李招群

（福州水務(wù)集團(tuán)有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

城市污水處理廠進(jìn)水泵房一般設(shè)置較深，通常采用沉井工藝施工。當(dāng)沉井布置在深厚淤泥質(zhì)土層時(shí)，由于淤泥層承載力低、含水量大、抗剪強(qiáng)度低，沉井在下沉的過程中易產(chǎn)生突沉、偏沉滑移、井內(nèi)涌水以及沉井下沉速度與方向難以控制等問題[1-3]。因此研究深厚淤泥質(zhì)土層條件下泵房沉井的施工技術(shù)十分必要。本文以福州市某污水處理廠的進(jìn)水泵房沉井為例，介紹在深厚淤泥質(zhì)土層條件下泵房沉井的特點(diǎn)，以及在準(zhǔn)備階段、下沉階段、封底階段的施工工藝和技術(shù)要點(diǎn)，以期為同類型泵房沉井施工提供參考。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

福州市某新建污水處理廠，設(shè)計(jì)規(guī)模為10萬(wàn)m3/d，出水執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。主要構(gòu)筑物包括粗格柵進(jìn)水泵房、細(xì)格柵及曝氣沉砂池、AAO生化池、二沉池、高效沉淀池、反硝化濾池、鼓風(fēng)機(jī)房、綜合樓等構(gòu)筑物，總占地面積約70畝，構(gòu)筑物之間布置較為緊湊。進(jìn)水泵房距離周邊的細(xì)格柵及曝氣沉砂池和AAO生化池分別為6.8m和8.5m，進(jìn)水泵房周邊平面布置圖如圖1所示。

圖1 進(jìn)水泵房及周邊構(gòu)筑物平面布置圖

進(jìn)水泵房采用沉井工藝（如圖2所示），沉井深度為18.4m，沉井尺寸為22.4m×12.2m，底板厚度0.6m，底板下設(shè)置C30素混凝土封底厚1450～1600mm，井壁厚度0.8m，頂板厚度0.2m。沉井內(nèi)設(shè)有底梁及隔墻。沉井內(nèi)設(shè)有9道3 層框架梁，下面兩層框架梁截面尺寸為600mm×1000mm、頂層框架梁截面尺寸為600mm×800mm。

1.2 地質(zhì)條件

根據(jù)沉井位置的地勘報(bào)告，擬建場(chǎng)地的地基巖土層從上至下依次為：①雜填土；②淤泥；③粉砂；④淤泥質(zhì)土。其中第②、④層土為軟弱土，厚度合計(jì)超過20m。沉井位置的地面標(biāo)高約6.60m，地下水位為5m。該點(diǎn)的土層分布情況見表1。

表1 土層分布情況表

1.3 施工特點(diǎn)

（1）該工程泵房沉井處于深厚淤泥質(zhì)土層的地質(zhì)條件下，軟弱土層合計(jì)超過20m，淤泥質(zhì)土層不僅地基承載力低，而且抗剪強(qiáng)度低，沉井在下沉的過程中易產(chǎn)生突沉、偏沉滑移等問題。

（2）因項(xiàng)目各構(gòu)筑物之間布置較為緊湊，進(jìn)水泵房沉井距離周邊的細(xì)格柵及曝氣沉砂池和AAO生化池較近，下沉過程可能會(huì)影響到周邊構(gòu)筑物的安全。

2 泵房沉井施工技術(shù)分析

2.1 施工方案與工藝流程

2.1.1 施工方案

沉井采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鑒于深厚淤泥質(zhì)土的地質(zhì)條件，地基承載力低，采用一次下沉沉井不僅存在沉井制作時(shí)高大模板在施工過程的安全風(fēng)險(xiǎn)，而且下沉前的地基處理成本高。故該工程沉井下沉分五節(jié)澆筑，兩次下沉的施工方案：

第1節(jié)：第1次澆筑高度為3.75m，刃腳+0.20m井壁；

第2節(jié)：第2次澆筑4.15m（一層框架梁頂+0.20m井壁）；

完成第1節(jié)、第2節(jié)澆筑后下沉到位后澆筑第三節(jié)；

第3節(jié)：第3次澆筑4.6m（二層框架梁頂+0.20m井壁）；

第4節(jié)：第4次澆筑4.5m（三層框架梁頂）；

第5節(jié)：第5次澆筑1.4m（后澆線至頂板）。

沉井下沉擬采用履帶式起重機(jī)抓斗進(jìn)行挖土以及采用不排水長(zhǎng)臂挖機(jī)進(jìn)行配合挖土，根據(jù)施工情況，配合采用水力機(jī)械吸泥下沉。不排水下沉可以有效避免因?yàn)榻邓两刀鴮?dǎo)致周邊建筑物不均勻下沉等問題發(fā)生[4]。

