沉井法在污水泵井中的優化應用

摘要：隨著社會經濟的發展，建筑業不斷壯大，污水井建設日益增多，其選址一般在河邊附近，地質條件差，埋深較大，施工困難，這類建筑物選用沉井法施工效果好，施工工藝及施工方法上面有了很大的提高。此文通過作者的實踐，根據施工現場施工工序，再到各個工藝詳細介紹沉井法在施工過程中的優化應用。

關鍵詞：刃腳、井壁、高程控制、沉井、封底。

1.前沿

建筑業發展至今，地下結構物形式越來越復雜，深度越來越深，傳統的大開挖在深基礎施工中存在的問題無法得到有效的解決；為解決這些問題，一種新工藝----沉井施工應運而生。沉井施工在建筑業中應用已經很久，但具體到某施工單位，能采用沉井施工的概率很小，無法形成一套完整、簡捷、經濟合理的施工方法。沉井法通過作者在污水泵井施工實踐中的應用，獲得了良好的經濟效益和社會效益，以望對以后施工中有所幫助。

沉井是將一個井筒狀的結構物，從井內挖土、依靠自身重力客服井壁摩擦阻力后下沉到設計標高，然后采用混凝土封底并填塞井孔的施工方法。沉井施工工序可分為沉井制作、沉井下沉、沉井封底三大工序，每道工序施工簡單，施工質量可靠。

2.工程實例

2.1工程簡況

哈大鐵路客運專線長春西動車存車場場區污水泵井為D=5.0;H=10.65m，其中井壁厚度為0.5m；刃腳為0.65m；場地地下水埋深為地面以下1.2～4m，場地地基土、地下水對混泥土無腐蝕性。根據工程地質勘察報告，地基基礎受力層范圍內土層分布比較均勻，建筑場地類別為Ⅱ類，地下水埋深較淺；基礎持力層為粉質粘土：褐黃色，濕，可塑，局部為可偏軟，干強度中等。

2.2施工流程

場地平整、測量放線——機械機械挖土至標高-2m——刃腳地基處理——坑內制作沉井刃腳——刃腳砼養護(至70%砼強度)——沉井井壁一次制作至-3.15m施工縫處理——井壁砼養護(至70%砼強度)——沉井下沉(至-10.3m)——沉井封底

2.3沉井制作

沉井制作前，需要驗算坑底持力層的承載力。該坑底(-2m，相對標高)持力層為粉質粘土，承載力特征值取180kPa，驗算如下：

G=3.14×(R2-r2)ρ=3.14×(32-22)×25KN=4042.75KN

S=3.14×R2=3.14×32m2=28.26m2

P=G/S=4042.75/28.26=143.06<180kPa

地基承載力滿足要求。

沉井制作分兩次進行，第一節高度為5.15m，待結構強度達到設計要求后再往上做第二節，高度為10.3m(距井頂部0.35m高井壁后作，由于井蓋頂部有檢查孔)，等第一節強度達到100%，第二節砼強度達到70%時，兩節一起下沉。

2.3.1刃腳制作

根據地勘報告，標高-2m處土層為粉質粘土，承載力約在100KN/m2，刃腳底寬400mm，為便于施工料具清理回收，減少浪費，刃腳內外以磚代模，在基面澆筑100mm厚圓環形C15砼(詳見下圖1)。刃腳內磚模腳底寬370mm，上寬250mm，磚模與鋼筋砼刃腳接觸面處摸20mm厚1：3水泥砂漿，涂刷一層脫模劑(見下圖2)。

圖1

圖2

2.3.2井壁制作

污水泵井砼為防水砼，刃腳砼強度達到70%時方可澆筑井壁砼。井壁模板采用間距為600mm，φ12的止水螺栓固定，井壁施工縫處理中間設中埋式橡膠止水帶300*8。井壁澆筑時為避免造成不均勻下沉或者傾斜，澆筑時應分層對稱澆筑。待刃腳砼達到100%強度，井壁砼達到70%時方可開始下沉。

