沉井技術(shù)在泵站施工中的應(yīng)用

文 章

河南省偉信招標(biāo)管理咨詢有限公司（450012）

1 沉井工程概況

沉井是用于深基礎(chǔ)和地下構(gòu)筑物施工的一種工藝技術(shù)，其原理是∶在地面上或地坑內(nèi)，先制作開口的鋼筋混凝土筒身，待筒身混凝土達(dá)到一定強度后，在井內(nèi)挖土使土體逐漸降低，沉井筒身依靠自重克服其與土壁之間的摩阻力，不斷下沉直至設(shè)計標(biāo)高，然后經(jīng)就位校正后再進(jìn)行封底處理。

某泵站采用沉井法進(jìn)行施工,結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土圓形構(gòu)筑物，內(nèi)壁半徑8 m，外壁半徑8.6 m，壁厚0.60 m，井筒內(nèi)面積約201 m2，井內(nèi)挖方約2 000 m3。沉井總高度為12.60 m，其頂面標(biāo)高為5.30，刃腳底標(biāo)高為-7.30。對照泵站室外地坪的設(shè)計標(biāo)高5.00，沉井的埋置深度為12.30 m。

2 地質(zhì)條件對沉井所產(chǎn)生的影響因素

根據(jù)地質(zhì)勘探報告的分析，本工程的有關(guān)地質(zhì)條件對沉井工程將產(chǎn)生不利的影響。沉井的沉入深度處于淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和砂質(zhì)粉土層土體中。該層土體為飽和、流塑狀態(tài)，壓縮性高，承載強度較低。因此需要采取地基加固措施，以保證沉井的穩(wěn)定和控制沉降量。

3 施工部署

3.1 沉井的主要施工方法選擇

根據(jù)本工程的特點和設(shè)計的具體要求，沉井的主要施工方法將作以下選擇，采用排水下沉和干封底的工藝技術(shù)進(jìn)行施工。該方法可以在干燥的條件施工，挖土方便，容易控制均衡下沉，土層中的障礙物便于發(fā)現(xiàn)和清除，井筒下沉?xí)r一旦發(fā)生傾斜也容易糾正，而且封底的質(zhì)量也可得到保證。

3.2 降水方法選擇

根據(jù)本工程的沉井施工特點分析，選擇井外真空深井泵與井內(nèi)明排水相結(jié)合的降水方法。與其他降水方法相比,采用該方法降水不但施工方便、降水效果好，而且能有效防止砂質(zhì)粉土層可能發(fā)生的流砂或管涌等不良現(xiàn)象，以此保證沉井施工的安全和順利進(jìn)行。

4 沉井工藝流程

測量定位→基坑開挖和降水→沉井刃腳墊層和墊架→沉井制作→沉井下沉→沉井封底→井內(nèi)結(jié)構(gòu)施工與安裝。

5 施工技術(shù)要點

5.1 工程測量

1）沉井位置與標(biāo)高的控制∶在沉井外部地面及井壁頂部設(shè)置縱橫十字中心線和水準(zhǔn)基點，通過經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀的經(jīng)常測量和復(fù)核，達(dá)到控制沉井位置和標(biāo)高的目的。

2）沉井垂直度的控制∶在井筒內(nèi)按4或8等分作出垂直軸線的標(biāo)記，各吊線墜逐個對準(zhǔn)其下部的標(biāo)板以控制垂直度，并定期采用兩臺經(jīng)緯儀進(jìn)行垂直偏差觀測。挖土?xí)r，應(yīng)隨時觀測沉井的垂直度，當(dāng)線墜離標(biāo)板墨線達(dá)50 mm,或四周標(biāo)高不一致時,應(yīng)及時采取糾偏措施。

3）沉井下沉控制∶在井筒外壁周圍測點彈出水平線,或在井筒外壁上的四個側(cè)面用墨線彈出標(biāo)尺，每20 mm一格，用水準(zhǔn)儀及時觀測沉降值。

4）沉井過程中的測量控制措施∶沉井下沉?xí)r應(yīng)對其位置、垂直度及標(biāo)高（沉降值）進(jìn)行觀測，每班至少測量兩次（在班中和每次下沉后測量一次）。沉井接近設(shè)計的底標(biāo)高時，應(yīng)加強觀測，每2 h一次，預(yù)防超沉。

