【摘 要】 沉降施工技术具有施工简便、开挖量小,且能减少对周围临近建筑、路面的不利影响等特点,近年来,在城市基础设施建设中被广泛采用。本文结合沉降施工法在城市污水处理厂工程中的应用,从沉井制作、沉井下沉、下沉观测、防偏、终沉控制、沉井封底等方面介绍了沉降施工要点,其经验和体会值得类似工程参考。 

  【关键词】 沉井;下沉;防偏措施;终沉控制;沉井封底 

  近年来,城市基础设施的建设步伐加快。为了减少工程施工对现有的道路、建筑物及人们的生产生活带来影响,新的技术和工艺在基础工程建设中被大量采用。沉井施工技术就是应用得比较广泛的施工方法之一。沉井施工法与同类地下工程的工法相比,由于工程的地面部分小,场地易于布置,工程进度快,干扰因素少,有利于文明施工,各种资源能较好地利用,能确保周围既有设施完好无损,确保居民生命、财产安全,避免线路绕行和居民临时迁移,节约了大量土方搬运、工程拆迁、地面场地占用等费用,社会效益和经济效益显著。 

  1 工程概况 

  某城市污水处理厂工程,污水处理设计规模15万m3/d,占地面积约203111平方米,污水厂进厂总管为Φ2200,进水泵房采用钢筋混凝土沉井结构,高度15.22m,下沉深度约14.88m,井壁厚度0.70m~1.00m。 

  2 水文地质情况(见表1) 

  3 沉井施工方案简述 

  进水泵房为钢筋混凝土沉井结构,采用分3节预制2次排水下沉。 

  ①根据现场施工条件,沉井结构施工分三节制作,分节高度分别为: 

  第一节标高:-12.55m~-3.60m,高8.95m; 

  第二节标高:-3.60m~+0.60m,高4.20m; 

  第三节标高:+0.60m~+3.50m,高2.90m。 

  ②两次下沉:第一节预制完毕,混凝土强度达到设计要求70%即可下沉,下沉至标高-8.03m、粉质粘土上,然后回填刃脚,在沉井内部刃脚铺设垫木后,在第一节沉井上预制第二节沉井;二节沉井混凝土强度达到设计要求后,下沉至设计标高-12.550m,做封底混凝土后,浇注第三节沉井。 

  ③第一节沉井在原基础地面上(平整夯实)铺砂垫层、方木进行预制(计算附后)。第一节沉井下沉至标高-8.03m时所处地层为粉质粘土层,为控制二节沉井在预制时不出现突然沉降,在刃脚下回填砂加碎石回填,铺设垫木(计算附后)。第二节沉井在下沉到位后,对沉井进行混凝土封底,封底混凝土达到设计要求强度后再进行第三节沉井制作,以确保制作过程中的沉井的稳定。 

  ④沉井挖土采用人工挖土下沉,摇头扒杆出土。 

  4 工艺流程图 

  5 沉井施工过程 

  5.1 沉井制作 

  5.1.1 砂垫层及刃脚垫木 

  为使地基均匀承受沉井墙身重量,不致在混凝土浇筑过程中突然下沉或倾斜,导致墙身刃脚裂缝破坏和便于支设模板,在沉井下部铺设垫木。垫木采用方木(150mm×150mm×2000mm)作支撑垫木。 

  5.1.2 模板支设和钢筋绑扎 

  沉井制作的模板支设和钢筋绑扎与普通结构施工要求一样,只不过由于是在软基上施工,所以要均匀对称施工,以防止不均匀沉降。 

  5.1.3 混凝土浇筑 

  混凝土采用商品混凝土,并用混凝土输送泵,送至沉井浇筑部位,沿井壁均匀对称浇筑。浇筑采用分层平铺法,每层厚30cm,将沉井沿周长浇筑,保持均匀下料,避免一侧集中浇筑,使沉井倾斜,每层混凝土要求2h内浇筑完毕。 

  5.1.4 第二节沉井预制 

  两节混凝土的接缝处设凸型水平施工缝,上节混凝土须待下节混凝土强度达到70%后浇筑,接缝处经凿毛及冲洗处理,并浇10cm厚减半石子混凝土。 

  第一节沉井预制高度8.9m,实际下沉11.0m,这时,沉井受5个力作用:沉井自重、施工荷载、外井壁摩阻力、井内刃脚以上未取出土对内井壁摩阻力、刃脚踏面下土体的支承力。经计算,此时下沉系数大于1.15,因此沉井处于不稳定状态,采取向井内灌水,经复核灌水后沉井制作的稳定系数0.97,满足施工时的稳定要求。 

  5.2 沉井下沉 

  5.2.1 准备工作 

  沉井下沉前,应将沉井内支撑破除,并做好各项准备工作,包括人员、机具等的准备。沉井下沉前,应采用1台经纬仪控制沉井的中线位置。并在沉井的4个角上各设置一个水平观测点,在下沉过程中用水平仪不断监测沉井的下沉速度和下沉深度,根据测量结果调整下沉方式。 

  5.2.2 承垫木抽除 

  当模板拆除后,沉井混凝土强度达到设计要求强度70%,方可下沉。沉井完全支撑在垫木上。抽除垫木是沉井下沉的开始,是沉井下沉的重要工序之一。抽除垫木时,必须统一指挥,及时、迅速的将垫木抽出。 