2.4沉井下沉

沉井下沉前首先對原來的定位樁，高程點進行復測，并在四面井壁上部做出與控制樁對應點的標志，以檢驗沉井的位移，接著在井壁四角上用紅漆畫出標尺，每一標志線間距100mm，并標出下沉前的實際高度和下沉完畢后的標高，以觀測沉井下沉情況。驗算采用瑞典條分法進行沉井下沉前土體穩定安全系數計算，見圖3。

式中Ks——穩定安全系數；

R——圓弧的半徑，(m)；

L——弧長，(m)；

W——滑動土塊的重量，(KN)；

C——粘聚力，Kpa；

φ——土的內摩擦角度；

αi——第i土條底面中點的法線與豎直線的夾角度；

經上述驗算，沉井土體穩定安全系數符合要求，可以下沉。

下沉開始前，先按預定順序鑿除刃腳下砼墊層，接著分組對稱拆除井內磚模，詳見圖4。墊層鑿完后從沉井中間向四周挖土，每層挖土厚20mm-300mm，逐步形成“鍋底”。井壁刃腳1m范圍內的土一般不需直接挖掉，依靠刃腳切土擠出這部分土，這樣才能保證沉井平穩下沉。在井內取土的同時并下泵排水，邊排水、邊取土，沉井逐步下沉。

沉井下沉中應加強位置、垂直度和標高的觀測，每班至少測兩次，接近設計標高時應加強觀測，每兩小時一次，預防超沉，并設專人負責記錄。

2.5沉井封底

當沉井下沉到距設計標高100mm時，應停止井內挖土和降水，使其依靠自重下沉至設計標高或接近設計標高，再經2～3天，下沉穩定后即可進行沉井封底。

本工程采用排水封底，將井內砼表面沖洗干凈，對井底進行修整，使之呈鍋底形，由刃腳向中心挖放射形排水溝，填卵石或碎石作盲溝(溝寬260mm，深300mm)在中部設一個集水井，深1m，井間盲溝相互連通，在卵石上面澆筑底板砼墊層，待砼強度達到70%后，在墊層上鋪設防水卷材，綁扎鋼筋，兩端伸入井壁預留的凹槽內，澆筑底板砼。上部結構完成后，對集水井封堵，封堵方法是將集水井中水抽干，在套管內迅速用干硬性砼填塞并搗實，然后上法蘭盤用螺栓擰緊或四周焊接封閉。

圖4

2.6沉井施工中的問題和解決措施

施工過程中遇到的問題有：突然下沉、涌砂、傾斜和偏移、沉不下去。①解決突然下沉的方法有：適當加大下沉系數；控制挖土深度，即鍋底不要挖得太深；②涌砂的處理方法是向井內灌水，使井內水位大于井外地下水位；③下沉時應均勻對稱挖土，以防止沉井偏斜。若發生偏斜，可調整挖土先后次序和方法；采取偏心壓重，部分壁外沖水等措施。

沉井在施工和使用階段，將受到土壓力、水壓力、浮力、摩擦力、自重以及施工荷載等作用，沉井結構的設計計算應滿足各階段的受力要求，保證沉井結構有足夠的強度和剛度以及防水能力。

3.結論及注意要點

沉井下沉過程中無需設置坑壁支撐或土釘墻；與明挖法相比，簡化了施工，可就地制作，所需機械設備簡單；沉井法在各種復雜地形或地質條件的建筑物施工中廣泛應用，尤其是在地質條件或場地條件不允許大開挖的情況下更顯優勢，其單體造價較低；主體部分的混凝土在地面上灌筑，質量較易保證，整體剛度亦較大；在國內外工程中得到了廣泛的應用和發展，但仍有其局限性，比如沉井不沉、突沉、沉偏、遇到較難清除的障礙物等，這些都可能導致沉井無法順利完成，由此看來沉井法的選用要根據現場的實際情況而定，因地制宜，采取相應措施，絕不能盲目選用。