羅雪萍,梁嚴(yán)俊

(臺(tái)州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,浙江臺(tái)州 318000)

某污水泵站沉井事故處理實(shí)例

羅雪萍,梁嚴(yán)俊

(臺(tái)州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,浙江臺(tái)州 318000)

結(jié)合工程實(shí)例,介紹了某污水泵站沉井事故的處理及解決方案,有關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供相關(guān)專業(yè)人員參考。

污水泵站;沉井事故;結(jié)構(gòu)方案

1 工程概況

本泵站工程位于兩條城市主干道交叉口的東南角,污水經(jīng)DN1600進(jìn)水管頂管入泵站提升后接入城市主干道DN1200出水壓力管,最終入污水處理廠。泵站內(nèi)主要包括泵站輔助用房、泵池、計(jì)量井及防逆井等,設(shè)計(jì)規(guī)模為13.5萬m3/d。泵站用地面積2 827.9m2,基本呈四邊形。泵站坐落位置現(xiàn)狀為空地,現(xiàn)狀地塊高程約為3.6m(為黃海高程,以下同)左右,站內(nèi)設(shè)計(jì)地面高程取4.500 m,站內(nèi)設(shè)置5 m寬道路。

泵站中的泵池是本次設(shè)計(jì)的難點(diǎn),泵池結(jié)構(gòu)為19.0 m(長)×17.2 m(寬)×11.1 m(高)的一層地下結(jié)構(gòu)。平面、剖面見圖1～圖3。

2 地質(zhì)情況

根據(jù)本工程巖土工程勘察報(bào)告,自上而下分述如下:

①層雜填土:雜色,松散狀,主要由粘性土混塊石、碎石、礫石組成,為近期人工回填。該層場地北部較厚,揭露的厚度為1.70～0.60 m。

②層粘土:灰黃色,可塑,含少量鐵錳質(zhì)斑點(diǎn),切面光滑,高韌性,高干強(qiáng)度,無搖振反應(yīng),上部為可塑,往下漸變軟塑;頂部0.30 m為種植土。該層場地均有分布,勘察時(shí)揭露的厚度為1.80～1.60 m,層頂板高程為3.16～2.94 m,具中高壓縮性,物理力學(xué)性質(zhì)稍好。

③-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土:灰色,流塑,土質(zhì)不均,夾粉土團(tuán)塊,含少量有機(jī)質(zhì)及少量貝殼碎片,切面稍光滑,中等韌性,中等干強(qiáng)度,無搖振反應(yīng)。該層場地均有分布,揭露的層厚為6.10～5.50 m,層頂板高程為1.37～1.25 m,具高壓縮性,物理力學(xué)性質(zhì)差。

③-2層淤泥:灰色,流塑,土質(zhì)均勻、軟弱,含少量貝殼碎片,切面光滑,高韌性,高干強(qiáng)度,無搖振反應(yīng)。該層場地均有分布,揭露的層厚為13.30～12.70 m,層頂板高程為-4.25～-4.74 m,具高壓縮性,物理力學(xué)性質(zhì)差。

③-3層淤泥質(zhì)粘土:灰色,流塑,夾少量粉土團(tuán)塊及少量貝殼碎片,切面光滑,高韌性,高干強(qiáng)度,無搖振反應(yīng)。該層場地均有分布,本次勘察并未揭穿,揭露的層厚為5.50～4.90 m,層頂板高程為-17.13～-17.64 m,具高壓縮性,物理力學(xué)性質(zhì)差。

場地環(huán)境水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性,對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋長期浸水時(shí)具微腐蝕性。根據(jù)土的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo),各層地基土承載力特征值(fak)、壓縮模量(Es1-2)值、樁側(cè)阻力特征值qsia(kPa)及樁端阻力特征值qpa(kPa)值等,見表1。

