污水中途提升泵站进水泵房大型沉井关键施工技术

污水中途提升泵站进水泵房大型沉井关键施工技术

□ 太原市市政工程总公司 王爱莲

摘要：晋阳污水处理厂主干管污水中途提升泵站，为钢筋混凝土沉井结构，地下主体内径为33.3m×23.2m，池壁厚1.2—1.5m，沉井总深度为17.78m，其顶面标高为±0.00m，刃脚底标高为-21.18m。为降低沉井施工对周围房屋的安全影响，沉井施工前在四周设三轴水泥搅拌桩和降水井，桩中插入700×300×13×24的型钢。沉井采用四节制作、三次下沉的施工方案，第一次制作5米，第二节制作5.4米，第三节制作6m，最后一节为后浇部分。沉井应均匀下沉，根据本工程沉井结构划分为四个开挖区，设八台挖掘机均匀开挖。

关键词：沉井；水泥搅拌桩；监测监控

沉井施工法是修筑地下工程的重要施工方法之一。近几年来，随着城市的不断发展，沉井在市政设施中越来越广泛使用，特别适用于开挖深度深、周边构建筑物密集、场地狭小的复杂环境。受场地和周边环境限制，无法满足放坡开挖，采用了沉井结构，如晋阳污水处理厂主干管污水中途提升泵站进水泵房为钢筋混凝土沉井结构，地下主体内径为33.3m×23.2m，属于大型沉井尺寸，其施工有较大的难度，对周围建筑和环境保护的影响不容忽视。

1.工程概况

晋阳污水处理厂主干管污水中途提升泵站位于太原南环高速公路绿化带内，紧邻规划蒙山大街北侧，规划古城东路西侧，占地面积5997m2；设计规模36万吨/日（5.42m3/S）。其中进水泵房沉井为钢筋混凝土矩形构筑物内径长33.3m、宽23.2m，池壁厚1.2—1.5m，内设有隔墙上分为四个仓，深度为17.78m，其顶面标高为±0.00m，刃脚底标高为-21.18m。

1.1 地质条件

根据勘测部门提供的地勘报告和实地勘测，本工程由上至下地质依次为杂填土、粉质粘土、粉土等。

1.2 地下水位情况

实测稳定地下水位埋深为自然地面以下1.3m-3.2m。

1.3 基坑周边环境

晋阳污水厂中途提升泵站位于太原市晋源区金胜镇古寨村内，东西两侧为民房，由于修建年代较长，沉井时需对民房进行观测，北侧为村内道路，南侧为待建蒙山大街，大型车辆无法通过，故施工道路需由南侧进入。

2.施工方案

2.1 地下水控制方案

本工程地下水位较高，基坑四周布设深层搅拌桩作为止水帷幕，采用管井降水，沉井东侧设置回灌井，具体见下图1。

2.1.1 止水帷幕。止水帷幕桩为三轴水泥搅拌桩，四喷四搅工艺，桩径850mm，间距@600mm，相邻桩间互相咬合，桩体每立方米水泥用量350-450kg，无侧限抗压强度不小于1.5MPa，水灰比为1.5～2.0。在搅拌桩中插入700×300×13×24的型钢。

图1 地下水控制方案图

2.1.2 降水井。降水井1设计井深25m，按间距11.0m矩形布置，降水井2设计井31m，上部25m为实管，用粘土封填，降水井开、终孔井径为φ800mm，滤水管采用φ325mm钢管，管外填2.0-4.0mm规格的砾料。

2.2 沉井施工方案

因地下水位较高，采取排水分节下沉。提升泵房沉井高度为17.78m，面积为33.3m×23.2m，高度深，面积大，施工难度大，采用分节制作、分节下沉的施工方案。经过计算和施工经验，沉井采用四节制作、三次下沉，即第一节5m，第二节5.4m，第三节6m，最后一节为后浇部分，待上节沉井混凝土强度达到100%时，方可进入下节沉井制作下沉。

主要施工内容为：（1）测量与放线：由专职测量人员设置沉井轴线及中心位置控制桩，放出沉井基坑开挖边线，并用白灰标识。（2）开挖基坑：根据测量人员设置的开挖边线开挖2m深的基坑。（3）刃脚制作：铺设刃脚下砂垫层和木支垫架。（4）分节沉井制作：刃脚模型为砖砌模板，外抹砂浆，沉井井身部分为钢模板。（5）分节沉井下沉。（6）封底。

3.分节下沉

3.1 刃脚

刃脚为沉井最下部部分，总高为2m，钢筋砼结构。

本工程刃脚支设采用垫架法，垫架法下设砂垫层和混凝土垫层。砂垫层和混凝土垫层的厚度必须经过计算，设计厚度太厚，造成下沉困难，设计厚度太薄，易造成下沉速度过快，无法控制下沉高程。

