摘要：介绍沉井结构设计制作过程和下沉过程中纠偏控制，总结沉井施工技术方法，作为一个典型软弱地基条件下污水泵站沉井工程，对沿海地区同类型工程施工具有一定的参考和借鉴意义。

 

　　1地质环境及周边环境

 

　　污水泵站位于横琴岛环岛北路AK3+180南侧，是珠海市横琴新区市政基础设施BT项目子单位工程。施工场地周边地势空旷，无地下管线，30m范围内无建筑物。淤泥层深厚（达14m），地层按自上而下的顺序依次为素填土（2.5～3.0m，代号①原老路基填筑有较多块石）、淤泥(-3～-16m，代号②)、淤泥混砂(-16～-18m，代号③)、砾质性粘土(-17～-19m，代号④)、花岗岩（-19m以下，代号⑤），地质条件复杂是本工程最为显著的特点，施工难度较大。

 

　　施工场地除污水泵站外的附近其他区域地基大部分采用直径400mmCFG桩进行软基处理，设计桩身强度为C15，成正三角形布置，间距1.6m，桩身穿过淤泥层进入砾质性粘土层或全风化岩层不小于0.5m，桩长约为24m，复合地基承载力为110kpa。经CFG桩对场地进行软基处理，桩顶标高为+2m，上设300mm厚级配砂石褥垫层加双向土工格栅。泵房范围周边采用高压旋喷桩作为施工帷幕，泵房范围内采用承载高压旋喷桩复合处理，复合地基承载力为250kpa。

 

　　2沉井设计与制作

 

　　2.1污水泵房沉井结构概述

 

　　泵房和格栅间是污水处理厂收集管网工程泵站的主要部分，沉井施工是污水泵站工程的重点和难点。泵房和格栅间是联体沉井结构，沉井平面为矩形，泵房部分尺寸为14.25×12.75m，井壁厚550-800mm。电机房部分尺寸为3.35×12.75m，联体矩形总长为17.6m。沉井顶至刃脚的高度为14.75m。沉井横向有几道隔墙，分成几个小仓，其结构如下图所示：

 

　　沉井施工工艺流程如下：垫层基坑开挖→换砂基础砼垫层施工→第一节模板钢筋施工→第一节沉井结构混凝土浇筑及养护(5m)→拆除垫层、挖除砂基并下沉到位→完成第一节后再制作第二(5m)、三节(3.95m)→拆模拆架→浇筑封底砼（或水下浇筑→浇筑底板砼→3.9m深泵房制作。

 

　　泵房沉井可分为三次浇筑和三次下沉到位。在沉井制作前按现有的帷幕桩及坑内高压旋喷承压桩和改善土体粉喷搅拌桩后进行开挖，开挖启沉标高为2.0米。当开挖达到设计深度后，在基坑底铺垫中粗砂垫层，厚为500mm，然后开始浇筑C15刃脚底垫层，垫层厚为150mm，对于砂垫层的承载力，在新浇沉井第一节砼时，不允许沉降太多，取砂垫层承载力165kN/m²，经计算验证砼垫层厚度150mm满足承载力要求。

 

　　2.2砂垫层厚度计算

 

　　计算原理：沉井荷重经过砂垫层扩散作用后，传至下卧层面上的应力小于地基土的承载力特征值，取地基土极限承载力p=165kpa，砂垫层扩散角取45°。

 

　　沉井荷重G0=156kN

 

　　砼垫层有效承力面积S=（2h＋b）×1=1.1m2

 

　　砂垫层厚度H=G0/（2hs＋1）（2hs＋0.6）=49mm

 

　　当hs=0.5m时，承载力满足要求。

 

　　砂垫层是保证沉井在制作过程中的稳定性和不致下沉过大的关键，为避免沉井制作阶段和制作完成后，下沉前出现不均匀沉陷，施工中应注意：砂垫层的材料必须采用颗粒级配良好，质地坚硬的中砂或粗砂，砂中不得含其他杂质，含泥量控制在5%以内；砂垫层厚度0.5m，在施工过程中，砂垫层应分层铺设，振密。砂垫层干容重1.5~1.6kg/cm2（呈中密状态）。

 

　　2.3钢筋模板工程

 

　　钢筋接头：主筋采用电焊搭接，底板、梁采用闪光对焊；柱主筋采用电渣压力焊焊接，钢筋直径Φ14以下的可采用绑扎。

 

