循环水泵房地下结构沉井整体下沉施工技术.doc

循环水泵房地下结构沉井整体下沉施工技术 摘要：本文介绍了循环水泵房地下结构部分在埋深大、工期紧、工程地质水文情况复杂的条件下，采用三次制作、整体下沉，一次接高的沉井施工方法，确保了循环水泵房地下结构施工的质量和进度，旨在为同类工程的施工提供参考。关键词：循环水泵房 沉井 施工 1工程概况和施工难点某电厂“上大压小”扩建工程循环水系统建（构）筑物循环水泵房位于长江下游南岸漫滩上，地貌单元简单,场地浅部地层工程特性较差，场地内地下水位埋深浅，主要以空隙潜水类型为主，具有轻微在压性，受长江水位变化、大气降水、地表水及季节的影响较大。循环水泵房地下结构部分为现浇钢筋混凝土箱形结构，平面形状为矩形，循环水泵房平面净空尺寸为36.3m27.4m，底板绝对标高为-10.50m，进水间顶板绝对标高为11.50m，水泵间顶板绝对标高为8.30m。进水间净深22米（不包括底板和刃脚尺寸），水泵间净深18.8米（不包括底板和刃脚尺寸），底板厚2.0m，侧壁厚1.8m，墩墙厚1.8m，隔墙厚1.20m，顶板厚0.20m。整个沉井形状规则，沉井尺寸和深度LBH=31.00m39.90m23.80m，沉井刃脚底至设计地面高度为23.50m。混凝土材料采用强度等级为C25，抗渗标号为S6。为防止沉井过程中扰动土体造成渗流通道从而导致管涌，危及大堤和泵房的安全，是本项目的难点，故沉井的防渗要求相当高。 2 沉井施工方案和流程沉井是用于深基础和地下构筑物施工的一种工艺技术，其原理是：在地面上或地坑内，先制作开口的钢筋混凝土筒身，待筒身混凝土达到一定强度后，在井内挖土使土体逐渐降低，沉井筒身依靠自重克服其与土壁之间的摩阻力，不断下沉直至设计标高，然后经就位校正后再进行封底处理。根据本工程的特点和设计的具体要求，沉井的主要施工方法采用深井排水下沉和干封底的施工方法，该方法可以在干燥的条件施工，挖土方便，容易控制均衡下沉，土层中的障碍物便于发现和清除，井筒下沉时一旦发生倾斜也容易纠正，而且封底的质量也可得到保证。同时根据涉水工程防洪评价报告的要求，循环水泵房周围区域要进行防渗处理，在在泵房外缘外25m处环泵房一周设一道600连续水泥土搅拌桩防渗墙，该防渗墙是确保沉井顺利下沉的重要条件。循泵房的施工主要包括沉井结构制作与井体下沉两部分,按照沉井高度，沉井分为三节制作，一次性整体下沉，一次接高。第一节为底梁和刃脚部分，从-15.5m到-9.5m，制作高度为6.0m；第二节从-9.5m到-2.6m，制作高度为6.9m；第三节从-2.6m到+5.5m，制作高度约8.1m，沉井制作总高度21m，三次制作结束后，确保最后一批浇筑的混凝土强度达到设计强度的70%以上进行沉井下沉，沉井下沉到位后即进行封底并浇筑混凝土底板，在底板混凝土养护达到强度后，进行顶管等其他工序的施工，最后浇筑上一节墙壁、顶面梁、板等结构，即第四节沉井接高，从5.5m到+11.5m，制作高度约6m。沉井施工流程图如下：基坑开挖工程测量定位、放线沉井刃脚砂垫层、砼垫层第一节沉井制作坑外深井降水防渗墙施工砼养护拆模第三节沉井制作安装预埋件安装预埋件沉井下沉井内挖土、排水沉井稳定观测沉井封底封底后质量检查顶管等其他工序施工沉井工程质量检验第二节沉井制作砼养护拆模安装预埋件沉井接高3 主要施工方法和技术措施3.1 沉井结构施工 3.1.1沉井砂垫层厚度计算沉井在制作前须先开挖基坑，铺筑砂垫层，以确保沉井在制作时的稳定。砂垫层厚度应根据沉井制作的重量和地基承载力通过计算确定。