马三家污水处理厂沉井施工技术分析

【摘要】本文结合沈阳市马三家污水处理厂一期工程实例，分析了沉井工艺原理及施工技术、控制方法等，为日后类似沉井工程施工提供参考。

【关键词】污水处理厂；沉井；施工技术；下沉；封底

1工程概况

沈阳市马三家污水处理厂一期工程位于于洪区马三家街道静安村，总规划面积96161m2。污水处理厂建设总规模85000m3/d。本次实施为一期工程，建设规模20000m3/d。包括粗格栅及进水泵房、细格栅井及沉砂池、生化池、二沉池及配水井、高密度沉淀池、消毒池及出水计量槽等，其中进水泵房采用钢筋砼沉井结构。

2沉井方案的确定

施工时采用不排水下沉，井壁分三段①、②、③浇筑，①、②段浇筑完成后一次下沉，然后进行③段浇筑。内隔墙后浇，沉井采用水下封底。各段井壁标高如下①17.85m～25.35m；井壁②25.35m～32.35m；井壁③32.35m～33.45m。

在沉降刃脚下每隔0.6m设置1.5*0.2*0.2承垫木，共计75根。承垫木下设1.3m深，2.8m宽砂垫层。施工重点：保证沉井的预制、下沉、水下封底及井内结构施工安全和功能标准，混凝土配合比满结构条件和设计要求。

3沉井技术原理

沉井是地下工程和深基础工程的一种施工方法，也是深基础工程的一种结构形式。其原理是：将位于地下一定深度的建筑物或建筑物基础，先在地面以上制作，形成一个井状结构，然后在井下不断挖土，借助井体自重而逐步下沉，下沉到预定设计标高后，进行封底，并根据需要构筑井内底板、梁、内隔墙、顶板等构件，形成一个工作空间或地下建筑物。

在污水处理工程中，顶管施工利用沉井形成工作井，而在泵站施工中利用沉井形成永久建筑物的一部分。沉井在施工中具有独特优点：占地面积小，不需要进行边坡围护，与大开挖相比较，挖土量少对邻近建筑物的影响较小操作相对简便，无需特殊的专业设备。

4沉井施工技术

4.1施工工艺流程

4.2测量放线

垫层施工前，根据设计图纸座标及甲方提供的基准点测量定位，同时在沉井周围，且在施工影响范围之外布置座标控制点和临时水准点，建立的控制点精度为±1mm，并填写测量复核单，由甲方和监理认可，施工过程中控制点加以保护，并定期检查和复测。在沉井四周设置龙门桩，并用石灰粉划出。井中心轴线、基坑轮廓线，作为沉井制作和下沉定位的依据。

4.3基坑开挖

基坑开挖至起沉标高29.60m，深度2.4m左右。基坑按1：1放坡，沉井基坑底面设0.5×0.5m碎石盲沟，在基坑外侧布设4个集水井以排除明水。底面浮泥清除干净并保持平整和疏干状态。

基坑开挖采用机械挖土和人工修整相结合，挖土严格控制标高，机械挖土采用反铲液压挖土机，开挖至距坑底标高30cm左右时采用人工修坡、平底，防止扰动基地土层，坑底如遇淤泥或松软土质彻底清除并采用砂性土回填、整平夯实。挖出土方及时运走，不得堆置在坑边。施工时尽量减少基坑暴露时间。

4.4铺筑砂垫层、砼垫层

4.4.1砂垫层铺筑

基坑开挖结束后，经验收合格，及时铺筑砂垫层，砂垫层厚度1.3m，可满足沉井第一、二节制作对地基承载力的要求。为了保证砂垫层质量，砂垫层采用中粗砂，按每层30cm分层铺筑，按15%的含水量边洒水边用平板振动振实，使其达到中密，用环刀法测试干容重，不容重不小于1.56t/m3。

铺填第二层前必须要下层达到要求，方可进行第二层铺设。为防止雨水及泥水等因素对砂垫层质量产生影响，在铺筑砂垫层前在基坑底部设置盲沟将水集至集水井后由水泵抽出。施工期间连续抽水，严禁砂垫层浸泡在水中。

