宁波江东南污水处理厂进水泵房沉井施工技术.pdf

安徽建筑 2 0 0 8 年第3 期( 总第1 6 0 期) 宁波江东南污水处理厂进水泵房沉井施工技术 op e n ca i s s o n con s t r u c t i o n o f t h e pu mp ho u s e i n ni n g b o so u t h e a s t se wa g e t r e a t me n t pl a n t 张继营 ( 中 铁 四 局 集 团 第 二 工 程 有 限 公 司， 江 苏 苏 州 2 1 5 1 0 0 ) 摘要： 介绍沉井下沉受力计算和沉井施工技术， 总结沉井在下沉过程中对周边建筑物的影响。 关键词： 沉井； 刃脚； 涌土； 干封底 中图分类号- t u 7 5 3 6 4 文献标识码： b 文章编号： 1 0 0 7 - 7 3 5 9 ( 2 0 0 8 ) 0 3 - 0 0 4 4 - 0 4 z h a n g j i y i n g r n l e s e c o n d e n g i n e e r i n g c o ， l t d o f c t c e g r o u p ， s u z h o u 2 1 5 1 0 0 ， c h i n a ) ab s t r a c t ： op e n c a i s s o n a n d s c s s c a l c u l a t i o n i n t h e c o n s t r u c t i o n a r c p r e s e n t e d ； i n fl ue n c e s o f o pe n c a i s s o n c o n s tr u c t i o n o n t h e s u r r o u n d i n g b uil d i n g s a r e s u i n lt i a l z ed ke y wo r d s： o p e n c a i s s o n； c u t ti n g e d g e； s o il e x tr u s i o n； d r yb a c k fi l l 1 工程概况 宁波市江东南区污水处理厂位于宁波市三江片以南， 杭甬 高速南侧， 奉化江东侧 ， 占地面积约 2 1 h a 。本工程近期规模 1 6 万 m 3 d ， 远期扩建为 4 0 万 m 3 d ， 污水厂进厂总管为 d p 2 2 0 0 ， 污 水经生物处理后排放奉化江。 进水泵房采用钢筋混凝土沉井结 构 ， 建筑平面尺寸为 2 4 7 m1 4 2 m， 高度 1 6 0 5 m， 沉井刃脚标 高 一 1 2 5 5 m， 下沉深度约 1 5 3 5 m， 井壁厚度 0 7 0 m1 0 0 m。 2 水文地质情况、 气候条件 2 1 地形地 貌 该工程位于宁波市江东南区嵩江西路西端， 北靠杭甬高速 公路， 西邻奉化江。地貌属滨海相沉积平原。 2 2 地层地质情况( 见表 1 ) 2 3 气象水文特征 2 3 1 工程所在地气温情况 年平均气温： 1 6 9 ；极端最高气温： 3 8 7 ；极端最低气 温 ： 一 8 8 。 2 3 2 工程所在地降水情况 年平均降水量： 1 3 7 4 7 m m； 年平均蒸发量 ： 1 3 2 0 1 m m； 年平均无霜期： 2 2 8 d 。 收稿 日期 ： 2 0 0 8 0 4 1 0 作者简介： 张继营( 1 9 7 7 - ) ， 男， 河南长葛人， 毕业于中南大学， 助理工程 师。 通过 土层表 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 。 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 ： 一 1 2 、 5 5 m一 3 6 0 m， 高 8 9 5 m ； 第二节标高 ： 一 3 , 6 0 m + 0 6 0 m， 高 4 2 0 m； 第三节标高 ： + 0 6 0 m + 3 5 0 m， 高 2 9 0 m 。 两次下沉： 第一节预制完毕， 混凝土强度达到设计要求 7 o u 1 可下沉， 下沉至标高 一 8 0 3 m、 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 一 1 2 5 5 0 m， 做封底混凝土后， 浇注第三节沉井。 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 一 8 0 3 m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。 沉井挖土采用人工挖土下沉， 摇头扒杆出土。 - f 沉剖面图 维普资讯 第1 5 卷第3 期 张继营宁波江东南污水处理厂进水泵房沉井施工技术 4 5 ， 1 j i ， 、 4工艺流程图 第三次制 雎标高 3 5 一 1 素填土 _第三 ! 