砂垫层采用分层铺筑水密实法施工，先假定砂垫层厚度hs=2.5m，进行验算：（1）第一节沉井制作时砂垫层和下卧层承载力验算：第一节制作高度6m时，砂垫层厚度需确保沉井在制作时砂垫层及下卧层满足承载力要求，以保证沉井制作时的安全;设计砂垫层厚度为2.5米。1）砂垫层承载力校核：=G/SG第一节沉井总自重 G=3900（t）S刃脚及底梁下砼垫层面积，刃脚下面积为215m2底梁下垫层面积取317m2（偏安全）计S=215+317=532m2=3900/532=7.33T/ m2=16t/ m2（砂垫层允许承载力）砂垫层安全2）下卧层承载校核下=G/L1(B1+2tgH)+L2(B2+2tgH) +r砂H下式中:G第一节沉井自重 G=3900tL1刃脚下素砼中心线周长 L1=120mL2底梁下素砼中心线长 L2=223mB1刃脚下素砼宽度 B1=2.4mB2底梁下素砼宽度 B2=1.4mtg砂垫层内磨擦角正切位，中粗砂取tg=0.6H砂垫层厚度，取2.5mr砂砂容重取1.80t/m3下 下卧层的允许承载力 下 =7.5t/m2下=3900/120(2.4+20.62.5)+223(1.4+20.62.5)+1.802.5=7.19t/m2下= 7.5t/m2 下卧层土安全（2）第三节沉井制作时砂垫层和下卧层承载力验算：沉井第三节制作结束，沉井总高度21米,沉井总重为16500t1）砂垫层承载力校核： 取砂垫层极限承载力40t/m2(极限承载力取允许承载力的2.5倍)=G/S =16500/532=31.02t/m240t/m2 安全2）下卧层承载力校核下=16500/120(2.4+20.62.5)+223(1.4+20.62.5)+1.802.5=15.93t/m2极=18.75t/m2 安全(极取允许承载力的2.5倍=2.57.5=18.75t/m2)（3）砼垫层厚度验算砼垫层宽度=1.40m,应力扩散系数=0.60，沉井每米自重约16t,pz=16(1.40+0.20.62.5)=9.412t/m2极=20t/m2 垫层厚度满足要求。3.1.2沉井砂垫层施工本工程沉井基坑开挖深度拟订为5.0m，以便清除表面素填土，使砂垫层可座落在原状土上，基坑按1：1放坡。沉井基坑底面设0.30.3m碎石盲沟，泵房沉井区域设10个集水井。沉井制作阶段连续抽水保持砂垫层始终处于干燥态。砂垫层施工采用中粗砂、分段分层振实，厚度为2.0米，待垫层槽内水基本抽干后马上回填黄砂，每回填30cm厚黄砂振实一次，用平板振捣器拖振，振捣时要求重叠区域为1/3，并可适当洒水，使得砂层含水量达到20左右，密实度达到92左右。现场砂垫层密实度可用钎探法抽查，即用长196cm，16mm圆钢，在距砂面约50cm的垂直高度上自由下落，钢钎头部沉入砂面层深度7cm者为合格。砂垫层完成后，即进行隔墙下砂堤制作，砂堤顶宽1.4m，底宽1.8m，高0.8m,用编织袋灌砂，中间填砂仍采用分层水密法施工。砂垫层施工完后, 浇注素混凝土垫层。 素混凝土垫层宽度取井壁外20cm，砖胎模顶面宽20cm，则垫层总宽度为2.1米，素混凝土垫层厚20cm，垫层混凝土标号为C20。根据有关规范要求立模、振捣、养护，素混凝土地坪标高必须准确，由测量找平、复测，相对高差值不大于5mm。3.1.3沉井结构制作沉井结构垂直运输采用塔吊。沉井制作全部采用18厚双面覆膜竹胶板模板组装而成与48扣件式脚手管配套使用,模板使用前需涂脱模剂两道。第一次沉井制作的模板外侧支承在砼垫层上，内侧支承在砖胎模顶面，第二次和第三次沉井制作的模板自重均依靠老混凝土墙身上保留的M16拉条螺拴抗剪来支承上述荷载。