摘要：以馬三家污水處理一期工程進(jìn)水泵房沉井為實(shí)例，對(duì)沉井的下沉、水下封底等關(guān)鍵工序和工藝進(jìn)行分析。經(jīng)實(shí)踐證實(shí)所采用的方案經(jīng)濟(jì)可行，可為今后同類地質(zhì)條件沉井的施工提供參考。
沈陽市馬三家污水處理廠建設(shè)總規(guī)模240000m3/d。項(xiàng)目位于沈陽市于洪區(qū)，是大渾太流域污染治理項(xiàng)目的重要組成部分。
進(jìn)水泵房下部為圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外徑14.4m，壁厚0.7m，井高15.6m，地下部分高度15.3m（地面至刃腳底部），刃腳寬度1.0m，泵房主體為C30S6F200混凝土，封底為C25混凝土。
1、工程地質(zhì)及施工難點(diǎn)
1.1工程地質(zhì)
根據(jù)鉆探揭露，場(chǎng)地土層除表層耕土外，主要由第四系沖洪積（Qal-pl）形成的粘性土和砂土組成。自上而下分為5層，沉井下沉到位后刃腳處于第⑤層粉砂層，每層土質(zhì)情況如下：
1.2工程難點(diǎn)
⑴該沉井長(zhǎng)細(xì)比過大，井高15.6m外徑14.4m，其重心偏高，下沉系數(shù)較大，在下沉過程中極易產(chǎn)生突沉、井身傾斜、位移等不良后果。
?、葡鲁吝^程穿越2種不同類型的土層，上部10.7m為粘土層下部4.6m為粉砂層，在刃腳下沉到達(dá)粉砂層時(shí)極易出現(xiàn)流沙。
?、且蚬て谛枰辆鲁岭A段安排在冬季施工，此階段室外平均溫度在-15℃，對(duì)潛水作業(yè)影響較大，加之水下作業(yè)具有不可見性，施工難度大大增加。
2、施工方案選擇
2.1方案選擇
根據(jù)本工程特點(diǎn)，沉井采用“三次澆筑、一次下沉”的施工方案，前兩次澆筑（4m+8m）完成后即將沉井下沉到位并封底，再澆筑剩余3.6m井壁，對(duì)于下沉?xí)r井壁高度不夠的情況根據(jù)下沉速度周圍土體作降坡處理。采用此方案施工可有效降低井筒重心，減少突沉、井壁傾斜、位移等情況的發(fā)生。
上部粘土層采用排水下沉，用水利機(jī)械取土，此種取土方式工藝成熟、施工速度快、效果好，完全滿足本工程需要。
下部粉砂層采用不排水下沉，傳統(tǒng)的取土是采用潛水員下水沖泥、空氣吸泥機(jī)吸泥的方式。但因工期需要沉井下沉階段屬于冬季施工，室外平均溫度在-15℃以下，潛水員不能長(zhǎng)時(shí)間水下作業(yè)。經(jīng)反復(fù)比選決定采用18m伸縮臂挖掘機(jī)取土，該挖掘機(jī)斗容0.8m3取土速度快、位置明確、糾偏迅速且能大大減少了水下作業(yè)，下沉過程經(jīng)濟(jì)、可控。
2.2分析計(jì)算
?、畔鲁料禂?shù)計(jì)算
下沉系數(shù)Kc的計(jì)算如公式（1）所示：
?。?）
式中，G——沉井自重（kN）；
B——下沉過程中地下水的浮力（kN），排水下沉?xí)r為零，不排水下沉?xí)r取總浮力的70%；
Tf——井壁與土體間的總摩阻力（kN）；
Kc——下沉系數(shù)，宜根據(jù)具體情況在1.05～1.25范圍內(nèi)選用，對(duì)位于淤泥質(zhì)土層中的沉井宜取小值；位于其他土層中的沉井可取較大的值。
其中，總摩阻力（外壁為階梯形式）計(jì)算如公式（2）所示：
?。?）
式中，U——沉井外壁周長(zhǎng)（m）；
H——沉井入土深度（m）；
h——沉井刃腳高度（m）；
f——土與井壁單位面積的摩阻力（kPa）。當(dāng)下沉深度內(nèi)有數(shù)個(gè)土層時(shí)，井壁摩阻力按厚度加權(quán)平均，即：
（3）
式中，f1、f2、…、fn——不同土層的單位面積摩阻力，與沉井入土深度、土的性質(zhì)、井壁外形及施工方法有關(guān)，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料確定；