　　墙板模作为模板工程重点，其关系到安全、质量及观感问题。凿毛施工缝面上的混凝土，用高压水清冼。预制Φ14钢拉杆，长度＝墙宽＋500mm，间距为500mm×500mm板模由侧板（用19mm厚竹七夹板、或复合模板）、立档、横档、斜撑，斜拉杆等组成，中间拉杆应加焊3×60×60mm的防水环，并在拆模后立即沿螺栓四周凿成30mm深的凹坑，将螺栓两端割除，再用膨胀水泥砂浆堵实。

 

　　2.4砼工程

 

　　混凝土浇筑要点：混凝土采用商品混凝土、两台输送泵送料，分层对称施工，混凝土面保持同步均匀上升，以免造成地基不均匀下沉或产生倾斜，同时密切观测沉井沉降，防止井壁产生裂缝；混凝土在浇注12h后即进行浇水养护。施工缝的技术处理：对于施工缝的处理传统做法是留凹凸缝，不仅施工复杂而且防渗效果不理想，常常出现渗漏，而本工程中用3mm钢板止水带环绕施工逢一圈，防渗漏效果更好。

 

　　沉井各仓内除土须分层、对称、均匀地进行，先中间开始扩展到四周，每层高0.4～0.5m，沿刃脚周围保留0.5～1.5m宽的土堤，然后沿沉井壁，每2～3m一段向刃脚方向逐层削土，这样沉井便在自重作用下均匀垂直挤土下沉，使不产生过大倾斜。

 

　　3.1沉井下沉参数计算

 

　　（1）相关参数：经石灰搅拌桩处理后的淤泥土单位摩阻力标准值为f=20kpa。计算沉井的下沉稳定系数（按制高13.95m，下沉11.35m）。

 

　　（2）第一节沉井下沉完成浇筑时：

 

　　井壁自重G1=8200kN，沉井侧壁周长C=51.4m

 

　　沉井井壁截面总面积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下沉系数kst计算：

 

　　Ft-下沉过程中地下水浮托力（kN），本工程采

 

　　取排水下沉，Ft取值为0

 

　　Tf1-井壁总摩阻力，按Tf1＝0.5×（0.7f）×51.4

 

　　×5+f×51.4×1.5=1799kN

 

　　下沉系数kst1＝==4.56＞1.05

 

　　②下沉稳定系数kst2，验算：

 

　　刃脚下地基土极限承载力之和Rb=fb×S

 

　　=59.55×200=11910kN

 

　　kst1，＝==0.60＜1.0

 

　　计算结果可知kst1，＜1，说明沉井停沉时能够稳定而不会发生超沉。

 

　　（3）第一节沉井下沉完成浇筑时：

 

　　第一、二节井壁自重：G2=8200+7433=15633kN

 

　　摩阻力Tf2=1799kN

 

　　①下沉系数kst2计算：kst2＝=

 

　　=8.69＞1.05可以下沉

 

　　②下沉稳定系数kst2，验算：

 

　　刃脚下地基土极限承载力之和Rb=11910kN

 

　　kst2，===1.14＞1.0

 

　　第二节接高稳定不满足要求，提高井内水位4m，经验算满足要求。

 

　　（4）第二节下沉到位时：

 

　　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

 

　　①下沉系数kst3计算：

 

　　kst3＝==2.49＞1.05

 

　　②下沉稳定系数kst3，验算：

 

　　刃脚下地基土极限承载力之和Rb=11910kN

 

　　kst3，===0.86＜1.0

 

　　此时已下沉至设计标高。

 

　　（5）沉井整体抗浮验算：

 

　　G-沉井自重（井壁自重、底板砼自重、封底砼自重、中隔墙、顶板自重及上部结构自重总和）33061kN

 

　　Ft-浮力，Ft=(12.15+0.8)×(13.55+0.8)×

 

　　(4.3+7.25+0.6)×0.6=25366kN

 

　　K-抗浮系数，K===1.30＞1.05

 

　　沉井满足抗浮要求。

 

　　3.2采用排水法下沉

 

　　在刃脚挖四周的排水明沟（300×400mm），设3～4积水井，设水泵排水。另外，沉井施工前施工高压旋喷桩连续墙止水帷幕，减少沉井在下沉过程对周围土体扰动影响和土体含水量，降低土体流动性，提高土层承载力。