沉井钢筋用塔吊垂直吊装就位，用人工绑扎，竖筋可一次绑好，水平筋分段绑扎，与前一节井壁连接处伸出的插筋采用搭接焊接连接方法，接头错开1/4，以保证钢筋位置和保护层正确。沉井在闸门、清污机、格栅等部位设有大量的预埋件，必须根据图纸设计要求认真安装，确保位置正确，表面平整。沉井砼采用汽车泵浇灌。砼浇筑时浇筑的自由高度不应大于2m，砼浇筑时应对称平衡进行，采用分层平铺法，分层厚度控制在50cm以内，振捣时防止漏振和过振现象，以确保砼的质量，具体见沉井结构制作示意图：附图1：32 沉井下沉循环水泵房下部结构沉井下沉前，应做好水泥土搅拌桩防渗墙和深井降水的施工，这是确保沉井结构一次能整体下沉得重要条件，本文不作赘述。3.2.1沉井终沉稳定初步验算（1）初沉时的下沉系数验算：沉井采用三次制作，一次下沉，总重约为16500t式中：K下沉系数G沉井自重 16500tW水的浮托力 下沉前W=0R1刃脚正投影面积砂垫层极限承载力=215m240t/m2=8600tR2砼垫层正投影面积砂垫层极限承载力=317m240t/m2=12680tF井壁磨擦阻力，沉井未下K沉时=0K=(16500-0)/(8600+12680)=0.774K=0.774小于1，表示沉井处于平衡状态，只要沉井掏空底梁下的砂堤，沉井就可以下沉。底梁下的砂堤采用人工挖除，挖除时遵循平面对称的原则。挖除时要加强沉降观测，防止突沉和不均匀沉降。（2）沉井下沉至砂垫层底时下沉系数验算：R1刃脚正投影面积下卧层土极限承载力=215m222.5t/m2=4838tR2底梁正投影面积砂层极限承载力（刃脚到砂垫层底时，底梁仍支撑在砂垫层上）=230m240t/m2=9200tF井壁磨擦阻力=151.42.05=1514t（沉井初沉时，井壁外侧砂垫层已扰动，摩阻力取5.0t/m2。）K=(16500-0)/(4838+9200+1514)=1.06沉井平稳下沉。（3）沉井刃脚入土，底梁接触土层时下沉系数验算。R1刃脚正投影面积下卧层土极限承载力=215m222.5t/m2=4838tR2底梁正投影面积下卧层土极限承载力=230m222.5t/m2=5175tF井壁磨擦阻力=151.43.08+151.41.53=4315t（沉井壁外侧回填1.0米砂经压实后，摩阻力取8.0t/m2。）K=(16500-0)/(4838+5175+4315)=1.15K略大于1.0,沉井平稳下沉。（4）终沉时的下沉系数验算：（沉井终沉于号土层，该土层容许承载力为13t/m2）式中：K下沉系数G沉井自重 16500tW水的浮托力 排水下沉W=0R1刃脚正投影面积刃脚下土的承载力=215m225t/m2=5375t R2底隔梁正投影面积底隔梁下土的承载力=230m225t/m2=5750tF井壁磨擦阻力=3151.421.5=9765t(侧壁平均摩阻力为3t/m2)K=(16500-0)/(5375+5750+9765)=0.79K=0.79说明沉井如干沉到底，沉井后期不沉。如要下沉，终沉前必需挖空部分底隔梁。因此,在沉井终沉阶段，要将底梁搁置在土体上缓慢就位，一旦达到设计标高，立即将底梁和刃脚垫实，沉井即可稳定。为了确保沉井下沉速度，沉井下沉时正常下沉系数，一般应大于1.3为好，在一般情况下，为便于控制最终标高和沉井封底，沉井的终沉时下沉系数宜稍大于1。根据计算，循泵房沉井下沉系数适中，但终沉时底梁必须全部搁在土面上，并且刃脚和隔梁下要留适当的涌土塞，防止超沉。3.2.2.