一 1 粘 土 一 ； 直 一 “ z - l l rl w 一 淤泥质粘土 一 淤泥质粘土 6 一 淤泥 一 淤泥质粉质粘土 一 粉质粘土 一1 2 5 5 平整场地、 测量定位 中 铺设砂垫层 、 垫木 i ： ： ? = _ - 钢筋绑扎、 立模 j 一 t f i 一 l l 第 一节 沉井 浇注混 凝土、 养圳 i 开挖土方、 沉井下沉 i 沉井接高基础处理 i 二节沉井浇注混凝土、 养捌 j 测 量 、 记 录、 纠 偏 h第二 节 沉 井 开 挖 石 方、 沉 井 下 沉 蜜 5 沉井结构下沉受力计算 沉井下沉时， 必须克服井壁与土间的摩阻力和底层对刃脚 的反力。 其比值称为下沉系数 k 。 井壁与土间的摩阻力在 深 时达到最大值， 以下时 ， 保持常值。 式中： k 一下沉安全系数， 一般应大于 1 沉井 自重及附加荷重( k n) 产_ i 冗 井与土间的摩阻力 ) ( 届) _ 沉井井壁与土接触面积 ) 壁与土的摩阻系数 1坳 2 + + ) ， ( 1 + ， + 3 + 式 中 _ 咯 层 土与井壁 的摩 阻系数 。 、 、 n 各层土的厚度( m) ( 1 + 1 ( ) = = s = ( 一) = 1 1 = q 1 = 3 8 8 1 接高第二节后的下沉系数： ( 1 + 1 + 4 ( ) = ( 1 2 7 5 2 5 ) = 1 。、 均大于 1 1 5 ， 故能下沉。 6 沉井施工过程 6 沉井制作 6 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( 作支撑垫木。 n： g 式中： g 一第一节沉井单位长度的重力( a 每根垫木与地基或砂垫层接触 的底面积 ( m ) ； =0 一 砂垫层的承载力特征值( 1 8 0 k n ， i i l 2 ) = 2 根 间距： 取值 ： 沉井刃脚需铺设垫木数量： 根 地基上铺设砂垫层 ， 可减少垫木数量 ， 将沉井的重量扩散 到更大的面积上， 避免制作中发生不均匀沉降， 同时易于找平， 便于铺设垫木和抽除。 式中： c 沉井单位长度的重力( 7 3 k n ， m) 一 地基的承载力特征值( 卜一 垫木长度( 2 一 砂垫层的压力扩散角( 。) ， 不大于4 5 。 ： ( 一 ) ， ( 。 ) = ， 取 。 = 。取 在施工平台顶面沿沉井刃脚铺设砂垫层作为调平层及受 力加强层， 砂垫层厚度为 ， 砂垫层用砂为中砂 ， 含泥量小 于 3 ，砂垫层采用平板振动器振捣并洒水 ，控制干密度 地基整平后， 铺设垫木， 使顶面保持在统一水平面上， 维普资讯 施 工技术研究与应用 2 0 0 8 年6 月 用水准仪控制其标高差在 l o m m以内，并在其孔隙中垫砂夯 实， 垫木埋深为其厚度一半。 铺垫完成后， 在垫木上面测量放出 精确的轴线和沉井刃脚轮廓线。 在轮廓线外适当位置放出检查 点， 便于控制和检查沉井位置。 6 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。 6 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 3 0 c i n， 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 2 h内浇筑完毕。 6 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 7 0 后浇筑 ，接缝处经凿毛及冲洗处理， 并浇 l o c m厚减半石子混凝土。 第一节沉井预制高度 8 9 m， 实际下沉 1 1 o m， 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 1 5 ， 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 9 7 ， 满足施工 时的稳定要求 。 6 2 沉井下沉 6 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。 6 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 7 0 ， 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。 6 2 2 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 。 6 2 2 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， 先拆内横粱下的， 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 。 6 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 3 0 c m d 。 沉井处于淤泥质及淤泥土层取土时 ，下称系数远大于 1 1 5 ， 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 4 m 一 1 5 m。 必要时利用 沉井井格底梁与沉井刃脚一起挤压土下沉。 沉井处于粉质粘土层时，采用台阶形挖土 白重破土方式。 从中间开始向四周逐渐开挖， 并始终均衡对称地进行。相邻格 仓面高差不应超过 0 5 m。