城市排水系统改造工程中的超大型沉井施工技术.pdf

第 3 l卷第 l 0期 v0 l _ 3l no 1 0 建筑施工 b u i l d i n g c 0 n s t r u c t i o n 城市排水 系统改造工程 中的 超大型沉井施工技术 cons t r uc t i on te c hnol ogy f or u l t r a l a r ge ope n ca i s s on i n re de v el opm e n t w or k o f ur ba n dr a i na ge sy s t e m 口 吴杏弟 ( 上海市第七建筑有限公司 2 0 0 0 5 0 ) 【 摘 要】 排水系统的出水口泵站地下结构采用沉井法施工，为确保邻近的防汛墙和民居的安全及被延误工期按期完成，介 绍大型沉井下沉方法及采取的安全技 术措施 ，取得 了确保工程质量、安 全顺利 、如期 完成任 务的良好效 果。 f 关键词】排水泵站 大型沉井 周边环境 工期 【 中圉分类号】 t u 9 9 2 ， 文献标识码 b 【 文章编号】 1 0 0 4 一 i o 0 1 2 0 0 9 ) 1 0 - 0 9 0 7 0 3 1 工程概况 随着上海市政建设的不断发展， 旧的肇嘉浜路泵站( 地 处肇嘉浜路瑞金南路 ) 已不堪重负， 整套的排水系统均远远 不能满足该地 区的排水需要。 肇嘉浜路排水系统改造项 目是 2 0 0 4年度上海市府重点实事工程 ，建成后将可大大缓解和 改善声湾区西侧、 静安区南端、 徐汇区东侧、 日晖港以北地区 的排水状况， 以减少积水现象的发生。改造建成后的新泵站 是整个排水系统的总出水口，其地下结构采用沉井法施工， 因此沉井施工是该标段的关键项目。 工程施工场地 自然地 面标 高为 4 2 0 0 m ， 沉 井面标高为 4 8 0 0 m ，井底板标高 - 9 5 0 0 m，沉井刃脚底标高 - 1 3 4 0 0 m ， 井体内径 2 9 m ， 上部外径 3 1 m ， 下部外径 3 1 2m ， 井体壁 厚达 1 0 1 1 m 。 底部设纵横 6条地梁。 工程沉井部位距东侧 日晖港防汛墙仅 2 8 m ，属一线堤 岸。 沉井部位与西侧距老式民居之间距离仅有 l 1 m ， 民居实 属危房 ， 且尚有不少居 民居住f 见 图 1 ) 。 图 1 工程地理位置平面示意图 位于地面下 1 1 5 m地下水属潜水类型 ，并随季节、 气 【 作者简介】 昊杏弟( 1 9 6 9 一 ) ， 男， 大专， 工程师， 副总工程师。 联系 地址： 上海市武夷1 5 0号( 2 0 0 0 5 0 ) 。 【 收稿日期】 2 0 0 9 - 0 9 1 2 候、 雨季等影响而变化 ； 地下水对混凝土无腐蚀性； 可以不考 虑浅部土层地震液化性 ：承压含水层 ，标高 一 3 8 3 0 0 一 3 9 6 5 0 m ， 对本工程基坑底部不会产生突涌现象。 2工程的难点、 特点 2 1 确保结构下沉前沉 井的稳定 沉井结构施工完后， 沉井结构自重达 5 6 0 0 t ， 下沉前要 减少因自重及不合理的施工工序所带来的不利影响( 沉降及 位移) ，特别是本工程沉井制作场地，由于地下障碍物的清 理， 挖深已达 3 m， 因此地基处理必须达到能承载沉井结构 自重( 5 6 0 0 t ) 的要 求。 