5.2 井外深井降水與井內(nèi)明排水結(jié)合

5.2.1 深井布設(shè)位置與要求

根據(jù)有關(guān)深井降水的技術(shù)參數(shù)測算，沉井外圍應(yīng)布置4口深度為15 m的深井,每口深井的有效降水面積約300 m2，降水深度可達(dá)到12 m左右，以此保證降水效果能滿足排水沉井和干封底施工的需要。

每口深井配置一臺JC100-110深井水泵，排量為每小時10 t，揚程38 m。深井泵電機座與井口連接處要墊好橡皮，并保證密封,防止漏氣。真空泵與深井泵每2口連接為一組,配備一臺2S-185的真空泵，通過抽真空加大井內(nèi)外的壓力差，以此加快集水速度，提高降水效果。

5.2.2 沉井內(nèi)的明排水方法

在沉井外部采用深井井點截水的同時，在沉井內(nèi)部開挖明溝、集水井，采用潛水泵進(jìn)行明排水，以此保證降水效果。

5.3 沉井制作方法與技術(shù)措施

5.3.1 刃腳支設(shè)形式

沉井下部為刃腳，其支設(shè)方法取決于沉井的重量、施工荷載和地基承載力。常用的刃腳支設(shè)形式有墊架法、磚砌墊座和土模。

根據(jù)本工程的具體施工條件分析，沉井的刃腳支設(shè)形式宜采用墊架法。墊架的作用是將上部沉井重量均勻傳遞給地基，使沉井制作過程中不會產(chǎn)生較大的不均勻沉降，防止刃腳和井身產(chǎn)生破壞性裂縫，并可使井身保持垂直。

采用墊架法時，先在刃腳處鋪設(shè)砂墊層，再在其上鋪設(shè)墊木（枕木）和墊架。墊木常用150 mm×150 mm斷面的方木。墊架的數(shù)量應(yīng)根據(jù)第一節(jié)沉井的重量和砂墊層的容許承載力計算確定，間距一般為0.5～1.0 m。墊架應(yīng)沿刃腳圓弧對準(zhǔn)圓心鋪設(shè)。

5.3.2 沉井制作的鋼筋施工工藝

井壁內(nèi)的豎向鋼筋應(yīng)上下垂直,綁扎牢固，其位置應(yīng)按軸線尺寸校核。底部的鋼筋應(yīng)采用與混凝土保護(hù)層同厚度的水泥砂漿墊塊墊塞,以保證其位置準(zhǔn)確。

井壁鋼筋綁扎的順序為∶先立2～4根豎筋與插筋綁扎牢固,并在豎筋上劃出水平筋分檔標(biāo)志，然后在下部和齊胸處綁扎兩根橫筋定位，并在橫筋上劃出豎筋的分檔標(biāo)志，接著綁扎其它豎筋，最后再綁扎其它橫筋。井壁鋼筋應(yīng)逐點綁扎，雙排鋼筋之間應(yīng)綁扎拉筋或支撐筋，其縱橫間距不大于600 mm。鋼筋縱橫向每隔1 000設(shè)帶鐵絲墊塊或塑料墊塊。

5.3.3 沉井制作的模板施工工藝

井壁的內(nèi)外模板全部采用組合式的定型鋼模板，散裝散拆，以方便施工，但刃腳部位應(yīng)采用非定型模板單獨拼裝、支設(shè)。平面模板選取300 mm×1 500 mm的規(guī)格，以滿足圓形井壁的施工要求。圍檁采用8號輕型槽鋼按弧度分段定制。豎向龍骨采用φ48×3.5鋼管。模板之間的連接件采用配套的U形卡、L形插銷、鉤頭螺栓及對拉螺栓等。

第一節(jié)沉井制作時,井壁的內(nèi)外模板均采用上、中、下三道拋撐進(jìn)行加固，以保證模板的剛度與整體穩(wěn)定性。第二節(jié)沉井制作時，井壁外模仍按上述方法采用拋撐，井壁內(nèi)模可采用井內(nèi)設(shè)中心排架與水平鋼管支撐的方法進(jìn)行加固。水平鋼管支撐呈輻射狀，一端與中心排架連接，另一端與內(nèi)模的豎向龍骨連接。