 

　　3.3刃脚下石灰搅拌桩软基处理

 

　　第一节下沉过程中因为素土层中较多块石（粒径一般0.2～50cm，块石最大粒径达1.0米以上），刃脚不均衡受力，造成偏斜下沉，处理方法：用挖机清除小块径块石，大块径块石采用钻爆方法破碎后再清出井外。据上述计算分析可知，沉井下沉至淤泥土层后，因土层承载力差、摩擦系数小，下沉稳定性较差，极易发生突沉、沉速过快及倾斜等现象，施工预打直径500mm石灰搅拌桩（桩顶标高-2m，桩底标高-9.35m，桩长7.35m，桩深10.35m），1m×1m正交网格双排分布，对刃脚以上淤泥层土体进行加固处理后，复合地基承载力fspk=Ra/S=90/0.72=125kpa(沉井刃脚下方单桩受荷面积S为0.72m2)，从而使沉井在淤泥中下沉处于可控状态。

 

　　（1）沉井下沉过程中，要求将倾斜度控制在1/100以内，每次下沉深度不能超过500mm，发现沉井倾斜后，可使用如下方法纠正：

 

　　①立即停止倾斜方向挖土，加快对面方向挖土，以防加剧倾斜，并按此纠正倾斜。

 

　　②采取偏心压重方法纠偏，在井顶上压钢锭，钢锭重量根据具体情况经计算确定。

 

　　③在沉井较高一侧的井外壁插入数根管子，由此压入膨润土泥浆，使该侧井外壁摩阻力减少。

 

　　（2）沉井位移控制。沉井位移主要是由沉井倾斜引起的，沉井向某一方向倾斜被纠正后，必然引起沉井向相反方向产生位移，可以利用这一点，当沉井向某一侧位移后，在沉井下步沉时，先挖此侧刃脚处的土，使沉井向此侧倾斜，然后挖相反侧刃脚的土纠正倾斜，如此循环一、二次可纠正沉井位移。

 

　　（3）沉井位移与倾斜计算及下沉偏差控制沉井刃脚平面位移X按下式计算：

 

　　X=a±eh/b=a±c式中：b.h沉井的宽和高

 

　　e－井顶处垂直于沉井中轴线的平面内，两个

 

　　边缘点的高差

 

　　a－井顶中心的位移量

 

　　沉井的倾斜量：tgа=e/b

 

　　（4）沉井下沉至设计高标1m处，进入终沉阶段，需减降低取土锅底高度，减缓沉井下沉速度，完成沉井倾斜调整和位移纠偏。

 

　　（5）下沉过程中异常及处理方法：

 

　　沉井突沉的处理：注意控制沉井下沉速度，防止由于挖土过快或地质骤变，或下雨井内积水过多等使下沉失控，产生突沉，使井壁受力不均而开裂破坏，造成质量安全事故。预防措施是：密切关注地质情况；控制挖土速度，及时排除井内积水。一旦发生突沉，可立即在刃脚斜面回填土。

 

　　沉井不沉或超沉的处理：当沉井下沉不顺沉井上压载，也可在沉井外用水冲刷，减少井壁摩阻力；当沉井下沉时有超过设计标高的趋势时，为防止超沉，除需在刃脚下垫块石和刃脚斜面下回填砂砾等措施以制止下沉外，在沉井制作之前，还可以预先在底板下注入水泥浆，其厚度为3m，顶部标高在刃脚踏面标高以上50cm，既起到防止超沉作用，又起到隔水封底作用。

 

　　沉井下沉到设计标高后，根据规范要求24小时累计下沉量不大于10mm，方可进行封底工作。坑底采用高压旋喷桩进行地基加固处理，沉井封底采用干封底，封底砼厚1.5米。预留洞封堵：采用砖墙厚度为370mm，双面水泥砂浆抹灰处理。

 

 

　　在软弱地基条件下实施沉井工程，极易产生突沉、偏沉和超沉现象。本工程在沉井外围设置高压旋喷桩连续墙作为止水帷幕，起到防渗和抗剪作用；刃脚下预打生石灰搅拌桩进行加固处理，提高地基承载力，实现了沉井下沉速度可控、避免出现过大倾斜和位置偏移，保证了工程质量。