初沉阶段（1）沉井下沉深度在03米范围内为初沉阶段。首先凿除井壁外圈的素混凝土垫层，然后再凿除内圈砖胎模及砼垫层。注意在凿除混凝土时应该对称施工，在凿除时原则上由周边向中心施工，凿除时由专人负责，测量要求在此期间加强观察，当沉井发生倾斜时，应及时调整凿除位置，尽可能使沉井平稳的切入土中。（2）素混凝土垫层凿除后，初沉阶段挖砂应从井内中部开始向四边均匀对称地扩展。砂垫层挖除后，改用水力机械破土，亦同上进行。开挖过程中在井外壁刃脚内侧保留1m宽的土堤，土堤高度一般为0.51.0m，随沉井进尺量增加而适当减少。3.2.3正常下沉阶段（1）在初沉阶段的末期，如沉井的各项技术指标良好，可增加沉井锅底深度，一般锅底深度控制在12m左右，并可加快挖土速度，减少土反力，从而降低下沉时的阻力，提高施工进度。（2）沉井下沉时，应对称挖土，均匀下沉，先掏挖中央部位的土体，再掏挖刃脚下土，井内土面高差不得大于1.0米。施工时应随时观测下沉情况，若发现倾斜，及时采取纠偏措施，严禁出现井内刃脚中部被局部搁置等现象。施工中作好沉井下沉的记录工作，画出下沉的速度图，为终沉施工提供可靠的数据依据。由于沉井自重大，土质状况较差，沉井下沉时须特别注意突沉和超沉。（3）沉井下沉时,必须保证自备发电机一直保持良好状态,沉井出现下沉速度过快或管涌时，应暂停下沉，密切观察，分析原因，特殊情况下采取回灌水、抛石压底、井外履土（砂）等非常措施；沉井纠偏时，在沉井刃脚高的一侧取土，在刃脚低的一侧，保留较宽较厚的土堤，或适当回填砂以及在在刃脚低的一侧沉井井壁外填土（砂），并进行夯实，以增加此侧的土压力；沉井扭转时，可在对角的两刃脚除土，借助于刃脚下不相等的土压力所形成的扭矩，使沉井在下沉过程中逐步纠正位置。（4）沉井纠偏时，在沉井刃脚高的一侧取土，在刃脚低的一侧，保留较宽较厚的土堤，或适当回填砂以及在刃脚低的一侧沉井井壁外填土（砂），并进行夯实，以增加此侧的土压力；沉井扭转时，可在对角的两刃脚除土，借助于刃脚下不相等的土压力所形成的扭矩，使沉井在下沉过程中逐步纠正位置。（5）沉井万一发生突沉时，严禁施工人员直接奔向井壁爬梯逃生，因为突沉时，沉井外围土方沿刃脚向井内翻卷，极易将施工人员和机械卷入土中，正确的方法是爬上井中间的隔梁，来不及时，跑向井格中央。3.2.4终沉阶段（1）终沉确定刃脚踏面为警示标高，暂定比设计高程抛高200mm，（实际抛高量也可根据终沉情况而定）。当沉井的进尺到最后2m时即进入终沉阶段。挖土锅底形状由“凹”面逐步过渡到“凸”形反锅底，并且适当放慢取土速度和数量，严格按照均匀对称的原则布置挖土范围，当沉井四周控制点高差大于20mm时，应及时纠偏，纠偏方法以调整各仓挖土深度为主，外刃脚土塞部分土体易涌进，不准冲挖。终沉阶段是沉井的关键时刻，故一定要加强观测，测量在最后阶段应每隔1小时，提供一份测量报告，严格控制沉井的下沉速率。（2）一旦沉井刃脚踏面标高达到设计要求的标高并上抛20cm后，应立即停止取土，用大石块抛填在刃脚下，测量密切注意观测，24小时内沉井下沉不大于10mm，即为刹车成功，沉井施工到位后，测量要求每隔46小时观测一次四方向高差。（3）沉井下沉完毕后允许偏差：刃脚底面平均标高偏差：+100mm水平位移不超过下沉总深度的1%任何两角刃脚底面高差：不大于该两角水平距离的0.5%、且不超过100mm。3.2.5沉井封底及底板施工（1）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，设置集水井，可用600800mm四周带孔眼的钢管或混凝土管，或钢筋笼外缠绕12号铁丝，间隙35cm，外包二层尼龙窗纱，四周填以卵石，使井底的水流汇集在井中用潜水泵排出。