刃脚处留 1 2 m 1 5 m宽土垅， 用人工 逐层全面、 对称、 均匀地削薄土层， 每人负责 2 m 3 m一段， 方法 是顺序分层逐渐往刃脚方向削薄土层， 每次削 5 c m一 1 5 c m， 当土 垅挡不住刃脚的挤压而破裂时，沉井便在 自重作用下破土下 沉， 削土时应沿刃脚方向全面、 均匀、 对称地进行 ， 使均匀平衡 下沉 ， 刃脚土方开挖方法如下图所示。 刃脚土方开挖次序 沉井下沉中， 如遇到砂砾石或硬土层， 当土垅削至刃脚 ， 沉 井仍不下沉或下沉不平稳 ， 则按平面布置分段的次序， 逐段对 称地将刃脚下掏空， 并挖出刃脚外壁 1 0 c m， 每段挖完后用碎石 填满夯实， 待全部掏空回填后 ， 再分层挖掉回填的碎石 ， 可使沉 井因均匀地减少承压面而平衡下沉。 在沉井开始下沉和将沉至设计标高时， 周边开挖深度小于 l o c m， 避免发生倾斜， 尤其在开始下沉 5 r n以内时， 其平面位置 与垂直度要特别注意保持正确， 否则继续下沉不易调整， 在离 设计深度 2 0 c m左右停止取土 ， 依靠白重下沉至设计标高。 井壁孔洞处理 ：为避免沉井下沉时地下水和泥土涌人， 也 为避免沉井各处重量不均 ， 使重心偏移， 易造成沉井下沉时倾 斜， 沉井制作时在洞 口预埋钢框、 螺栓 ， 用钢板方木封闭， 在空 洞中填与空洞相等重量的砂石或铁块配重。 沉井封底后拆除封 闭钢板、 挡木。 6 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 5 0 m m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 ( 下转第 5 2页) 维普资讯 5 2 唐迎春等浅谈高速公路半刚性基层单幅、 大厚度一次性摊铺施工技术 第1 5 卷第3 期 洞等常见病害的产生。对于提高公路路面质量， 延长公路寿命 有很大的帮助。 基层单幅、 大厚度一次性摊铺在机械人工、 组织施工、 养 生期等方面较分层铺筑 ， 每 1 0 k in可缩短工期 1 0 d以上 ， 为项 目施工大大节约了成本。 参考文献 1 孙立军 沥青路面早期损坏的新类型和机理研究 j 】 中国公路， 2 0 0 5 ( r3 ) 2 t j t 0 3 4 -2 0 0 0 ， 公路路面基层施工技术规范【 s 】 北京： 人民交通出 版社 ， 2 0 0 0 3 j t g f 4 0 0 - - 2 0 0 4 ， 公路沥青路面施工技术规范【 s 】 北京 ： 人民交通 出版社 ， 2 0 0 4 4 姚怀新， 等 高等级公路摊铺工艺与摊铺机技术发展方向讨论叨 建设机械技术与管理， 2 0 0 5 ( 8 ) 5 费建国， 等公路工程机械化施工【 m 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 1 6 于本信怎样修好沥青混凝土路面【 m 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 5 ( 上接 第 4 6页) 许范围以内。沉井在下沉过程中， 最大沉降差均控制在 2 5 0 mm 以内。当沉至离设计标高 2 m时 ， 对下沉与挖土情况应加强观 测， 以防超沉。 6 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 。 表 2 序号 产生原因 预防措施 l 沉 井刃脚下土层软硬不均 随时掌 握地层情况 多挖土层 较硬地段 ， 对土质较软地段少挖 或适 当回填和支垫 2 ! 对 称 的 抽 出 垫 木 或 未 及 时 回 填严 格 遵 守 抽 垫 操 作 细 则 及 时 回 填 夯 实 夯 实 s一 一过大 钧 4 刃脚下掏空过多 沉井 突然下沉 严格控制刃脚下除土量 5 刃脚下一角( 侧) 被障碍物搁住没及及时处理障碍物， 未被搁住地段 适当回 时发觉或处理 填或支垫 6 过多 偏土压对 沉 井的水弃 土应 及时清运 平推移 在软塑至流动状态的淤泥土中 沉踏面宽度适当加宽， 以免其下沉过快而失 7 井易于倾 斜 去控制 ( 由设计控 制 ) 7终沉控制 当沉井刃脚踏面下沉至离设计标高还剩 l r i l 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。 8沉井封底 沉井下沉到位后， 观测沉井在 8 h内累计沉降量小于 1 0 m m 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。 为确保混凝土封底的封底的质量 ， 将新老混凝土接触面冲 刷干净或打毛， 对井底进行修整使之成锅底形 ， 由刃脚向中心 挖放射形排水沟 ， 填以卵石作成滤水暗沟 ， 在中部设 3 个集水 井， 深 1 m， 井间用盲沟相互连通 ， 插入 6 0 0 8 0 0 m m四周带孔 眼的钢管， 外包二层尼龙纱窗， 四周填以卵石， 使井底的水流汇 集在井中，用潜水泵排出，保持地下水位低于基底面 o 5 m以 下。集水井用于当封底混凝土未达到设计强度时连续抽水 ， 待 封底达到强度要求后将其封死。 封底前铺一层 3 0 0 m m厚碎石或卵石层 ，在刃脚下切实填 严 ， 以保证沉井的最后稳定。 混凝土采用 自 然养护， 养护期间应继续抽水。待底板混凝 土强度达到 7 0 并经抗浮验算后，对集水井逐个停止抽水 ， 逐 个封堵。封堵方法是将滤水井中水抽干 ， 在套管内迅速用高硬 性的高强度混凝土进行封堵并捣实 ， 然后上法兰盘用螺栓