大型泵房沉井施工技术

康卫国梁极陆 斌(上海浦东新区建设 (集团) 有限公司) (上海浦东建设工程管理有限公司) (上海盛地市政地基建设有限公司)摘要全面介绍张江集镇 1 # 、2 # (合建) 雨水泵站大型泵房沉井采用排水下沉的施工方法 ,由于施工方法合理 ,施工技术措施适当 ,各参数选择正确 、全面 ,终使大型沉井施工始终顺利进行 。关键词大型泵房沉井施工技术施工措施1概述1 . 1工程概况浦东新区张江集镇 1 # 、2 # ( 合建) 雨水泵站 ,包 括合建雨水泵站和雨水管道两部分 。其中 ,雨水泵 站位于高科路以南 、马家浜东侧 ,占地面积约 5 000 m2 ,泵站主要建设内容为 : 雨水泵站沉井 、出水箱涵 及护岸 、特殊转折井及污水提升泵房井 、进水箱涵管 和其它附属土建工程等 。泵房内设置 8 台轴流式潜 水泵 ,设计流量 29 . 0 m3 / s 。本工程设二根进水管 , 管径各为 3000 和 2700 , 管径 2700 的雨水管沿 高科路由东向西进入雨水泵站的转折井 , 3000 的 雨水管在 2 # 工作井会合后 ,穿过张江路 、马家浜进 入 1 # 工作井 ,再由 1 # 工作井经 3000 雨水管进入雨水泵站转折井 (见图 1) 。内隔墙 、KJ 竖向框架梁把沉井底部分隔成 24 格 ,水力机械分别从 24 格中根据沉井下沉高差姿态冲土 和出土 。1 . 2水文地质工程地质条件 沉井刃脚坐落在灰色淤泥质粘土层上 ,各土层的物理力学指标见表 1 。 为使沉井在排水下沉至设计标高时 ,抗隆起安全系数 Kf 1 . 3 ,在井底 ( - 9 . 35 - 11 . 35 m) 范围 满堂注浆加固 ,注浆后 ps 1 . 1 M Pa ,注浆后封底顺 利 ,封底后总沉降 7 . 7 cm 。2 泵房沉井的施工2 . 1 基坑制作与注浆(1) 为降低沉井下沉工作量 ,钢筋混凝土井体采 取下沉式制作 ,即在原地面 ( 4 . 1 m 标高) 降坡开挖 至 1 . 0 m 标高的基坑中用轻型井点降水疏干后再抽 槽填砂 。即在刃脚 、框架底梁下采用砂垫层和素混 凝土支垫加固 。(2) 沉井总高度 14 . 15 m ,采取 3 节制作一次下 沉方案 ,在沉井基坑底面 + 1 . 0 m 标高的地基上 ,对 刃脚踏面 ( - 9 . 35 m) 下 , 满堂予压注浆 , 注浆厚度2 . 0 m ,注浆平面范围为 40 . 10 m 35 . 6 m ( 大于沉 井外墙四周各 1 . 5 m) 。本工程注浆采用以水泥为 固化剂材料 ,注浆率 18 % ( 注浆体积) , 注浆后淤泥 质粘土层的 ps 1 . 1 M Pa ,作为沉井底板软土地基 加固和防渗用 。(3) 基坑取 10 . 75 放坡 ,基坑外围留有排水明沟 、轻型井点 、井壁脚手架等空域 。图 1 张江集镇 1 # 、2 # (合建) 雨水泵站平面布置图泵房沉井主体结构平面尺寸为 37 . 1 m 32 . 5 m ,泵房顶高程 4 . 80 m ,沉井刃脚高程 - 9 . 35 m ,总高度 14 . 15 m 。泵房沉井外周采用轻型井点降水 、2 . 2砂垫层制作及计算(1) 砂垫层制作砂垫层的制作厚度 ,根据沉井刃脚踏面荷载 、竖向框架踏面荷载 ,内隔墙底梁踏面荷载的大小 ,设计0 . 08(1) 素混凝土在砂垫层上的净反力: = N / a了二种砂垫层厚度 : 外井壁刃脚踏面下砂垫层截面为 b h = 3 . 8 m 1 . 2 m ; 竖向框架及内隔墙底梁 踏面下砂垫层截面为 2 . 2 m 0 . 5 m ,砂垫层在基坑 底根据框架梁的位置 ,抽槽填砂施工 。黄砂回填必 须分层填筑分层夯实 ,每层厚 30 cm ,用水域法加平 板振动机夯实 。扦测方法可用一根 16 光圆钢筋 , 长 1 . 95 m ,离夯实后的黄砂面 0 . 5 m ,自由下落 ,钢 筋插入砂层内 7 cm ,则认为达到密实度要求 。(2) 砂垫层厚度 ( h) 计算( 2)式中 :沉 井 制 作 重 量 在 支 垫 上 的 净 反 力 ( kN/m2 ) ;a = b 混凝土支垫设计宽度 (取 1 . 80 m) 。 代入上式得 := 279/ 1 . 80 = 155 ( kN/ m) (假定反力均布)(2) 混凝土支垫剪力 Q :Q = 1/ 2 ( a - az )式中 : az 沉井刃脚踏面宽度 , az = 0 . 40 m 。 代入上式得 :Q = 1/ 2 155 ( kN/ m) (1 . 80 m - 0 . 40 m)= 108 . 5 kN(3) 按剪力计算混凝土支垫的厚度 :h1 = Q / ( 0 . 