2 2 选择合理 的下沉方法及控制对周边环境的影响 本 工程沉井东临 日晖港 ( 2 8 m) ， 根 据进 度计划 ， 沉井下 沉期间恰逢上海市防汛期， 日晖港防汛墙紧邻黄浦江， 属市 一 线堤岸，而日晖港与黄浦江之间无可控制水位的闸门， 沉 井下沉过程中必须要保证防汛墙的安全及正常使用。 工程西 面紧靠老式民居( 危房 ) ， 距离沉井仅为 l 1 m ， 该处老式民居 一 直有居民居住 ， 而沉井下沉深度达 1 7 m ， 对这些需要保护 的部位主要以可靠有效的防护措施和监测信息指导施工， 以 达到沉并施工不停、 周边建( 构 ) 筑物正常安全使用的目的。 2 3控制施工进度 以确保如期使用 由于多方原因， 直到 2 0 0 3 年 7月中旬才开始沉井施工， 而沉井施工又是本标段的关键项目， 实属重中之重。但根据 市重大办的要求 ， 2 0 0 4年汛期投入使用的计划不作调整， 因 此沉井施工与下沉不仅要满足自身工序的质量、安全要求， 还要尽可能地满足施工进度上的需要。 3沉井施工流程 第 1 0期 吴杏弟： 城市排水系统改造工程 中的超大型沉井施工技术 测量放线一施 工准备一基坑 开挖 、 盲沟集水井一 构筑砂 垫层一素混凝土垫层一砌筑砖胎膜一第一节模板钢筋安 装一浇筑第一节混凝土一第一节模板拆除一第二节模板钢 筋安装一浇筑第二节井壁混凝土一模板拆除一第三节模板 钢筋安装一 浇筑第三节井壁 混凝 土一模板拆 除一沉 井下沉 准备 ( 堤岸维护措施 、 井周 围隔水措施 、 深井降水措 施 、 沉 井 稳定措施 ) 一沉井下沉一 钢筋混凝土底板一 内部结构。 4 大型沉 井结构及 下沉施工技术 4 1 地基处理 本工程沉井结构高度达到 1 8 2 m ， 根据沉井施工部位的 地下障碍物清理情况， 基坑开挖深度将大于 3 m， 因此 ， 在沉 井结构施工过程中必须要提高地基承载力， 以确保沉井结构 自身的稳 定， 施工过程中采取如下措 施 ： ( 1 )在沉 井施工 范围 内“ 米 ” 字形 布置盲 沟 ， 周边 环形 贯通 ， 根据盲沟方向设 8口集水井 ， 集水井采 用钢筋 笼 ， 周边 密目网包裹作为过滤措施 ， 2 4 h抽水直到沉井开始下沉 ， 以 提高土体固结地基承载( 见图 2 ) 。 图 2 盲沟、 集水井平面 ( 2 )沉井 结构的 稳定 ， 砂垫 层施 工将 起到 关键 作 用 。 由于基坑开挖较深， 根据计算， 砂垫层厚度取 2 m， 分层虚铺 厚度 3 0 0 iii it i ， 平板振动器洒水压实， 每层进行环刀及贯入度 测试， 合格后摊铺下一层。 ( 3 )为扩大沉井刃脚的支承面积， 减轻对砂垫层的压 应力及立模的要求， 采用2 0 0 il l m厚 c 2 0混凝土结构作为刃 脚底模。 4 2沉井结构施工 4 2 1 沉 井模板施工 由于沉井结构高度较高、 混凝土量较大、 并且下部有 6 根纵横交错的 1 8 m3 m的地梁，因此沉井结构必须分节 制作。 根据沉井 自身结构与高度， 将沉井结构分成四次制作： 第 一次 制作 高度 为 4 6 0 m，从 标高 一1 3 4 0 0 m 一 8 8 0 0 m ，混凝土方量为 1 0 7 6 11 1 ：第二次 制作高 度为 5 6 0 m， 从标高 - 8 8 0 0 m一 3 2 0 0 1 1 1 ， 混凝土量为 5 4 6 m ； 第 三次制作高度为 6 5 0 m ， 从标高 - 3 2 0 0 m一3 3 0 0 m ， 混凝 土量为 6 1 2 m 3 ：第四次为根据设计要求预留的 1 5 o m高结 构， 须待沉井下沉封底结束后 ， 再进行施工。 