軟弱地區的泵站沉井結構設計與施工

史紅福 李 濤

1 工程概況

東涌鎮污水處理廠首期工程污水提升泵房采用沉井位于廣州市東涌鎮(番禺區中部)，北隔沙灣水道與石基、石樓、石橋相望，南隔騮崗瀝水道與魚窩頭相接，東臨珠江口，是一個三面臨水的狹長地域，地質為沿海軟弱土層。本污水廠設計規模為8萬m3/d，污水提升泵站遠期旱季水量為8萬 m3/d，雨季水量為12萬m3/d，共設5臺泵。本泵站為鋼筋混凝土沉井矩形結構，幾何尺寸為18.15×14.95，為節省投資，本沉井分隔設置。

2 地質概況

根據《巖土工程勘察報告》，本工程沉井穿過的土層分別為:①素填土，土層厚度0.90 m～2.50 m;②淤泥，土層厚度15.60 m～17.500 m;③淤泥質黏土，土層厚度6.30 m～13.90 m;④中粗砂，土層厚度2.60 m～8.50 m;沉井剛好落到淤泥土層上，故需軟基處理后才能滿足沉井承載力的要求。

3 沉井的設計與計算

3.1 壁板厚度的確定

根據泵房使用、工藝等要求，本工程沉井內部凈尺寸確定為16.15 m×12.95 m×13.45 m，沉井壁厚根據抗浮、下沉及經濟要求由下式初步計算:

其中，G1k為沉井自重為基底的水浮托力;Ffw，k為下沉過程中水的浮托力;Ffk為井壁總摩阻力;F′fw，k為驗算狀態下水的浮力;F′fk為驗算狀態下井壁總摩阻力;Rb為沉井刃角、隔墻和底梁下地基土極限承載力之和。

根據式(1)～式(3)初步判斷壁厚自下而上為1 000 mm～500 mm，刃角底寬取600。

3.2 沉井地基承載力的計算

沉井作為深基礎，一般要求下沉到堅實的土層上，本工程沉井卻剛好落入淤泥土層上，故必須對其進行軟基處理，方可滿足承載力要求，經過綜合考慮采用φ 500單管旋噴樁復合地基，樁距1 600 mm×1 455 mm，樁端持力層為中粗砂層。要求經過深度修正后的地基承載力特征值達到150 kPa。

3.3 沉井內力計算

4 沉井施工

4.1 基坑開挖

由于此沉井基礎剛好落到淤泥土層上，故需用單管旋噴樁進行軟基處理，由于采用不排水下沉法施工，故不必考慮止水。沉井制作采取在現有地面上挖除500 mm并換填中粗砂，以減小地面下沉深度，鋪設砂層的寬度為沿井壁外各1.5 m。

4.2 沉井制作

該沉井采用鋪承墊木的方法，避免沉井混凝土灌注后，在尚未達到一定強度前產生不均勻沉降使沉井結構開裂。制作第一節沉井時，首先要對位置進行測量定位、平整場地并在現有地面上鋪500 mm砂墊層，分層灑水夯實，振壓密實。這樣可避免制作過程中發生不均勻沉降、易于找平，便于鋪設墊木和抽除。鋪設墊木時應使頂面保持在同一水平面上，墊木擺放時要先在縱、橫軸中心線上擺放兩組定位枕木，后對稱擺放其他枕木，枕木縫間用砂填平。沉井混凝土達到100%設計強度后方能抽撤墊木，抽撤墊木過程中應在沉井上下左右各設觀測點一個，觀察其下沉情況，如在抽墊過程中發生傾斜、回填的砂擠出、墊木壓斷、下沉急速增加等異常現象應及時處理。

4.3 沉井下沉

沉井混凝土達到設計強度70%時可拆除模板，拆除模板過程中對井壁進行詳細觀察，發現缺陷及時處理。下沉施工時先在中部下挖400 mm～500 mm，并逐漸向四周對稱、分層、同步的擴挖。刃角處留1.2 m～1.5 m寬土攏，當土攏擋不住刃角的擠壓而破裂時，沉井便在自重作用下破土下沉，沉井在下沉過程中隨時進行觀測，保證下沉速度和垂直度，挖土時對稱進行，刃角處不得挖土，發生傾斜達到50 mm時立即停止作用，進行糾偏。

4.4 沉井封底

沉井下沉至設計標高后，經觀測在8 h內下沉量小于10 mm或沉降速度在允許范圍內時方可封底。沉井采用水下混凝土封底前，井內水位不低于井外地下水位，并且先由潛水員整理沉井中央鍋底，清除沉積于表面的浮泥，超挖部分用300 mm左右石塊壓平井底、鋪砂，由潛水員在水下整平。水下混凝土用導管法灌注，導管需進行密封性能試驗，通過后方能用于施工，導管的間隔及根數，根據導管作用半徑及封底面積確定，間距一般為2.5 m～3.0 m。水下混凝土達到設計強度70%后方能抽水，然后在無水條件下，進行鋼筋混凝土底板的澆筑。

5 沉井施工中遇到的問題及經驗總結

1)傾斜問題，軟土地基中比較常見這種情況，常用措施是加強下沉過程中的觀測和資料分析，發現傾斜及時糾正;在刃角高的一側加強取土，待正位后再均勻分層取土;在刃角較低的一側適當回填砂石或石塊，放慢下沉速度及時清理棄堆土，防止側壓不勻。2)偏移問題，沉井偏移大多由于傾斜引起，糾偏的方法為有意使沉井向偏位的相反方向傾斜，當幾次傾斜糾正后，即可恢復到正確位置或有意使沉井向偏位的一方傾斜，然后沿傾斜方向下沉，直至刃角中心線與設計中心線位置相吻合或接近時，再傾斜糾正。3)下沉過快問題，沉井下沉過快，遇到軟弱土層，土體壓強過小，使下沉速度超過挖土速度時比較常見這種情況，常用措施為在定位墊加墊木給以支承，并重新調整挖土，在刃角下不挖或部分不挖土和在沉井外壁與土壁間填粗糙材料，或將井筒外土體夯實，增加摩阻力;如沉井外部的土液化發生沉降坑時，可填碎石處理。

6 結語

1)根據抗浮系數kfw、下沉系數 kst及下沉穩定系數初步確定壁板厚度(考慮經濟因素可選用變截面)，從而更加經濟合理，節省造價。2)根據初步計算的井壁厚度，分別對沉井刃角及井壁進行內力分析計算，從而進一步確定此井壁厚度是否滿足結構設計要求。3)提出了沉井施工的一般步驟及在施工過程中的注意事項，同時提出了對沉井施工中經常遇到的傾斜、偏移及下沉過快問題進行分析、總結，對沉井以后的施工具有一定的參考價值。

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