7 f t c)式中 :( 3)h = ( N / P - b) / ( 2 t g )式中 : h 砂垫层厚度 ( m)( 1)N 沉井在素混凝土垫层上的荷载设计值 ,经计算为 279 kN/ m2 ;b 砂垫层宽度 ( m) , b = 1 . 80 m (刃脚下) ; 砂的压力扩散角 , = 35;P 扣除砂垫层重量后下卧土层的承载力设计 值 。代入上式得 :( 4)h1 按受剪状态时 ,混凝土支垫的设计厚度 ;Q 剪力设计值 ;f t 混凝土抗拉强度设计值 , f t = 1 . 1 N/ mm2 ;c 矩形截面设计长度 , 取 单 位 长 度 c = 1 000 mm 。代入上式得 :h1 = 108500/ ( 0 . 7 1 . 1 1000) = 141 ( mm) (4) 按弯矩计算混凝土垫层厚度 ( h2 ) : 素混凝土支垫层 ,在荷载作用下的弯矩 M ( M的计算点取在刃脚踏面中心) :h = (279/ 80 -1 . 80) / 2 t g35= 1 . 20 ( m) ( 刃脚下实取槽中填砂 1 . 20 m)(3) 砂垫层底宽度 ( b) 计算 :b = b + 2 ht g = 1 . 80 + 2 1 . 2t g35= 3 . 48 ( m) (施工中实取开槽宽 3 . 8 m)2 . 3 刃脚下素混凝土支垫的设计本泵房沉井 , 全高分 3 节制作 , 总 制 作 高 度 以13 . 75 m 的浇筑重量为计算单元 。设混凝土支垫层 承受沉井刃脚以上的自重和附加施工荷载 N ,此荷 载再传递给黄砂垫层 ,再扩散到天然地基 , a = 素混 凝土支垫宽度 ,根据沉井刃脚立模及地基承载力情 况 ,取 a = 1 . 80 m ,沿素混凝土支垫层以单位长度 1m 计 ,如设定后 :M = 1/ 2 ( a / 2) 2 -= 1/ 8a2 - 1/ 8( a= 1/ 8a ( a - az )= 48825 ( N m)1/ 2 (a/ az ) ( az / 2) 2 az )( 5)/ m/ m/ M Pak Pa() - 1/ k Pa/ k Pa1填土0 . 64 . 93 . 730 . 05松散2淤泥0 . 62 . 31 . 74灰黄色粉 质粘土0 . 92 . 12 . 130 . 78可塑1 . 1122 . 1/14 . 810590灰色淤泥质 粉质粘土1 . 66 . 9- 0 . 69- 5 . 14流塑0 . 5617/ 2080651灰色粘质 粉土1 . 52 . 4- 2 . 82- 4 . 19松散1 . 475 . 9/24 . 510080灰色淤泥质 粘土13 . 514 . 0- 16 . 82- 17 . 93流塑0 . 5511/11 . 77560200/ ( T + 15) 计算 ;V 混凝土浇筑速度 ( 本工程采用商品砼预估V = 0 . 6 m/ h) ;T 混凝土浇筑温度 (本例取 15 ) ;H 混凝 土 浇 筑 高 度 ( 本 工 程 最 大 浇 筑 高 度Hmax = 4 . 8 m ,历时 8 h) ;1 当商品 混 凝 土 掺 加 缓 凝 作 用 的 外 加 剂 取1 = 1 . 2 ;2 商品混凝土浇筑坍落度 12 2 cm 时 ,2 =1 . 15 。代入上式后得 :混凝土对模板的侧压力 FF = 0 . 22 25 200/ ( 15 + 15) 1 . 2实际工程中 ,考虑到支垫层为临时支承措施及反力有集中现象等多种因素 ,取 ( h1 + h2 ) / 2 = ( 141+ 516) / 2 = 300 ( mm) , 竖 向 框 架 底 梁 、内 隔 墙 底 梁 支垫混凝土厚度取 10 cm ,使用结果 ,支垫混凝土在 沉井开始下沉 ,凿除支垫素混凝土前 ,未开裂 。2 . 4钢筋混凝土沉井井体制作 为减少沉井下沉工作量 ,预制沉井 ,在标高 1 . 0m 的基坑中 ,分 3 节制作 ,一次下沉到设计标高 。第 一节 (包括刃脚) 制作高度 4 . 65 m ,第二节制作高度4 . 80 m ,第三节制作高度 4 . 30 m ,总预制高度 13 . 75 m 。以此 , 为 一 次 下 沉 高 度 。泵 房 的 内 部 结 构 、导 墙 、平台 、填充物等均待沉井下沉封底后 ,再制作施 工 。(1) 第一节 (包括刃脚) :在已浇筑的素混凝土支 垫层上 ,搭设脚手架 绑扎钢筋 支立内外模板 浇筑商品混凝土 (留凹形施工缝) ,混凝土养护 ;(2) 第二节 : 接高脚手架 接高 、绑扎钢筋 支 立内外模板 (包括预留孔 、洞 、预埋件 、安装橡胶止水 带等) 浇筑商品混凝土 (留凹型施工缝) ,混凝土养 护 ;(3) 第三节 :接高 、搭脚手架 接高 、绑扎钢筋至 设计高度 浇筑商品混凝土 混凝土养护 。