大型泵房的沉井施工法

天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠是為改善投資環(huán)境而建立的環(huán)�；�礎(chǔ)設(shè)施工程，其污水泵房建在原為被稱做鹽汪子的海水沉淀池上，地表下2m左右為墊填素土，再下均為多年沉積的流塑狀淤泥。泵房的地下泵池埋深13m，呈凸字型，由于附近布置有變電站和脫水機(jī)房、泥餅堆放庫，不可能采用明挖基坑或深基維護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計為一多邊形沉井結(jié)構(gòu)。在流塑狀淤泥中做沉井下沉，極易產(chǎn)生突沉、偏沉滑移，井內(nèi)涌水、涌泥和超沉不止，沉井下沉的速度和方向極難控制，這是至今尚未很好解決的施工難題。承建該項(xiàng)工程的中鐵十八局三處，根據(jù)設(shè)計意圖，采用在沉井刃腳下預(yù)打粉噴樁，形成聯(lián)排樁式的地下連續(xù)墻，對于沉井井壁形成具有一定強(qiáng)度的承拖和支撐墻體，將沉井在淤泥中下沉的過程成為一個可控的工藝，成功地解決了這一施工難題。

1施工準(zhǔn)備

1.1開挖填土，降低初沉標(biāo)高

根據(jù)沉井部位的地質(zhì)狀況，為保證沉井初沉階段的均衡下沉，將人工填土層挖除，把沉井預(yù)制及初沉標(biāo)高設(shè)為0.48m，這樣可創(chuàng)造兩個有利條件：其一由于初沉地層為淤泥，其含水量及承載力均勻，便于初沉平穩(wěn)；其二，沉井總下沉量降低2.5m，上部第三節(jié)0.5m厚沉井可不作為沉井施工，而在沉井封底后澆筑，這樣既減輕了沉井自重(仍能滿足下沉重量要求)，又縮短了下沉深度，一舉兩得。

1.2粉噴樁施工

打粉噴樁，加固沉井刃腳下軟土，使沉井在連打粉噴樁形成的水泥連續(xù)墻的承托下下沉。粉噴樁施工應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

①位置要準(zhǔn)確，樁外沿與井壁外邊線相切，不得外露，以免沉井下沉?xí)r水泥土擠至井壁以外，失去支撐作用。

②樁底應(yīng)深入沉井刃腳設(shè)計標(biāo)高以下16m。

③外圈樁底刃腳下以及樁頂1.0m范圍噴水泥量10%(按樁體重量計)，其余樁身7%。

④內(nèi)圈樁噴水泥量均為10%。

⑤內(nèi)外兩排樁間距10cm，以保證開挖內(nèi)側(cè)樁體時不傷及外側(cè)樁。

2沉井預(yù)制

2.1預(yù)制場地平面布置

由于沉井井壁即為合建泵房泵池池壁，因此選擇泵池位置為沉井預(yù)制位置。為便于施工，并考慮沉井支撐墻混凝土澆注的需要，場地軟土表層用15cm、8%灰土壓實(shí)，支撐墻底另做10灰土平臺。

2.2預(yù)制方式

原設(shè)計沉井為三節(jié)，表層填土挖除后，地面標(biāo)高正好為第二節(jié)沉井頂面標(biāo)高，因此第三節(jié)沉井不再視作沉井結(jié)構(gòu)，而待兩節(jié)沉井下沉到位封底后再接打。為減少第一次澆注混凝土的重量，避免下沉過大及不均勻沉降造成混凝土開裂，將第一節(jié)混凝土澆注分兩次完成，先澆注刃腳(高1.0m)，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度70%以上時再澆注剩余部分，并依次施工第二節(jié)。兩節(jié)沉井混凝土全部完成后，一次下沉就位。

2.3刃腳底模及支撐墻底模

按初步設(shè)計，刃腳下打兩排粉噴樁加固軟土層。原地面為淤泥質(zhì)亞粘土，容許承載力80kPa，粉噴樁樁頂水泥量10%，水泥土7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)600kPa，28d抗壓強(qiáng)度可達(dá)800～1000kPa。沉井混凝土總量為444m3，按容量2.5t/m3計，總重為3610t。沉井刃腳底面積為44.88m2。因而，單以刃腳底面作支撐面時，承受荷載為804kPa。