2.1.2 施工工藝流程

（4）沉井施工的工藝流程：施工準(zhǔn)備→測(cè)量定位→基坑開挖→墊層基礎(chǔ)→刃腳制作→沉井井壁第1節(jié)、第2節(jié)制作→沉井下沉→井內(nèi)排水→刃腳填砂處理、井內(nèi)平整及支架墊層澆筑→內(nèi)外腳手架搭設(shè)→沉井井壁第3節(jié)、第4節(jié)制作→內(nèi)外腳手架搭設(shè)拆除→沉井下沉→素混凝土水下封底→底板施工→胸墻、隔板施工→第5節(jié)及頂板澆筑。

2.2 施工準(zhǔn)備階段技術(shù)要點(diǎn)

因場(chǎng)地構(gòu)筑物布置緊湊，泵房沉井距離細(xì)格柵、鼓風(fēng)機(jī)房較近。為了減少沉井施工期間對(duì)周邊構(gòu)筑的影響，施工應(yīng)先于其它臨近構(gòu)筑物（細(xì)格柵及曝氣沉砂池、生化池等單體），以避免對(duì)其它單體構(gòu)筑物產(chǎn)生影響。同時(shí)，在沉井施工前，四周1.5m的距離采用單排Ф600@400單軸水泥土攪拌樁+內(nèi)插鋼樁H488×300×11×18的方案對(duì)土體進(jìn)行加固隔離。高壓旋噴樁樁頂標(biāo)高5.5m，長(zhǎng)度約21.0m，進(jìn)入淤泥質(zhì)土不小于1.5m，水泥采用P·O42.5 水泥，水泥摻入比為20%，水灰比取0.50～0.6。水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1MPa；鋼樁樁頂標(biāo)高5.5m，樁長(zhǎng)18m，插一跳一布置。

因第1次下沉完成時(shí)沉井著落于軟弱土層上，因此在下沉的沉井刃腳、內(nèi)隔墻底下預(yù)打水泥攪拌樁確保沉井下沉過程中的穩(wěn)定性。加固隔離的水泥攪拌樁+鋼樁和改善下沉穩(wěn)定性的水泥攪拌樁布置如圖3所示。

圖3 水泥攪拌樁布置圖

接高時(shí)改善沉井下沉穩(wěn)定性的水泥攪拌樁施工時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）位置要準(zhǔn)確，樁位盡可能與井壁外邊線相切，以免沉井下沉?xí)r水泥土擠至井壁以外，失去改善支撐穩(wěn)定性的作用。

（2）水泥攪拌樁（刃腳底）樁頂標(biāo)高-0.900，長(zhǎng)度3.5m，樁頂標(biāo)高位于第1次下沉后刃腳底；水泥土攪拌樁（內(nèi)隔墻底）樁頂標(biāo)高-0.400，長(zhǎng)度3.5m，樁頂標(biāo)高位于第1次下沉后內(nèi)隔墻底。

（3）改善沉井下沉穩(wěn)定性的水泥攪拌樁水泥采用P·O42.5水泥，水泥摻入比為8%，宜適當(dāng)加入膨潤(rùn)土等外加劑，水灰比取0.50～0.6。水泥土攪拌樁無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.6MPa。

2.3 下沉階段施工技術(shù)要點(diǎn)

2.3.1 下沉過程施工技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件選擇鋪設(shè)混凝土墊層，刃腳混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后，才可以鑿除刃腳下混凝土墊層。沉井下沉前混凝土應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，下沉?xí)r應(yīng)嚴(yán)格控制取土速度，同時(shí)利用井內(nèi)回灌水的措施控制好井內(nèi)水位高度，保證井內(nèi)水位高于井外水位不少于1m，避免沉井內(nèi)外壓力差過大，防止土體涌入和突沉等情況，避免周邊土層沉降過大。井內(nèi)挖土須對(duì)稱均勻并注意加強(qiáng)觀測(cè)，如遇傾斜移位應(yīng)及時(shí)糾正，防止突沉。沉井分節(jié)下沉?xí)r，每節(jié)井壁上端的環(huán)向或水平向鋼筋需增設(shè)6根直徑25鋼筋。施工縫處混凝土應(yīng)振搗密實(shí)，澆搗下次混凝土前應(yīng)清理施工縫，將表面松散浮離部分鑿掉，用壓力水沖洗，并在結(jié)合處用純水泥漿涂刷兩遍，水膠比不大于0.50，然后在施工縫處加設(shè)鋼板止水片。

2.3.2 施工過程監(jiān)測(cè)

沉井施工監(jiān)控等級(jí)為Ⅱ級(jí)，施工監(jiān)控內(nèi)容為：地表沉降、刃腳踏面上土壓力變化、沉井下沉深度及井體偏斜量、地表水位觀測(cè)及井內(nèi)水位變化、沉井周圍2～3倍下沉深度范圍內(nèi)的建筑物的沉降和水平位移、井底隆起。