拆模后 ,修补模板螺丝孔 ,砌筑封堵井壁洞口 ,待沉井混凝土达设计强度后准备开始下沉 。2 . 5 预制沉井钢筋绑扎工程本工程钢筋规格多 、数量大 ,进场的钢筋必须符 合施工设计图要求 ,并按批量进行质检试验 ,试验值 达到国家规定的质量标准 。钢筋的成型加工与绑扎 均在现场直接制配 ,整个预制沉井的竖向钢筋分 3 次 2 个接头 。接头用电渣压力焊焊接 ,其焊接点相 互错开 ,同一截面上的钢筋焊接接头数不得超过总 根数的 50 % ;节间的横向水平钢筋均采用闪光对焊 焊接成 18 m 统长 ,再采用大于 40 d 的绑扎接头 ,接 头区段内受力钢筋搭接接头数允许 25 % 。2 . 6 预制沉井模板支立工程商品混凝土浇筑时 ,对模板侧压力 F 的计算 :0 . 6 = 39 . 2 ( kN/ m2 )1 . 15= 25 4 . 8 = 120 ( kN/ m2 )Fmax= 39 . 2/ 120 = 32 . 6 %F/Fmax本工程模板 , 采用 14 对拉止水螺 杆 , 净 截 面105 mm2 ,容许拉力 17 800 N 。根据使用 9 层胶合 板模数尺寸 ,对拉螺杆布置设定为 0 . 61 m 0 . 61 m 间距 ,受荷面积 0 . 61 0 . 61 = 0 . 3721 ( m2 ) ,受荷压 力为 39 . 2 0 . 3721 = 14 . 58 kN 。按该压力面积内 作用 1 个 14 . 58 kN ( 满足混凝土最大侧压力要 求) 。预制沉井模板高度较大 ,采用 5 . 0 cm 钢管 ,以 纵向和横向围檩固定模板 ,还考虑了模板的侧向整 体稳定性 。因此还必须用钢管设置竖向剪刀撑和斜 撑 ,稳固模板支撑体系 。2 . 7预制沉井混凝土浇筑工程 本沉井采用商品混凝土浇筑 ,混凝土标号 C25 ,抗渗 S6 ,水泥用量 300320 kg/ m3 ,水灰比 0 . 5 以下 ,泵送坍落度控制在 12 2 cm 以内 ,并掺加低碱 H EA 抗裂型微膨胀剂 ,虽在大热天浇筑施工 ,拆模 后未见细小裂缝 。每分层沉井混凝土采用斜面分层 法浇筑 ,一次连续浇筑完成 ,分层搭接间隔时间不超 过 2 h 。2 . 8 泵房沉井下沉(1) 下沉前的准备工作 当最后一节制作的沉井混凝土强度达到 70 %以上时 ,沉井可以开始起沉 ,下沉前应完成如下准备工作 :F = 0 . 22c to 12 V 1/ 2( 6)式中 : F 新浇筑混凝土的侧压力 ( kN/ m2 ) ,当商品混凝土处于流体状态时 ;= c H , 一般 F 1 . 25可见沉井在保留刃脚踏面 、底梁踏面不受扰动 的情况下沉井下 沉 顺 利 , 速 率 过 快 , 应 时 刻 注 意 纠偏 。下沉稳定系数 K 计算 ,沉井下沉至设计标高0 ,后 ,下沉系数 应 满 足 K =G/ T + R 1 , 利 用 以0f上数值代入后 , K0 = G/ T f +R = 1 . 12 。可见沉井快沉至设计标高 ,即使考虑了刃脚 、底梁斜面反力的稳定系数仍过大 ,沉井尚有较大的下沉趋势 ,难于进 行封底 。应采取 24 仓中预留部分仓中土体不挖 ,使井内土壁产生摩阻力 ,达到减小稳定系数 K,解决0沉井的稳定 。为此在最后 ,沉井长方向边缘的 8 个仓格保留不出土 , 内井壁的接触高度 , 保持 5 m 左 右 ,接触面 长 度 152 . 8 m , 这 时 可 增 加 内 摩 阻 力 为152 . 8 12 5 = 9 168 ( kN)K代入上式得0 = 68710/ 70605 = 0 . 973 1这样处理后 ,分仓封底前沉井达到了自沉速率 10 mm/ 8 h (满足 D GJ 08 - 236 - 1999 规程要求) , 从而保证了沉井封底质量 。钢筋混凝土底板制作顺 利 ,沉 井 从 200428220 18 : 00 时 开 始 封 底 至 0822210 :16 时仓封底结束 ,历经 40 个小时 , 沉井共自沉71 mm ,再继续挖两侧 8 个仓的土至设计标高 ,沉井图 2 泵房沉井代入上式后 ,得 : Fs = 0 . 94 ( 考虑 20 kN/ m2 超2 . 9 泵房沉井封底封底采用商品混凝土泵车浇筑 ,砼采用 C20 ,厚 度 25 cm ,隔仓内封底对称 、同步 , 先封沉井中间的16 个仓格 ,后封边缘的 8 个仓格 ,待中间仓架封底 完成 ,再封边缘仓格 。混凝土封底是保证沉井地下 水不渗漏 、防止沉井继续沉降 、保证沉井钢筋砼底板 在干作业情况下施工的重要措施 。因而待封底混凝 土强度达 50 %后 , 立 即 安 排 钢 筋 混 凝 土 底 板 的 制 作 。3 结束语(1) 本沉井采用排水下沉工法 ,至设计标高时 ,井底抗隆起安全系数 Fs :载)Fs = 1 . 