采用异型沉井技术施工污水泵房的应用

摘要：结合某污水泵房地下结构沉井施工实例，简单阐述了异型沉井的施工流程、下沉方法、测量观测以及偏差的控制措施等，并总结了一些施工经验，以供参考。

关键词：泵房；沉井；下沉控制；测量纠偏

一、工程简介

该泵房采用T形沉井，平面尺寸详见下图，沉井采用钢筋混凝土结构，标号为C25、S8防水混凝土，封底采用C20水下素混凝土。

二、工艺流程

场地平整定位放线开挖基坑（2.5米深，周边放坡）夯实基底抄平放线验线铺砂垫层浇筑刃脚混凝土垫层放沉井墙线第一节（本节2.5m高，总高2.5m）井壁浇筑沉井外基坑回填石屑至壁顶下500mm第二节（本节2.5m高，总高5m）井壁浇筑第一次沉井下沉（本次下沉5m，累计下沉5米）第三节（本节3米高，总高8m）井壁浇筑第二次沉井下沉（本次下沉3m，累计下沉8米）第四节（本节3米高，总高11m）井壁浇筑第三次沉井下沉（本次下沉3m，累计下沉11米）第五节（本节3.6米高，总高14.6m）井壁浇筑养护第四次沉井下沉（本次下沉3.6米，累计下沉14.6米，下沉到位）。

沉井井壁（总高14.6米）施工、下沉完成之后，井底到达设计标高-15.8米，上部还有1.2米高的井壁需同±0.000楼面的两条主梁一起浇注。

沉井采取五节制作、四次下沉，以确保沉井施工的顺利进行。

三、地基处理及刃脚的支设

1、根据开挖完成后地基土的实际情况，应对地基进行处理，本工程处理的方法为采用砂垫层，分层用水冲实配合平板振动器振实等措施使其能够承受沉井重量。

2、刃脚的支设

刃脚的支设，采用1.5米厚砂垫层（用水冲实，砂垫层边比墙体边宽1500），然后捣100厚C15素混凝土垫层（垫层边线比沉井墙体边线宽300mm）。

垫层厚度计算，验算砂垫层的承载力能否满足5米高的井壁的自重：

Pz=b（PK-PC）/（b+2Ztgθ）

计算得出：

PZ为砂垫层底面的压力

b为基础宽度，为0.3米

Z为砂垫层厚度，暂按1.5米计算

θ为砂的扩散角，取300

PK为砂垫层的所受沉井自重产生的压力，PK=G5米高沉井自重/S刃脚部分面积=6093/15.54=392.1Kpa

PC为砂的容重，为1.5*17.8=26.7KN

得出，Pz=54Kpa，查设计地质资料得承载力为65Kpa，所以1.5米厚的砂垫层的承载力满足5米高井壁的自重所产生的压力。

四、沉井下沉系数计算

K=（G-B）/（Tf+ R刃）

G-井体自重，G==18807KN；

B-下沉过程中地下水的浮力；

Tf-井壁总摩擦力；

fk-井周摩阻系数，取fk=17Kpa

R刃-刃脚的反力；

K-下沉系数，宜为1.05-1.25。

B=402*10=4020KN，不排水下沉，地下水位以下井壁结构为8米高，

Tf= S×fk=56*10.5*17=9996KN

R刃=51.8×1.1×65=3704KN

得出下沉系数K=（18807-4020）/（9996+3704）=1.08，满足下沉系数的要求。

五、下沉到位之后，并按下式验算下沉稳定性：

K0=（G-B）/（Tf+R刃）

此时R刃=51.8×1.1×120=6838KN

K0=（18807-4020）/（9996+6838）=0.88

K0-沉井下沉过程中的下沉稳定系数，取0.8-0.9

通过计算，沉井下沉到位，刃脚进入粉质粘土可以保证稳定

六、沉降观测点的布置

当第一节沉井井壁混凝土拆除了模板后，在沉井井壁八个角开始布置沉降观测点，第二节、第三节、第四节沉井井壁混凝土浇筑前半小时、浇筑中每隔半小时、浇筑后每隔半小时（持续8小时，之后每天观测2次）分别进行沉降观测，并进行记录和绘制沉降曲线图，以便分析沉降趋势，采取应急措施。