5.3.4 沉井制作的混凝土施工工藝

混凝土澆筑采用汽車泵直接布料入模的方法。每節(jié)沉井澆混凝土必須連續(xù)進(jìn)行，一次完成，不得留置施工縫?；炷翝仓?yīng)分層進(jìn)行，每層澆筑厚度控制在300～500 mm（振動棒作用部分長度的1.25倍）。

為了防止模板變形或地基不均勻下沉，沉井的混凝土澆筑應(yīng)對稱、均衡下料。上、下節(jié)水平施工縫應(yīng)留成凸形或加設(shè)止水帶。支設(shè)第二節(jié)沉井的模板前，應(yīng)安排人員鑿除或清理施工縫處的水泥薄膜和松動的石子，并沖洗干凈，但不得積水。繼續(xù)澆筑下節(jié)沉井的混凝土前，應(yīng)在施工縫處鋪設(shè)一層與混凝土內(nèi)成分相同的水泥砂漿。

5.4 沉井下沉方法與技術(shù)措施

井內(nèi)挖土應(yīng)根據(jù)沉井中心劃分工作面，挖土應(yīng)分層、均勻、對稱地進(jìn)行。挖土要點是∶先從沉井中間開始逐漸挖向四周，每層挖土厚度為0.4～0.5 m，沿刃腳周圍保留0.5～1.5 m的土堤，然后再沿沉井井壁每2～3 m一段向刃腳方向逐層全面、對稱、均勻地削薄土層，每次削5～10 cm，當(dāng)土層經(jīng)不住刃腳的擠壓而破裂時,沉井便在自重的作用下擠土下沉。

在沉井下沉過程中,如井壁外側(cè)土體發(fā)生塌陷，應(yīng)及時采取回填措施,以減少下沉?xí)r四周土體開裂、塌陷對周圍環(huán)境造成的不利影響。沉井下沉近設(shè)計標(biāo)高時，井內(nèi)土體的每層開挖深度應(yīng)小于30 cm或更薄些，以避免沉井發(fā)生傾斜。沉井下沉至離設(shè)計底標(biāo)高10 cm左右時應(yīng)停止挖土，讓沉井依靠自重下沉到位。

5.5 沉井封底的主要方法

當(dāng)沉井下沉至距設(shè)計底標(biāo)高10 cm時，應(yīng)停止井內(nèi)挖土和排水，使其靠自重下沉至或接近設(shè)計底標(biāo)高，再經(jīng)過2～3 d的下沉穩(wěn)定，或經(jīng)觀測在8 d內(nèi)累計下沉量不大于10 mm時,即可進(jìn)行沉井封底。

先對井底進(jìn)行修整使其形成鍋底形狀，再從刃腳向中心挖出放射形的排水溝，內(nèi)填卵石成為排水暗溝，并在中間部位設(shè) 2～3個集水井（深1～2 m），井間用盲溝相互連通,井內(nèi)插入φ600～800 mm、四周帶孔眼的鋼管或混凝土管，四周填以卵石，使井底的水流匯集在井中，然后用潛水泵排出，以此保證沉井內(nèi)的地下水位低于基底面0.5 m左右。墊層混凝土達(dá)到50%設(shè)計強度后，可進(jìn)行底板鋼筋綁扎。鋼筋應(yīng)按設(shè)計要求伸入刃腳的凹槽內(nèi)。新老混凝土的接觸面應(yīng)沖刷干凈。

底板混凝土澆筑后應(yīng)進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)。在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)，應(yīng)繼續(xù)利用集水井進(jìn)行排水。待底板混凝土強度達(dá)到70%并經(jīng)抗浮驗算后，再對集水井進(jìn)行封堵處理。集水井的封堵方法是∶將井內(nèi)水抽干，在套管內(nèi)迅速用干硬性的高強度混凝土進(jìn)行堵塞并搗實，然后上法蘭盤用螺栓擰緊，或用電焊封閉，上部再用混凝土墊實搗平。