04 (不考虑超载)为此 ,在刃脚底下 - 9 . 35 - 11 . 35 m 标高 ,进 行事前满堂注浆加固 ,注浆后计算 Fs , Fs 1 . 3 ,终 沉时沉井预抛高 15 cm ,最后测定沉井在封底及封 底后总共又沉了 7 . 7 cm 。(2) 本泵房沉井是浦东最大的泵房沉井 ,由于业 主和监理的重视 ,以及施工承包商的精心施工 ,终在200428220 到 达 预 定 标 高 , 仅 比 设 计 标 高 高 出 7 . 3 cm 。沉井的最终水平位移 30 mm ,沉井对角线高差 最大 28 mm 。大型泵房沉井的施工质量 、安全均达 到很高的水平 ,多次在评比中获得嘉奖 。1 参考文献1 刘建航 、侯学渊. 基坑工 程 手 册. 中 国 建 筑 工 业 出 版 社 ,1997 .(收稿日期 :2004 - 12 - 24)Fs = qr/ (H + q)( 7)qr = B N + CN c( 排水下沉 p w = 0)根据地质资料 ,沉井在接近设计标高时 ,刃脚插在淤泥质粘土层中 , 该土层重度 = 17 . 2 kN/ m3 ,固快 = 11 . 7,内聚力 C = 11 k Pa , q = 20 kN/ m2 为( 上接第 16 页) 置高度有关 ,而且与声屏障的设置位置 、范围 、使用环境和测点位置有关 。在诸多影响因 素中只要其中某一因素发生较大变化 ,就有可能较 大程度地影响声屏障的实际降噪效果 。例如在高架 轨道交通线路两侧设置完全相同的声屏障 ,如在同 一断面 ,线路两侧各取一个相对位置完全一致的测 点 A 和测点 B (见图 7) 。由于测点 A 与测点测点 B 所处环境不同 ( 即线路两侧声屏障使用环境不同) , 测点 A 临近建筑物 ,受建筑物墙面的反射声影响 , 在测点 A 测试的声级就比在测点 B 测试的声级要 高 2 dB (A) 左右 。因此 ,对某一声屏障的降噪效果 只能大致确定一个范围或对某一特定条件下的声屏 障的降噪效果作一相应结论 。根据对轨道交通 5 号 线安装的高于轨面 4 . 0 m 左右的直立式吸声型声屏障的测试结果表明 :在距离高架桥外侧 31 m , 在同一断面不同高度测点测试 ,该声屏障降噪效果在5 . 411 . 5 dB ,监测数据见表 1 。表 1 声屏障降噪效果监测值高架轨道交通列车运行噪声的治理是一个极其复杂的技术问题 。在线路二侧设置声屏障包括设置 半封闭或全封闭型声屏障以及在二股线路中间设置 双向吸声型声屏障 ,对轨面以上的噪声确能取得较 大的降噪效果 。但对高架桥结构 、轨道结构振动引 起的辐射噪声却无阻挡作用 ,特别是直立型声屏障 的降噪范围及降噪效果毕竟有限 。因此对高架轨道 交通列车运行噪声的防治还必须从规划控制 、桥梁 以及轨道结构的减振 、敏感建筑物的功能置换或拆 迁等多方面同时采取综合治理措施 ,才能取得理想效果 。(收稿日期 :2005 - 02 - 04)图 7 测点位置示意有声屏障无声屏障测点距地面高度/ m21 . 113 . 19 . 321 . 716 . 812 . 4近侧线路行驶时 声级/ dB72 . 476 . 874 . 379 . 981 . 280 . 5声屏障插入 损失/ dB7 . 55 . 76 . 4000远侧线路行驶时 声级/ dB71 . 876 . 774 . 983 . 382 . 182 . 9声屏障插入 损失/ dB11 . 55 . 48 . 0000( Q uart erly) No2 . J un . 2005Abstracts of Ma in Contents( 1 ) Structural Design of Metro Stat ion under Spec ial Circumstances2Structural Design of the People Square Stat ion of Shangha i Ra il Transit L ine No. 8 Wang Xiuzhi The p ap e r intro duc e s structural de sign cha ra ct e ri stic s of People Squa re St atio n of Sha nghai Rail Tra nsitLine No . 