另沉井周边地面上也应设置四个监控点，每天保持测量，以检测周边地面的沉降，防止地面出现大的沉降。

七、沉井下沉控制

施工过程中土质基本为淤泥，透水性不高，含有一定的地下水，故井内总体水位不高，下沉采用不排水下沉。

开挖时采用两台长臂液压抓斗机，开挖井室的中间地带，以形成锅底。由于沉井井体较大，尤其是大头一端，挖土方量较大，抓斗挖掘时下沉缓慢，而小头一端挖土方量相对很小，由于其井内狭窄，只有2.7米宽，挖出锅底之后，周边的土迅速塌入，下沉速度相对较快，故实际施工时要控制好大小端的挖土时间和深度，保证均匀下沉。

三、实际施工时间

开工日期为9月10日，底板完成日期为11月15日，历时65天，其中前三次下沉时间较快，为一周左右，最后一次下沉由于沉井刃脚已进入持力层，且持力层高度相差较大，刃脚并不是同一水平面进入（B轴外侧最先进入，A轴外侧相差1.5米，），导致下沉速度减慢，并且要时刻注意纠偏，故下沉时间较长。

四、测量成果总结

泵房的浇注和下沉过程中，测量观测工作进行的较为密切，基本做到一边挖土、一边测量，随时用测量数据来调整和控制挖土的位置和速度，当一点出现5-10cm下沉时，马上调整挖掘位置，整个下沉过程，井体上各测量控制点的高程偏差和水平位移均不超过10cm，

沉井下沉到位后，经监理和业主验收，井体的高程与垂直度均满足规范要求，成功封底。

五、施工经验

本次泵房为异型沉井施工，过程中可谓一波三折，出现了不少问题，同时也积累了一定的经验，主要如下：

1、需注意大型构筑物的地基承载力问题。为防止下沉前出现倾斜等问题，需正确的验算地基承载力，并采取相对应的措施进行处理，由于地质资料可能不齐全，计算过程尽量偏保守，同时沉井尽量采取分节制作和分节下沉，若地基承载力较小，每节井壁的高度控制在4米以内，便于井壁结构制作和沉降控制。

2、测量观测要及时有效。沉井浇注和下沉过程中，结合工地现场实际情况一共布置了三台水准仪进行测量观测工作，观测点为沉井上部的6个角点，在下沉过程中，一名测量员每隔几分钟进行一次高程测量，当一侧出现5cm-10cm的下沉时，测量员即将信息告知井壁上的指挥人员，由指挥人员指挥抓斗机停止该侧附近的挖土，转到其他位置挖土，措施看似简单，但本工程中很有效。由于沉井下沉具有一定的滞后性，故每次挖土锅底深度基本保持在1.5米深，不在一点上超挖太多，防止突沉。

3、控制下沉速度，由于沉井井体较大，且本工程中土质多为淤泥质土，承载力不够，一旦出现较大偏差或突沉就很难采取有效的措施进行纠偏，故过程中控制其下沉速度至关重要，本工程中除了控制取土速度，锅底深度之外，还及时采取了井周边回填石粉的措施，由于沉井下沉过程中井周边会出现一定程度的塌方，实际施工时做到了及时回填，并保证浇注下节井壁之前，井周边采用石粉回填冲水压实的措施，井周边回填石粉能有效的增加摩擦力，保证沉井在下沉中竖直下沉，同时也能防止浇注井壁时，由于自重的增加导致沉井下沉过多，根据测量数据可知，采用上述措施，每次浇注井壁之后，其沉降量均控制在10mm以内，效果明显。同时井外的回填和加载也能对下沉起到纠偏的作用，在沉井进行第四次下沉时，由于B轴处刃脚最先遇到粉质粘土层，故该侧沉降缓慢，但其它位置还处于软土中，如果按之前在井中取土的方法肯定会造成井体偏转，此时我们首先采取的措施是抓斗机由原来的位置二、三转移至位置一、四取土，以减小地面的荷载，同时井内挖土位置也由中间转为靠近B轴，挖该1/3的空间，但该措施效果不甚明显，于是我们又采取了B轴井外侧降土，同时A轴井外侧继续回填的措施，通过调整井外侧的A、B轴的土摩擦力大小来帮助沉井克服刃脚下部承载力的不均匀，该措施效果明显。

4、采用异型沉井技术施工污水泵房地下结构，与传统的深基坑工艺相比，工期基本相同，但避免了复杂的支护措施和降水措施，降低了工程造价，同时有效的减少了施工过程中的安全风险，对小型泵房的施工有一定的推广意义，缺点是由于沉井结构需要用作泵房地下永久结构，故对沉井下沉质量控制和结构防水的要求较高。