沉井刃脚采用砖胎模制作， 考虑到今后拆除， 采用低标 号水泥， 并掺适量黄土； 为确保刃脚斜面平整， 用石灰和少量 水泥拌合物进行表面粉刷， 砖胎模制作时要求预留沉井井壁 模板对拉螺杆孔位。 沉井井壁为弧形、 地梁结构较为复杂， 凹 凸面较多， 且本工程质量目标为创上海市“ 市政金奖” ， 故井 壁及地梁模板均采用全新七夹板木模制作。 由于井壁厚度达 到 1 1 m ， 因此必须 对沉 井井壁的预 留洞位 置加强复核 ， 防止 沉井就位 后 由于预 留洞位置 不准对后续施 工带来不 必要 的 返工。 4 2 2 沉 井 钢 筋 施 工 由于沉井主要依靠结构自防水， 因此钢筋垫块必须满足 每平方米一块的要求， 防止露筋后被地下水腐蚀 ， 水泥垫块 采用 5 o 水泥砂浆制作， 以满足施工过程的强度要求。沉井 外部预留筋的保护措施 ： 对于外挑尺寸较大部位的结构预留 钢筋 ， 主要采用直螺纹预埋， 直螺纹采用泡沫及塑料护套保 护：对外桃尺寸较小部位的预留钢筋适当增加 l o 2 0 预 留量， 以弥补沉井下沉过程中受损的个别钢筋 ； 对于井内预 留钢筋，由于沉井下部在下沉过程中与土壤接触摩擦较大， 对部分墙或板的预留筋采用低标号混凝土包裹成椭圆或锥 形。 4 2 3 沉 井 混凝 土施 工 混凝土浇筑主要 以避免施工冷缝为原则 ，采 用分层、 分 皮浇筑。根据拌台位置及现场场地情况， 安排 2台汽车泵及 1 2台橄榄车用于商品混凝土的供应。考虑到施工时不可预 计情况的发生， 每皮混凝土方量约为 4 5 m 。 ， 2台泵车的混凝 土供应量按 6 0 m 计算， 完全满足要求。 由于井壁厚度偏大 ( 1 1 m) ，因此对 商品混凝土配合 比进 行优 化避免裂缝 的出 现 ： 使用相对水化热较低的水泥； 添加适当的缓凝剂使混凝 土发热的时间分散 ； 适当掺入粉煤灰， 减少水泥用量； 延长拆 模 时间。 4 3 沉井下沉准备工作 按设计要求，第一节井体混凝土强度必须达到 l o o 设 计强度， 第二节必须达到 7 0 设计强度才能下沉 ； 拆除内、 外 模板后采用 1 ： 2水泥砂浆修补螺栓洞， 安装井内、 外上下用 的钢扶梯。凿除砖胎模及素混凝土垫层， 凿除必须对称同步 进行 ， 凿除过 程中加强 测量观测 ， 力求 平稳为主 ， 速率为 辅。 在沉井四角设置沉降观测的测量标志， 并在井上安装照明设 施。 在沉并下沉前 2周， 对沉井内外进行预降水， 坑内地下水 位降至开挖面下 0 5 m， 确保坑内土体被动土压力， 以便于取 土 ； 根据地质资料所示1 为淤泥质饱和土， 且地下水位较高 的特点， 为保证基坑干开挖和干封底要求， 将地下水位降到 基坑底以下 1 2 m左右。 本工程采用深井降水方案， 井管规 格 2 7 3 m m ， 孔径 5 0 0 m m 。 考虑到深井降水的不确定因素 ， 在沉井下沉就位底板封底前， 在井内预留泄水孔。采用深井 降水后 ， 井外壁与土体之间摩阻力有所提高， 同时刃脚踏面 下土体通过降水固结后， 其承载力增加， 为绝对安全起见， 对 刃脚踏面下土体进行注浆加 固， 提 高踏面下地基承载力。 