  (1)垫木编号 

  为使抽除垫木能在沉井内外及时配合进行,垫木抽除前,应对垫木分组编号,按设计确定的顺序用红油漆写在沉井内外壁上。 

  (2)垫木抽除 

  垫木的抽除应准备齐全施工机具,包括铁锤、铁锹等。垫木抽除时,先拆内横梁下的,再拆短边井壁下的;长边垫木应隔根抽除,先抽除单号方木,再拆除双号方木,然后以四角处的定位垫木为中心由远及近地对称抽除,最后抽定位垫木。每抽出一根垫木,需及时用砂对抽除的位置进行回填、夯实。垫木抽除应设有一名指挥进行统一指导,并根据沉井的测量结果不断进行调整。 

  5.2.3 取土下沉 

  沉井挖土下沉采用人工挖土、摇头扒杆取土,由于挖土施工困难,研究沉井下沉的安全控制,沉井下沉速度控制为30cm/d。 

  沉井处于淤泥质及淤泥土层取土时,下称系数远大于1.15,如果下沉时挖土处理不当,可能出现沉井下沉过快现象。挖土顺序应遵从先中后边,逐步扩挖至刃脚附近,使沉井平稳、均衡地徐徐挤土下沉。中心“锅底”深度应从严控制,谨防“锅底”过深发生“突沉”。每层挖土厚度为0.4m~1.5m。必要时利用沉井井格底梁与沉井刃脚一起挤压土下沉。   5.3 下沉观测 

  沉井位置的控制是在井外地面设置纵横十字控制桩、水准基点。下沉时,在井壁上设十字控制线,并在四侧设水平点。于壁外侧用红铅油画出标尺,以测沉降,井内中心线与垂直度的观测系在井内壁四边标出垂直轴线,各吊垂球一个,对准下部标志板来控制,并定时用2台经纬仪进行垂直偏差观测。挖土时随时观测垂直度,当垂球离墨线边达50mm或四面标高不一致时,立即纠正。沉井下沉过程中,每班至少观测2次,并在每次下沉后进行检查,做好记录。当发现倾斜、位移、扭转时,及时通知值班队长,指挥操作工人纠正,使允许偏差范围控制在允许范围以内。沉井在下沉过程中,最大沉降差均控制在250mm以内。当沉至离设计标高2m时,对下沉与挖土情况应加强观测,以防超沉。 

  5.4 防偏措施 

  沉井下沉过程中产生偏差原因及预防措施见表2。 

  6 终沉控制 

  当沉井刃脚踏面下沉至离设计标高还剩lm左右时,即进入终沉阶段,应切忌“深锅底”,因为过深的锅底,可能导致刃脚下土体大量向井内涌入,易发生突然下沉或超沉。应先挖刃脚附近的土体,形成“反锅底”,然后视情况再挖中心部位土体,控制好下沉速度,务求沉井缓缓挤土下沉到位。 

  7 沉井封底 

  沉井下沉到位后,观测沉井在8h内累计沉降量小于l0mm时,方可进行封底。沉井封底有排水封底和不排水封底两种方案,本沉井对封底质量要求严格,不允许出现渗漏,再者涌水量不大,井底土质密实,因此确定采取排水封底方案。如沉井不稳定,可采取分仓封底措施加以控制。 

  8 沉井施工中涌土处理及经验体会 

  8.1 涌土及处理 

  沉井在下沉至距离粉质粘土层0.5m时,由于倾斜和多次纠偏,西侧井壁中间部位出现刃脚悬空,雨水顺井外壁流入井内,出现涌土现象,共有3处,且造成井外坍塌,影响了沉井开挖、下沉。处理措施主要是对坍塌处进行及时回填,使沉井刃脚埋入粉质粘土层1.5m,形成一个沿刃脚的土堤,以阻碍土体从井外向井内涌入,有效的稳定井外土体。 

  8.2 经验与体会 

  8.2.1 涌土的危害 

  细格栅及曝气沉砂池距沉井6m,沉井下沉至约10.5m时细格栅曝气沉砂池在进行沉管灌注桩桩基施工,桩基振动使井内出现涌土、井外土体坍塌,造成桩基暂停施工,影响了细格栅曝气沉砂池施工进度安排。 

  8.2.2 沉井过程对周边施工便道、建筑物的影响 

  涌土的出现对周边环境影响很大,距离沉井7m的施工便道下沉近1m,附近15m内,地面均有不同程度的下沉。但施工场地附近没有建筑物,未造成更大的影响。 

  9 结束语 

  综上所述,沉井施工面积小、工序多、质量控制难度大、施工过程错综复杂,是一项实践性很强的施工技术。因此,施工前应充分掌握地层地质状况,选定下沉方法,制定切实可行的施工方案。施工中要加强管理,精心安排,严格按设计和规范施工,控制好井体的制作质量。另外,下沉过程中要做好观测,出现问题及时处理。只有这样,才能保证沉井施工的质量和进度。 

  参考文献 

  [1] 张世刚.沉井施工方法浅谈[J].科技情报开发与经济,2005年24期 

  [2] 张艳华;贾建珍.浅谈污水处理厂进水泵房沉井施工[J].河北建筑工程学院学报.2007年03期