4.4.2承垫木铺设

为了扩大沉井刃脚的支承面积，减轻对局部砂垫层的压力，在砂垫层上铺设1.5*0.2*0.2@600方木，方木间隙用中粗砂填实，上层铺设5cm水泥砂浆。

4.5刃脚砖胎模设置

沉井刃脚支设在砖砌体支座上，刃脚底模用水平尺进行校平，使之保持在同一水平面上。井壁模板的施工顺序是：支设内模绑扎钢筋支设外模，井壁采用14的圆钢作为对拉螺栓，间距600*600mm，井壁模板采用定型竹胶膜。井的内模分节安装，井内模保持垂直，外模跟着内模支立，不得内外倾倒，以保证外壁面平正垂直以及井壁厚度均等。

4.6沉井下沉施工

本工程沉井采用不排水下沉，为吸砂泵配合水力冲挖取土。

4.6.1有水下沉阶段

当沉井沉入地下水开挖后，转入不排水下沉法，设置2台吸砂泵配合水力冲挖，此时需经常向井内灌水，维持井内的水位高出井外水位（地下水）1～2m，以免发生涌砂现象。

同时注意合理安排吸泥设备，保证大锅底的形成；吸泥机排水量大，为保持井内外水位平衡，用低压水泵向井内补水；吸泥管口离开泥面高度一般为15～25cm，水枪压力大于2.0MPa。潜水员水下冲吸泥主要操作程序为用高压水枪把井内所取的土冲成浆糊状，再用吸泥机吸除；潜水员水下冲吸泥时，必须严格控制井内水位，不低于地下水位。

4.6.2下沉纠偏

在沉井下沉过程做到，刃脚标高每班至少测量一次，轴线位移每天测一次，当沉井每次下沉稳定后进行高差和中心位移测量。沉井初沉阶段每小时至少测量一次，必要时连续观测，及时纠偏，终沉阶段每小时至少测量一次，当沉井下沉接近设计标高时增加观测密度。

尤其是本工程中沉井开始时的下沉系数较大，在施工时必须慎重，特别要控制好初沉，尽量在深度不深的情况下纠偏，符合要求后方可继续下沉。下沉初始阶段是沉井易发生偏差的时候，同时也较易纠正，这时以纠偏为主，次数可增多，以使沉井形成一个良好的下沉轨道。

下沉过程中，做到均匀，对称出土，严格控制泥面高差，当出现平面位置和四角高差出现偏差时及时纠正，纠偏时不可大起大落，避免沉井偏离轴线，同时注意纠偏幅度不宜过大，频率不宜过高。

沉井在终沉阶段以纠偏为主，在沉井下沉至距设计标高1m以上时基本纠正好，纠正后谨慎下沉，在沉井刃脚接近设计标高30cm以内时，必须不再有超出容许范围的位置及方向偏差，否则难于纠正。

沉井在下沉过程中发生倾斜偏转时，根据沉井产生倾斜偏转的原因，可以用下述的一种或几种方法来进行纠偏。确保沉井的偏差在容许的范围以内。

⑴偏除土纠偏

沉井在入土较浅时，容易产生倾斜，但也比较容易纠正。纠正倾斜时，一般可在刃脚高的一侧抓土，必要时可由人工配合在刃脚下除土。随着沉井的下沉，在沉井高的一侧减少刃脚下正面阻力，在沉井低的一侧增加刃脚下的正面阻力，使沉井的偏差在下沉过程逐渐纠正，这种方法简单，效果较好。

纠偏位移时，可以预先使沉井向偏位方向倾斜。然后沿倾斜方向下沉，直至沉井底面中轴线与设计中轴线的位置相重合或接近时，再将倾斜纠正或纠至稍微向相反方向倾斜一些，最后调正至使倾斜和位移都在容许范围以内为止。