依据国家有关现行设计规范、地勘报告、施工经验，根据沉井重量、地基承载力设计刃脚支设方法以及砂垫层和砼垫层的厚度。本工程刃脚支设采用垫架法，垫架法下设砼垫层和混凝土垫层。即在刃脚处铺设1m厚砂垫层，再在其上铺设C20混凝土基础，混凝土厚度取20cm。

下沉过程中开挖时应保证刃脚部分土方不超挖，本沉井面积大，重量较重，如果刃脚部分超挖，会产生沉井不稳，不均匀下沉，易造成沉井混凝土墙壁开裂等质量问题。

3.2 下沉

3.2.1 施工总体程序。测量放线→开挖2m深基坑→第一节沉井制作（包括刃脚）→第一节沉井下沉→第二节沉井制作→第二节沉井下沉→第三节沉井制作→第三节沉井下沉→封底→第四节沉井制作。

每节沉井下沉施工顺序：施工准备→设置25吨吊机→挖掘机开挖土方→降水、排水→测量监控→纠偏→井周围回填土。

3.2.2 注意事项。（1）每节沉井的混凝土强度必须达到设计强度等级的100%后方开始下沉。（2）刃脚部分的浆砌砖模，应分段制作且留有2cm的空隙，以便加快拆除速度。（3）沉井内土方开挖必须分层、均匀、对称地进行，本沉井面积大，不均匀不对称极易造成沉井井壁混凝土开裂，施工中应加强均匀、对称控制。根据沉井的平面划分开挖工作面，以中心向四周开挖顺序，每层开挖厚度控制在50cm以内，最大分层厚度不超过50cm，刃脚支撑着整个沉井重量，开挖过程中刃脚周围必须保留0.5～1.5m的土不开挖，沿沉井四周井壁2～3m一段向刃脚方向逐层、对称、均匀地削薄土层，每层5～10cm。（4）开挖的土方严禁堆放在沉井四周，必须及时外运，以免因土方堆放引起沉井偏斜或位移。（5）勤观测，勤纠偏。设专职人员负责测量观测，随时观测沉井垂线的垂直度，及时发现倾斜，及时纠偏。每台班至少1次测量刃脚标高和位移，每台班至少2次测量沉井的益、标高并如实记录，由专职人员进行保存。（6）下沉过程中，如发现异常，应根据现场情况分析并采取相应的技术措施及时纠正或纠偏。纠偏主要技术措施有挖土纠偏、射水纠偏、局部增加荷载纠偏。如出现下沉过快时，可以采取在沉井外壁四周回填碎石、砂砾、土等材料加大摩阻力，或者改为不排水下沉。如发生流砂涌入井内，则应加强井内外排水，保证地下水位位于基坑坑底高程以下1m。

3.2.3 土方开挖方法。本工程地下水位较高，采取排水下沉，地下水位降至槽底以下1m后开始下沉。

采用挖掘机分层开挖，沉井四周地面设吊机吊运土方的施工方法。本工程沉井内部设计为四个仓，如下图所示，在沉井内设8台挖掘机挖土，在地面设8台25吨吊机吊运土方。具体见下图2。

图2 沉井内土方开挖示意图

各仓按照从中间向四周开挖的总体顺序进行开挖，每层开挖厚度控制在0.4-0.5m内，在刃脚处留1-1.5m的台阶，然后沿沉井井壁每2-3m一段向刃脚方向逐层全面、对称、均匀开挖，每次挖10cm，

4.监测监控

4.1 监测监控仪器。水准仪。

4.2 观测频率。基坑开挖期间每天观测2-4次，时间为8：00、12：00、2：00、6：00。

4.3 监测点。设置在基坑四周距基坑边缘4m位置。

4.4 监测项目。沉井沉降量，周围建筑、地面的沉降、地表裂缝等。经调查，沉井基坑深度3倍范围内陆上地下无建（构）筑物及各种管线。本工程主要监测项目为沉井沉降量、地表裂缝等。

4.5 监测方法。作业人员每天开工前及收工后应巡视基坑周边的环境。

地表沉降监测方法：采用高精度自动安平水准仪、配合半厘米分划铟钢标尺进行测量。沉井沉降量：井壁周围弹水平线用水准仪来观测沉降。

5.结语

沉井下沉关键技术主要为两点，一是地下水位控制，二是沉井内土方必须均匀对称、均匀地进行，刃脚部分不能超挖，超挖会引起沉井不稳定，不均匀下沉，井周土体发生坍陷必须及时回填粗砂。下沉时保持沉井刃脚不超挖，沉井内侧均匀取土技术措施，这些关键技术措施在施工中得到了严格执行，施工中未出现重大安全隐患，在安全、平稳的状态下下沉到位，为以后沉井施工积累了经验。

参考文献：

[1] 于得水.沉井不排水下沉施工技术控制[J].江西建材，2016，(16):189-192.

[2] 李朝华.平洲城区截污三期工程的沉井施工[J].建设科技，2014，(06):87-89.

DOI：10.16116/j.cnki.jskj.2017.07.041