h1、h2、…、hn——不同土層的相應(yīng)厚度（m）。
?、葡鲁练€(wěn)定系數(shù)計(jì)算分析
1）為防止沉井在軟土地區(qū)發(fā)生突沉的可能，還需要對(duì)沉井進(jìn)行下沉穩(wěn)定系數(shù)的分析計(jì)算，計(jì)算公式如公式（4）所示：
?。?）
式中，Kc’——下沉穩(wěn)定系數(shù)；
R1、R2、R3——分別為沉井刃腳踏面、隔墻和橫梁下地基土的反力。按公式計(jì)算，其中Rj為各部分支承面積。
按上述公式計(jì)算本工程沉井的下沉系數(shù)為1.40，最終下沉穩(wěn)定系數(shù)為0.90均符合規(guī)范要求，限于篇幅原因此處不再詳細(xì)計(jì)算。
3、沉井下沉
沉井下沉采用排水下沉與不排水下沉兩種相結(jié)合的方式，在施工過程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及時(shí)轉(zhuǎn)換，保證穩(wěn)定、安全下沉。
初沉階段入土淺、井壁四周尚無摩擦力，土層對(duì)沉井平衡作用差，沉井下沉系數(shù)很大，且重心又高，因此合理安排施工步驟及方法是減小隱患的關(guān)鍵。
3.1排水下沉
排水下沉采用水利機(jī)械取土，在井內(nèi)配置兩臺(tái)高壓水槍，用高壓水槍將泥沖成泥漿，再用泥漿泵抽至井外泥漿池，經(jīng)三級(jí)沉淀后余水回用。
沉井排水下沉階段姿態(tài)良好，下沉速度及偏差始終處于可控狀態(tài)，平均日下沉量1.2m。在下沉至8m時(shí)出現(xiàn)流沙現(xiàn)象，及時(shí)進(jìn)行了回水轉(zhuǎn)入不排水下沉階段。
3.2不排水下沉
在不排水下沉階段維持井內(nèi)的水位高出井外水位（地下水）1～2m，以免發(fā)生涌砂現(xiàn)象。同時(shí)因伸縮臂挖掘機(jī)挖泥量大、速度快，為保持井內(nèi)外水位平衡，隨時(shí)用低壓水泵向井內(nèi)補(bǔ)水。
挖掘機(jī)挖土與高壓水泵沖土順序基本相同，也是先在井中形成大鍋底，然后再對(duì)稱均勻挖除刃腳邊土堤，使沉井下沉。
4、沉井封底
4.1下水砼澆筑
砼采用導(dǎo)管法澆筑，澆筑前根據(jù)計(jì)算確定初灌量。在澆筑過程中，經(jīng)常不斷測(cè)量水下砼面的上升情況，以及擴(kuò)散半徑和施工進(jìn)度，并根據(jù)測(cè)量資料控制導(dǎo)管的埋入深度、位置。
4.2封底后抗浮穩(wěn)定性
封底完后需經(jīng)抗浮計(jì)算確保井內(nèi)水排除后沉井不會(huì)上浮，抗浮穩(wěn)定系數(shù)按以下公式計(jì)算：
其中：
K-抗浮穩(wěn)定性系數(shù)，考慮井壁與側(cè)面土體摩擦力，應(yīng)大于1.25
G封底-封底混凝土自重
F-地下水浮力
f-井外壁土體摩擦力
本工程沉井經(jīng)計(jì)算K=1.05<1.25不滿足要求，需采取降水措施。經(jīng)計(jì)算沿沉井外側(cè)均布3口降水井，將井外地下水位降至井口以下3m可滿足抗浮需要，降水應(yīng)持續(xù)至上部結(jié)構(gòu)施工完成。
5、結(jié)論與建議
?、挪捎脙纱螡仓淮蜗鲁恋轿蛔詈鬂仓Ｓ?.6m井壁的方案可行，能有效節(jié)約施工工期。
?、瞥辆鲁吝^程始終處于可控狀態(tài)，下沉?xí)r對(duì)周邊土體影響較小，距沉井20m左右的生化池、細(xì)格柵經(jīng)監(jiān)測(cè)沒發(fā)生明顯沉降，證明所采用的下沉方案合理、可行。
?、遣慌潘鲁岭A段采用伸縮臂挖掘機(jī)取土，取土速度快、位置精確且大大減少了潛水作業(yè)，有限保證了施工質(zhì)量、進(jìn)度及安全，是不排水下沉一個(gè)非常好的取土方式。
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