⑵压重纠偏

在沉井高的一侧压重，最好使用钢锭或生铁块，这时沉井高的一侧刃脚下土的应力大于低的一侧刃脚下土的应力，使沉井高的一侧下沉量大些，亦可起到纠正沉井倾斜的作用。这种纠偏方法可根据现场条件进行选用。

⑶沉井位置扭转时的纠正

沉井位置如发生扭转，可在沉井偏位的二角偏出土，另外二角偏填土，借助于刃脚下不相等的土压力所形成的扭矩，使下沉过程中逐步纠正其位置。

4.7沉井封底

封底采取水下砼封底措施，封底为C25砼，厚度2.1m，面标高为-13.5m，封底标高为19.35m。封底前进行沉降观测，在8h内沉降量不超过10mm方可封底。配置2根导管，另适当准备2根备用导管。封底时泵房井采取对称、均衡的原则进行封底作业严格按照设计和规定要求进行，确保大体积水下混凝土浇筑的质量。封底时保持沉井内外水位平齐，杜绝因水头差影响封底质量。

4.7.1清基

沉井在下沉距设计标高2m时，结合封底要求控制基底土塞高度，确保砼封底厚度，由潜水员配合测量出土面高度，绘制出土面高程图，进行针对性清基。

4.7.2沉井封底施工方法

施工时，导管底距井底土面30～40cm，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在水面以上，在球塞上部先铺一层稠水泥砂浆，使球塞后，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，同时迅速不断向漏斗内灌入混凝土，此时导管内和球塞，空气和水受混凝土重力挤压由管底排出，砼在管底周围堆成圆锥状，将导管下端埋入砼内。

为了达到要求的砼扩散半径，砼坍落度一般为20～22cm，在开始浇筑时，为了保证导管底部立即被砼堆包围埋住，坍落度可适当减少。在水下砼浇筑过程中，导管的提升也是一个关键问题，做到慢提快落，并严防将导管拔出混凝土外的事故发生，导管插入砼内深度一般控制在1m以上为宜，当漏斗已达到最大高度不能再提升时，可拆卸上部的短管，以缩短导管的长度。

为此，当导管内的砼下降到预备拆卸的管节下口时，迅速降低导管，使砼停止从导管内流出，然后进行拆除工作。拆除短管的时间控制在20～30min。待漏斗内继续装漏砼后，方可将导管提高恢复浇筑工作。在水下砼浇筑过程中，经常不断测量水下砼面的上升情况，以及扩散半径和施工进度，并根据测量资料控制导管的埋入深度。沉井封底时采用对称、平衡的原则。

4.8沉井的质量控制标准及下沉控制标准

4.8.1平面位置控制方法（经纬仪法检查）将经纬仪架设在沉井外部地面的中心控制点上检查设在沉井顶部的中心控制线。沉井顶部中心控制点是在每节井段砼浇筑前测设到每节井段上口壁上。

4.8.2高程控制方法（水准仪法检查）沉井下沉前，用钢尺实测各标高控制点的井座高度，计算该点位的设计高程。下沉中用S3水准仪检查各点的实际高程，计算出下沉高度和倾斜度。

4.8.3挖土中以垂直度观测为主，通过控制单向井壁垂直度和对称轴两侧井壁垂直度之差（不大于30mm）来保证沉井的平面位置和刃脚高差（即保证沉井均匀下沉）。沉井下沉中加强平面位置、垂直度和高程（沉降值）的观测，每2h一次以防超沉。设专人进行观测并做好记录，如有倾斜、位移、扭转，及时通知值班队长，由值班队长指挥操作人员纠正，使偏差控制在允许范围以内。

5结语

沉井作为建造地下构造物或深基础的主要施工方法之一，其技术性和实践性都很强。为了保证沉井的顺利下沉，在施工前应根据地质勘察资料编制沉井专项施工组织设计，选定合适的下沉方法，并在施工过程中进行严密监测，以确保下沉的施工质量和安全。

参考文献：

[1]CECS137：2002《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》

[2]张川，杨建，张娟娟.谈沉井施工技术在工程中的应用[J].山西建筑.2014（33）