根據(jù)上述參數(shù)可知場地內(nèi)淤泥及淤泥質(zhì)土分布普遍,厚度較大,具有高含水量、高孔隙比、高壓縮性、易變形等特點(diǎn),不經(jīng)處理,會(huì)產(chǎn)生較大沉降及不均勻沉降。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)工藝設(shè)置沉井內(nèi)部隔墻后對(duì)沉井井壁取每延米采用水平框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。其中最不利跨為兩端,凈跨8.35 m。為滿足井壁強(qiáng)度要求,沉井壁厚需1.2 m。

經(jīng)計(jì)算: 沉井下沉結(jié)構(gòu)自重G下=2.81x104kN,井壁總摩阻力Tf=6.868 x103kN,下沉系數(shù):KO=G下/Tf=4.0,下沉系數(shù)較大,采取在刃腳底部采用管樁止沉。同時(shí)為保證沉井下沉過程的穩(wěn)定性,設(shè)計(jì)采用了在沉井井壁及外部范圍共2.6 m寬度內(nèi)采用水泥攪拌樁對(duì)土體進(jìn)行加固,沉井在下沉?xí)r采用鑿樁下沉的方法,具體加固做法見圖4、圖5。

圖1 泵房總平面示意圖

4 工程事故及存在問題

在實(shí)際施工過程中,沉井內(nèi)挖出的土體雖為淤泥質(zhì)土,但土的物理性質(zhì)較地勘報(bào)告所述明顯要好。因此整個(gè)鑿樁下沉過程非常緩慢,沉井澆筑加上下沉9 m左右共用了6個(gè)月。最嚴(yán)重的問題出現(xiàn)在沉井下沉至最后3.3 m時(shí),由于此時(shí)沉井內(nèi)外土壓力差較大,刃腳底下攪拌樁出現(xiàn)了被井外土體擠斷的情況。同時(shí),擠進(jìn)池內(nèi)的攪拌樁導(dǎo)致井內(nèi)用于基底加固的管樁出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象,且沉井涌土造成周邊地面沉降。此時(shí),沉井刃腳底標(biāo)高為-7.100 m,離設(shè)計(jì)標(biāo)高-10.200 m還差3.1 m;另一方面,本工程距離業(yè)主方給的工期已經(jīng)臨近,工程實(shí)施遇到了非常大的困難。

5 解決方案

為使工程得以按時(shí)保質(zhì)完成,保證施工安全,根據(jù)當(dāng)時(shí)情況,經(jīng)過研究分析,對(duì)現(xiàn)狀沉井立即停止挖土,并用大塊石加素混凝土進(jìn)行封底,按縱橫均為2.5 m間距埋設(shè)直徑25 mm的鋼筋與底板拉結(jié)。在設(shè)計(jì)方面采取以下措施進(jìn)行調(diào)整。

5.1 工藝調(diào)整

(1)底板抬高50 cm后,經(jīng)水工藝復(fù)核原設(shè)計(jì)停泵水位由-5.0 m抬高到-4.5 m,水泵揚(yáng)程不變。由于進(jìn)水管管徑為DN1400,原設(shè)計(jì)管道充滿度為0.75,現(xiàn)修改為1.0。則泵池容積計(jì)算時(shí)水位減少高度為0.5-1.4×0.25=0.15 m。經(jīng)復(fù)核修改后的泵池容積仍能滿足水泵運(yùn)行每6 min的間隔要求。

(2)根據(jù)封底后沉井標(biāo)高及水工藝要求,為保證進(jìn)水管孔洞標(biāo)高不變,底板面標(biāo)高由原設(shè)計(jì)的-6.500 m調(diào)整為-5.900 m,池底C20毛石混凝土回填厚度由原來的110～1200 mm減薄0～600 mm,材料改用C20素混凝土,斜段坡度10%保持不變。

(3)對(duì)底板面抬高后的泵池池壁上的洞口進(jìn)行調(diào)整,底標(biāo)高為-5.890 m的閘門孔由于底板面上抬相應(yīng)上抬,調(diào)整為-5.400 m。

