，含泥量小于3%，砂墊層采用平板振動(dòng)器振搗并灑水，控制干密度≥1.56t/m3，地基整平后，鋪設(shè)墊木，使頂面保持在統(tǒng)一水平面上，用水準(zhǔn)儀控制其標(biāo)高差在10mm以?xún)?nèi)，并在其孔隙中墊砂夯實(shí)，墊木埋深為其厚度一半。鋪墊完成后，在墊木上面測(cè)量放出精確的軸線和沉井刃腳輪廓線。在輪廓線外適當(dāng)位置放出檢查點(diǎn)，便于控制和檢查沉井位置。
?。?）模板支設(shè)和鋼筋綁扎
沉井制作的模板支設(shè)和鋼筋綁扎與普通結(jié)構(gòu)施工要求一樣，只不過(guò)由于是在軟基上施工，所以要均勻?qū)ΨQ(chēng)施工，以防止不均勻沉降。
?。?）混凝土澆筑
混凝土采用商品混凝土，并用混凝土輸送泵，送至沉井澆筑部位，沿井壁均勻?qū)ΨQ(chēng)澆筑。澆筑采用分層平鋪法，每層厚30cm，將沉井沿周長(zhǎng)澆筑，保持均勻下料，避免一側(cè)集中澆筑，使沉井傾斜，每層混凝土要求2h內(nèi)澆筑完畢。
（4）第二節(jié)沉井預(yù)制
兩節(jié)混凝土的接縫處設(shè)凸型水平施工縫，上節(jié)混凝土須待下節(jié)混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后澆筑，接縫處經(jīng)鑿毛及沖洗處理，并澆10cm厚減半石子混凝土。
3.2沉井下沉
?。?）準(zhǔn)備工作
沉井下沉前，應(yīng)將沉井內(nèi)支撐破除，并做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，包括人員、機(jī)具等的準(zhǔn)備。沉井下沉前，應(yīng)采用1臺(tái)經(jīng)緯儀控制沉井的中線位置。并在沉井的4個(gè)角上各設(shè)置一個(gè)水平觀測(cè)點(diǎn)，在下沉過(guò)程中用水平儀不斷監(jiān)測(cè)沉井的下沉速度和下沉深度，根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整下沉方式。
?。?）承墊木抽除
當(dāng)模板拆除后，沉井混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度70%，方可下沉。沉井完全支撐在墊木上。抽除墊木是沉井下沉的開(kāi)始，是沉井下沉的重要工序之一。抽除墊木時(shí)，必須統(tǒng)一指揮，及時(shí)、迅速的將墊木抽出。
（3）取土下沉
沉井挖土下沉采用人工挖土、搖頭扒桿取土，由于挖土施工困難，研究沉井下沉的安全控制，沉井下沉速度控制為30cm/d。
沉井處于淤泥質(zhì)及淤泥土層取土?xí)r，下沉系數(shù)遠(yuǎn)大于1.15，如果下沉?xí)r挖土處理不當(dāng)，可能出現(xiàn)沉井下沉過(guò)快現(xiàn)象。挖土順序應(yīng)遵從先中后邊，逐步擴(kuò)挖至刃腳附近，使沉井平穩(wěn)、均衡地徐徐擠土下沉。中心“鍋底”深度應(yīng)從嚴(yán)控制，謹(jǐn)防“鍋底”過(guò)深發(fā)生“突沉”。每層挖土厚度為0.4m～1.5m。必要時(shí)利用沉井井格底梁與沉井刃腳一起擠壓土下沉。
沉井處于粉質(zhì)粘土層時(shí)，采用臺(tái)階形挖土自重破土方式。從中間開(kāi)始向四周逐漸開(kāi)挖，并始終均衡對(duì)稱(chēng)地進(jìn)行。相鄰格倉(cāng)面高差不應(yīng)超過(guò)0.5m。刃腳處留1.2m～1.5m寬土垅，用人工逐層全面、對(duì)稱(chēng)、均勻地削薄土層，每人負(fù)責(zé)2m～3m一段，方法是順序分層逐漸往刃腳方向削薄土層，每次削5cm～15cm，當(dāng)土垅擋不住刃腳的擠壓而破裂時(shí)，沉井便在自重作用下破土下沉，削土?xí)r應(yīng)沿刃腳方向全面、均勻、對(duì)稱(chēng)地進(jìn)行，使均勻平衡下沉，刃腳土方開(kāi)挖方法如圖1所示。