4 4沉井下沉施工 吴杏弟： 城市排水系统改造工程中的超大型沉井施工技术 第 1 0期 4 4 1 沉井下沉方案选择 沉井下沉的方法将直接关系到施工的顺利程度以及整 个工期， 在考虑 2 0 0 4年汛期投入使用的工期、 对周边环境影 响后选择下沉方案。 一采用不排水下沉， 二采用排水下沉， 三 采用排水与不排水结合下沉。 其中方案一采用空压机、 空气吸泥机、 高压射水装置， 以 及供水、 供气、 吸泥起重等大量的配套设备( 必要时需配备潜 水设备及操作人员) 在水下吸泥( 出土) ， 使沉井下沉。 优点是 沉井下沉稳定性好 ， 对地表及周边建筑物影响小 ； 缺点是工 艺较复杂， 进度慢 ， 费用较高。 方案二为采 用挖土机械 出土使沉井下沉 ； 或采 用人工 出 土使沉井下沉 ； 还 有采 用水泵 、 水力冲泥机、 水力吸泥机及相 应管道等一系列配套设备将土体冲刷转化为泥浆后排出， 使 沉井下沉。优点是工艺较简单， 进度快 ， 费用低 ： 缺点是沉井 下沉稳定性差， 对地表及周边建筑物影响大。 方案三为先采用水力机械出土使沉井下沉， 在终沉阶段 或发生突沉等意外情况时， 辅以人工灌水后再采用空气吸泥 机出土， 使沉井下沉。 优点是沉井下沉稳定性较好， 对周边地 表及周边建筑物影响较小 缺点是工艺复杂 ， 进度较慢 ， 费 用 高。 原设计图纸中指明采用不排水下沉法， 但经过我部谨慎 斟酌和策划， 通过对现场不利因素的分析， 诸如： 现场没有足 够的供水量、 缺乏应有的泥浆存储场地。 又从工期、 成本等各 方面考虑， 最终决定采用吊机配抓斗与人工相结合出土的排 水下沉法， 将空气吸泥的不排水下沉法作为应急预案( 未曾 实施 ) ， 又对沉井设计底标高下的土体进行注浆加固。 实践证 明使用排水下沉法施工达到了预期效果。 4 4 _ 2沉井分阶段下沉 ( 1 ) 初沉阶段 ： 在下沉的最初 4 0 m过程中， 不求速度 ， 只求平稳， 为后期下沉形成一条正确轨道。 ( 2 )中沉阶段 ： 在确保沉井偏差平稳的情况下， 加快下 沉速度。 ( 3 )终沉阶段 ： 在距设计底标高接近 2 0 m时， 放慢下 沉速度 ， 调整四角下沉速率， 最终使沉井刃脚平稳地座落到 设计标高上。 4 4 3 沉 井 出 土 下沉 沉井出土下沉采用 2台 5 0 t 履带式吊机配抓斗和人工 相结合 出土下沉 ， 2台 吊机对称布置 ， 均匀出土 ， 吊机抓不 到 的边角部位 ， 配合人工挖掘到锅底 中央 ， 由抓斗抓 出， 抓 出的 土方先堆放在远离沉井安全区 ， 到晚上运到甲方指定弃土处 ( 图 3 ) 。 出土过程中， 各井格锅底高差不能太大， 其高差控制在 5 0 c lt i 左右， 井格之间的开挖情况应根据偏差随时调整。 开始出土时由于井高及扒杆长度关系，先抓反锅底， 待 下沉 2 3 m时， 可形成正锅底 ， 刃脚旁要保留土堤， 让其自 由坍落。 由于下沉系数的计算没有考虑井点降水措施这一情况， 所以在下沉过程中不掏梁底下土体， 沉井亦能下沉， 在实际 下沉施工中， 根据下沉的快、 慢或停沉， 可以逐渐掏空梁底下 土体， 掏挖梁底下土体时， 要设土堤， 根据下沉情况逐步扩 大 ， 以防突沉。 图 3 沉 井 出 土 下沉 4 4 4 沉井在下沉过程 中沉降测量观测 ( 1 )沉井制作好后 ， 复核设在现场的后视水准点 ， 无误 后在沉井四角部位( 前视 ) 设置水准观测标尺， 并进行四点闭 合测量， 测量仪器应设在前、 后视通视之处 ， 并搭设简易棚 ， 以此为沉井下沉测量观测站。 (