(4)水泵基礎(chǔ)面標(biāo)高由原來的-6.090 m調(diào)整為-5.600 m。

圖2 泵池底平面圖(單位:mm)

圖3 泵房剖面圖(單位:mm)

表1 地基土物理力學(xué)指標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)表

圖4 池底樁基處理平面圖(單位:mm)

5.2 結(jié)構(gòu)方案調(diào)整

(1)池壁:將原設(shè)計(jì)沉井刃腳當(dāng)做池壁使用,在刃腳底部進(jìn)行底板的澆筑。

(2)底板:由于底板受到的水壓力隨著底板的上抬而減小,故將底板由原設(shè)計(jì)的1 200厚減薄至800厚;同時(shí)在底板內(nèi)增設(shè)3根暗梁(在X向增置2根、Y向1根)進(jìn)行底板加強(qiáng),與原有2根底梁(X向2根、Y向1根)組成底板受力體系,按當(dāng)前所受水浮力經(jīng)過計(jì)算,原設(shè)計(jì)保持φ25@150雙向雙層配筋不變。

(3)由于水工藝調(diào)整,對(duì)凸出底板面影響排水的、在進(jìn)水渠過水范圍內(nèi)原有底板撐梁,待底板澆筑完成且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行鑿除并加固處理。

(4)對(duì)調(diào)整的洞口上部不足處進(jìn)行鑿除加固,下部洞口用磚進(jìn)行封堵到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

(5)混凝土強(qiáng)度等級(jí)比原設(shè)計(jì)提高一級(jí)。

注:當(dāng)采用泥漿助沉?xí)r,單位摩阻力取3～5 KPa。

圖5 池底攪拌樁布置圖(單位:mm)

改后泵池剖面圖見圖6。

5.3 新老結(jié)構(gòu)之間的連接施工要求

底板與井壁連接采用植筋方式連接,先在原有混凝土上按底板鋼筋位置鉆孔(孔徑比鋼筋直徑大2 mm)。在澆筑新混凝土之前,現(xiàn)將原混凝土鑿毛,清楚表面松散部分到結(jié)構(gòu)層并刷純水泥漿一道。

最后在工程各方主體的共同努力下,本工程按時(shí)保質(zhì)完成。經(jīng)過兩年的運(yùn)營管理,泵站沉降穩(wěn)定,實(shí)施效果良好。

圖6 改后泵池剖面圖(單位:mm)

6 結(jié)語

通過本工程泵站沉井的設(shè)計(jì)及事故處理,得出以下幾點(diǎn):

(1)地質(zhì)勘查報(bào)告作為沉井設(shè)計(jì)的重要輸入文件,應(yīng)能真實(shí)反映工程地質(zhì)土層組成,各土層的物理力學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)應(yīng)準(zhǔn)確、詳實(shí),為設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

(2)對(duì)于軟土地質(zhì)條件下,在設(shè)計(jì)沉井止沉措施時(shí)應(yīng)考慮施工過程中沉井涌土的風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)慎用管樁等樁基止沉以及攪拌樁加固土體。否則可能會(huì)造成在沉井過程中由于井內(nèi)外土體壓力差太大而將攪拌樁擠斷,并涌向井內(nèi),進(jìn)而擠斷管樁,卡住沉井刃腳,造成下沉困難不能到達(dá)設(shè)計(jì)預(yù)期和攪拌樁和管樁大量破壞的嚴(yán)重后果,既影響了工程進(jìn)度,又給工程帶來巨大浪費(fèi)。

(3)在出現(xiàn)沉井不能沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高且可能危及安全等質(zhì)量事故時(shí),應(yīng)果斷采取有效措施終止繼續(xù)沉井,根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整水工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,保證工程安全、保質(zhì)完成。

TU992.25

B

1009-7716(2015)03-0185-05

2014-10-30

羅雪萍(1971-),女,浙江臺(tái)州人,高級(jí)工程師,從事給排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。