沉井下沉中，如遇到砂礫石或硬土層，當(dāng)土垅削至刃腳，沉井仍不下沉或下沉不平穩(wěn)，則按平面布置分段的次序，逐段對(duì)稱(chēng)地將刃腳下掏空，并挖出刃腳外壁10cm，每段挖完后用碎石填滿夯實(shí)，待全部掏空回填后，再分層挖掉回填的碎石，可使沉井因均勻地減少承壓面而平衡下沉。
3.3下沉觀測(cè)
沉井位置的控制是在井外地面設(shè)置縱橫十字控制樁、水準(zhǔn)基點(diǎn)。下沉?xí)r，在井壁上設(shè)十字控制線，并在四側(cè)設(shè)水平點(diǎn)。
4.終沉控制及沉井封底
當(dāng)沉井刃腳踏面下沉至離設(shè)計(jì)標(biāo)高還剩lm左右時(shí)，即進(jìn)入終沉階段，應(yīng)切忌“深鍋底”，因?yàn)檫^(guò)深的鍋底，可能導(dǎo)致刃腳下土體大量向井內(nèi)涌入，易發(fā)生突然下沉或超沉。應(yīng)先挖刃腳附近的土體，形成“反鍋底”，然后視情況再挖中心部位土體，控制好下沉速度，務(wù)求沉井緩緩擠土下沉到位。
沉井下沉到位后，觀測(cè)沉井在8h內(nèi)累計(jì)沉降量小于l0mm時(shí)，方可進(jìn)行封底。沉井封底有排水封底和不排水封底兩種方案，本沉井對(duì)封底質(zhì)量要求嚴(yán)格，不允許出現(xiàn)滲漏，再者涌水量不大，井底土質(zhì)密實(shí)，因此確定采取排水封底方案。如沉井不穩(wěn)定，可采取分倉(cāng)封底措施加以控制。
5.沉井施工中涌土處理及經(jīng)驗(yàn)體會(huì)
5.1涌土及處理
沉井在下沉至距離粉質(zhì)粘土層0.5m時(shí)，由于傾斜和多次糾偏，西側(cè)井壁中間部位出現(xiàn)刃腳懸空，雨水順井外壁流入井內(nèi)，出現(xiàn)涌土現(xiàn)象，共有3處，且造成井外坍塌，影響了沉井開(kāi)挖、下沉。處理措施主要是對(duì)坍塌處進(jìn)行及時(shí)回填，使沉井刃腳埋入粉質(zhì)粘土層1.5m，形成一個(gè)沿刃腳的土堤，以阻礙土體從井外向井內(nèi)涌入，有效的穩(wěn)定井外土體。
5.2經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)
?。?）涌土的危害
細(xì)格柵及曝氣沉砂池距沉井6m，沉井下沉至約10.5m時(shí)細(xì)格柵曝氣沉砂池在進(jìn)行錘擊樁樁基施工，樁基振動(dòng)使井內(nèi)出現(xiàn)涌土、井外土體坍塌，造成樁基暫停施工，影響了細(xì)格柵曝氣沉砂池施工進(jìn)度安排。
?。?）沉井過(guò)程對(duì)周邊施工便道、建筑物的影響
涌土的出現(xiàn)對(duì)周邊環(huán)境影響很大，距離沉井7m的施工便道下沉近1m，附近15m內(nèi)，地面均有不同程度的下沉。但施工場(chǎng)地附近沒(méi)有建筑物，未造成更大的影響。
6.結(jié)語(yǔ)
沉井施工是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程，其施工質(zhì)量直接關(guān)系到污水處理廠的正常運(yùn)作。因此，施工人員在施工前應(yīng)充分了解施工現(xiàn)場(chǎng)的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件，并嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求的規(guī)定進(jìn)行施工，同時(shí)要加強(qiáng)施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)力度，避免對(duì)周?chē)ㄖ镌斐刹槐匾挠绊?。只要我們?guī)范施工、精心組織，相信沉井施工技術(shù)在污水處理工程項(xiàng)目的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。
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