（2）封底一般铺一层200mm厚碎石层，再在其上浇捣混凝土封底，在刃脚上切实填严，振捣密实，以保证沉井的最后稳定。素混凝土强度达到要求后，在垫层上绑扎钢筋，两端伸入刃脚或凹槽内，浇灌上层底板混凝土。（3）封底混凝土与老混凝土接触面应凿毛并冲刷干净。底板浇筑应在整个沉井面积上分层，同时不间断地进行，由四周向中央推进，每层厚30cm，并用振捣器捣实。（4）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70%后，对集水井逐个停止抽水，逐个封堵。集水井的封堵方法：将滤水井中水抽干，在套管内迅速用干硬性的高强度混凝土进行堵塞并捣实，然后上法兰盘用螺栓拧紧或四周焊接封闭，上部用混凝土垫实捣平。3.2.6 沉井基底压密注浆(1)、根据地质报告，沉井刃脚均位于该土层地基承载力满足循泵站对地基土的承载力要求。故当采用水下封底时，不再进行地基处理。而当采用干封底时，为消除刃脚高度范围内扰动土体的不均匀沉降，需在沉井底板上预埋注浆管，待底板混凝土达设计强度后，对底板下约4m高的土体进行静压注浆。 (2)、压密注浆技术措施a.在沉井每格底板上各预埋6根D894钢管（均匀布置），管顶高出底板顶面约0.5m，管底应穿透混凝土垫层；b.在底板浇筑达设计强度、底板下降、排水设施停运前，进行静压注浆。c.水灰比0.6，注浆压力，初始为1Mpa，稳定后控制在0.2-0.3 Map。水泥为普硅32.5。施工参数可视实际情况调整。注浆采用水泥和水玻璃混合液注浆方法浆液配合比为：水泥：水：水玻璃=1：0.6：0.02d.注浆范围为沉井4m高度内土体，水泥用量为单位土体100kg/m3。e.注浆结束后，将管头切割到-9.20m标高，管口用钢板焊死，以便管口隐蔽在底板上找平层以内。 沉井下沉施工示意图3.2.7沉井排水下沉应急预案如施工时井内出现管涌、流砂或井外出现较大坍方时转换为不排水下沉。取土方式改为用3台空气吸泥机出土下沉，同时配备潜水员6名水下冲泥、吊车抓斗4台抓土。冲吸设备装置包括：进气管路、空气吸泥器，排泥管路、高压射水装置等，以及供水、供气、吸泥、起重等大量的配套设备，是沉井施工进程中投入设备最大的项目。空气吸泥器包括约500mm600mm的圆柱状空气箱、200mm吸泥管、50mm的高压射水管经过，在空气吸泥器上打设直径为5mm小眼孔，其中孔眼总截面积为进气管截面积的1.21.4倍。当空气吸泥装置工作时，压缩空气沿气管进和空气箱以后，通过内管壁上的一排排向上倾斜的小孔眼进入混合物，当送入的压缩空气足够充足，空气箱在水面以下又有相当的深度时，混合管内的混合物在管外水气压力的作用下，使顺着排泥管上升而排出井外。沉井下沉过程中应对称、均匀出土，严格控制锅底高差，防止相邻井格泥面高差过大引起土体窜流致使桩基位移。施工中为减少对周边土体的扰动，并且由于沉井后期不排水下沉时下沉系数较小，沉井下沉施工应结合空气幕减阻下沉。沉井周围土方出现坍塌时，表层一定范围土体采用较好粘土换填，换填土按堤防防渗要求回填。沉井到位后采取水下封底，导管底距井底土面3040cm，在导管顶部布置1.5m3左右的漏斗，以确保浇筑时的下料需要。在漏斗的颈部安放球塞，并用绳索或粗铁丝系牢。球塞安放时球塞中心应在水面以上，在球塞上部先铺一层稠水泥砂浆，使球塞润滑后，再浇砼。漏斗先盛满坍落度较大的砼，然后将球塞慢慢下放一段距离。浇筑时割断绳索或粗铁丝，