2.3.3 施工穩(wěn)定性驗(yàn)算

沉井下沉前應(yīng)進(jìn)行下沉系數(shù)及接高穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。沉井施工在第1 次下沉完成且終沉監(jiān)測(cè)穩(wěn)定后進(jìn)行第3節(jié)、第4節(jié)沉井的井壁接高制作，但接高過程容易因結(jié)構(gòu)自重增加而導(dǎo)致原本已經(jīng)穩(wěn)定的沉井發(fā)生突沉，特別是第1次下沉后，沉井坐落于軟弱土層上的情況。經(jīng)過水泥攪拌樁改善后土層應(yīng)保障沉井的接高穩(wěn)定性驗(yàn)算kc大于1.0。按照kc大于1.0反算處理后應(yīng)達(dá)到的極限承載力，按建筑地基處理規(guī)范，淤泥土qs=4～7kPa，取5kPa，樁間土發(fā)揮系數(shù)0.1～0.4，取0.2。通過驗(yàn)算，當(dāng)采用D=600mm的高壓旋噴樁，長(zhǎng)度為3.5m，間距為0.6m可以滿足達(dá)到接高穩(wěn)定性驗(yàn)算kc大于1.0測(cè)算的地基承載力的要求。

2.3.4 沉井的下沉控制

主要控制沉井下沉量及沉井中軸線的位移[5]。初始階段應(yīng)至少每2h測(cè)量一次。如有必要，應(yīng)進(jìn)行連續(xù)觀察以糾正偏差。下沉速度控制在50cm/d。終沉階段觀測(cè)頻次為1h。當(dāng)沉降量接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)觀察，只有在8h內(nèi)沉降量不超過10mm時(shí)，才能封底。沉井在下沉前2m以內(nèi)的速度應(yīng)較慢，并應(yīng)嚴(yán)格控制沉井刃腳的高度差，以形成穩(wěn)定的下沉軌跡。最終下沉的時(shí)間（即最后2m以內(nèi)）應(yīng)較慢，并且下沉應(yīng)在設(shè)計(jì)標(biāo)高之上約20cm處，停止挖掘，加強(qiáng)觀察并糾正任何偏差，以使沉井穩(wěn)定并達(dá)到設(shè)計(jì)位置。沉降下沉施工質(zhì)量，需符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)施工驗(yàn)收規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，刃腳平均標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高的偏差不超過10mm，沉井水平位移不超過下沉總深度的1%，沉井四角中任何二角的刃腳面高差不超過20mm。當(dāng)沉井沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，沉降趨于穩(wěn)定時(shí)，方可封底。沉井各階段制作及下沉情況示意圖見圖4。

圖4 沉井各階段制作及下沉情況

2.4 封底階段施工技術(shù)要點(diǎn)

當(dāng)沉井下沉到距離設(shè)計(jì)標(biāo)高0.1m時(shí)停止挖土，沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，經(jīng)過觀測(cè)8h下沉量不大于1cm，或沉降率在允許范圍內(nèi)，說明下沉已經(jīng)穩(wěn)定即可進(jìn)行封底[6]。

沉井采用不排水下沉，沉井下沉及封底施工期間，井外地下水降水至0.5m以下的標(biāo)高要求，地下水位可根據(jù)沉井下沉情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)下沉接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)保留適當(dāng)預(yù)沉量(50～100mm)，當(dāng)沉井趨于穩(wěn)定后，將井底泥清除干凈，新老混凝土接觸面用水沖刷干凈。封底采用C20水下混凝土素混凝土（厚1000～1500mm），所用材料采用提升導(dǎo)管法澆筑。在整個(gè)澆筑過程中，應(yīng)經(jīng)常不斷用測(cè)繩測(cè)量水下混凝土面上升情況，以及毛竹桿摸測(cè)擴(kuò)散半徑，同時(shí)通過導(dǎo)管上的刻度和測(cè)繩測(cè)得的水深，算出導(dǎo)管下口的標(biāo)高，掌握導(dǎo)管下口埋入混凝土的深度。為防止上浮力較大而破壞混凝土，可在水下設(shè)置引滲漏的濾鼓，待水下封底混凝土達(dá)到需要的強(qiáng)度后，從沉井中抽水，然后施工底板鋼筋混凝土。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在深厚淤泥質(zhì)土層中的沉井施工，下沉的過程中易偏沉滑移。為了防止影響周邊（建）構(gòu)筑物，施工應(yīng)先于其它臨近構(gòu)筑物。如周邊（建）構(gòu)筑物距離較近，建議在沉井周邊對(duì)土體進(jìn)行加固隔離。

在深厚淤泥質(zhì)土層中的沉井，若沉井深度較深，采用一次下沉沉井不僅存在沉井制作時(shí)高大模板在施工過程的安全風(fēng)險(xiǎn)，而且下沉前的地基處理成本高，建議采用分階段下沉的方式。同時(shí)，在第1階段下沉完成位置的刃腳下預(yù)打水泥攪拌樁形成聯(lián)排樁式的地下連續(xù)墻，對(duì)于沉井井壁形成具有一定強(qiáng)度的支撐，可改善沉井的接高穩(wěn)定性。