8 . It al so di scus se s the c alculatio n metho d fo r de ep e xc a vatio n by the metro st atio n in op e ratio n a ndco ve r s the me a sure s t a ke n fo r p ro t e cting metro st atio n. L iao Ca if eng( 6 ) Considerat ions on Transf er Design in Ra il Transit L ineCo nve nie nt tra nsf e r i s crucial to de velop the eff e ct of rail tra nsit line s within a netwo rk. The p ap e r di s2cus se s the se ve ral a sp e ct s which will influe nc e tra nsf e r de sign , such a s st a bility of tra nsit line s , re se rvatio n of tra nsf e r line , co nstructio n t e chnolo gy , busine s s de velop me nt a nd infra structure f a cilitie s alo ng the rail line . And it al so p ut s fo rwa rd the sugge stio ns .( 11) Overall Design of Zhongshan Park Stat ion Integrat ion Ra il Transit Design with Development of Ambi2ent Underground Space Zhang Hongxing et a lZho ng sha n Pa rk St atio n of Sha nghai Rail Tra nsit Line No . 2 (1 st st a ge) i s a n unde rgro und 22le vel st atio n. On the ba si s of the e xp e rie nc e of the o ve rall a rchit e cture de sign of thi s st atio n , the p ap e r illustrat e s the new fro ntie r of int e grating the metro de sign with unde rgro und sp a c e de velop me nt , a nd the gro und e nviro nme nt de2 sign of e ntra nc e s a nd ve ntilatio n shaft s .( 14) Noise Barrier Design f or Elevated Ra il Transit Zhu L ipeng et a lBy illustratio n of the p rinciple of noi se ba rrie r , de sign ke y point s , a nd main typ e s etc , the p ap e r intro2duc e s the tre atme nt to the ele vat e d tra nsit ve hicles op e rating noi se syst e matic ally.( 17) Analysis and Countermea sures to Unfavora ble Geologic Condit ion along Chongming Tunnel Zhou Jiang The p ap e r a nalyze s the unf a vo ra ble geolo gic co nditio n alo ng the ro ut e of Cho ngming Tunnel (in f e a sibility study) a nd it s eff e ct to tunnels de sign a nd co nstructio n. It al so di scus se s the co unt e rme a sure s to the unf a vo r2a ble geolo gic co nditio n in soft gro und .( 21) Open Ca isson Construct ion Technology f or Large Scale Pump House Kang Weiguo et a lThe p ap e r o utline s the op e n c ai s so n co nstructio n of la rge p um