按以上計算，并考慮粉噴樁施工的誤差，則沉井刃腳置于粉噴樁頂，承載力尚不能完全滿足

要求，而在沉井的預(yù)制過程中，刃腳側(cè)面尚未承載，因此在支撐墻底增加支撐底模，以分擔(dān)部分沉井的重量。

3沉井下沉

3.1準(zhǔn)備工作

沉井必須在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后才能開始下沉，下沉前作好以下準(zhǔn)備工作：

①井壁外畫觀測標(biāo)志，在沉井四角設(shè)水準(zhǔn)觀測點(diǎn)，觀測下沉量及平衡情況；在中軸線處設(shè)垂直線，觀測沉井位移及平衡。

②拆除模塊。

③挖除表層灰土

支撐墻底模拆除后，沉井稍有下沉，但刃腳側(cè)面隨即承力，沉井止沉。

3.2下沉系數(shù)計算

下沉系數(shù)公式：

K＝Q/(f·h·L)＞1(1)

式中?Q?——沉井自重重力

f?——摩擦系數(shù)，軟土取9.8～11.76kN/m2

h?——最大下沉深度

L?——沉井外壁周長

摩擦系數(shù)取軟土的最大值，一般結(jié)構(gòu)沉井自重力下沉系數(shù)尚可達(dá)到3.0，何況淤泥之中，絕無滯沉問題。存在的問題是下沉深度達(dá)到要求時仍會下沉不止，故必須采取控制措施。

3.3粉噴樁連續(xù)墻控制下沉的機(jī)理

①導(dǎo)向和防止突沉、涌土

根據(jù)初步設(shè)計構(gòu)想，在井壁密度范圍內(nèi)、刃腳之下，預(yù)打兩排粉噴樁加固地層是防止沉井突沉、沉降速度過快和涌土的綜合性措施，其作用原理如下：其一，粉噴樁形成了水泥土地的連續(xù)墻，對于沉井來說是一個封閉夾在淤泥之中的承載墻體，整個沉井的下沉過程也就是這一承載墻的挖除過程，這樣沉井的下沉速度和平穩(wěn)程度完全可以由人工挖除粉噴樁的方法來控制。其二，在淤泥質(zhì)軟土中實(shí)施沉井，在挖土下沉過程中易發(fā)生涌土現(xiàn)象，即井壁外的流塑狀淤泥因井內(nèi)外土面高差較大時失穩(wěn)而產(chǎn)生滑動，滑動弧面刃腳下擠入井內(nèi)，使井內(nèi)只出土但土體標(biāo)高不降，而井外土體標(biāo)高下沉，極易產(chǎn)生不均衡的土壓力，致使沉井傾斜。刃腳下預(yù)先施打兩圈粉噴樁，形成了1.2m厚的水泥土墻，阻止了井壁外土體形成的滑動面向井壁內(nèi)滑動涌入。

②控制沉井下沉的設(shè)計深度

沉井下沉至設(shè)計標(biāo)高，刃腳底面之下土層仍為淤泥時，由下沉系數(shù)可知，淤泥土承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，將會下沉不止，現(xiàn)采取刃腳下預(yù)打粉噴樁地下連續(xù)墻，能夠使沉井刃腳底面下沉至設(shè)計標(biāo)高時，落在粉噴樁地下連續(xù)墻的樁頂面上，解決了控制沉井下沉深度問題。

當(dāng)需要沉井下沉?xí)r，只需鑿除樁頭，沉井可憑自重克服土體的摩擦力和支撐力而下沉，一旦刃腳實(shí)至樁頭即可止沉。根據(jù)以上推論，在沉井即將到達(dá)設(shè)計標(biāo)高(以相差50～70cm為宜)時，預(yù)先在設(shè)計標(biāo)高處將粉噴樁鑿斷，即可控制沉井準(zhǔn)確就位、止沉。

3.4開挖方法

表層灰土硬殼采用人工挖土，其余淤泥采用高壓水槍沖泥，每50cm為一層，逐層沖剝下降。為防止支撐墻及地梁承受彎矩及匯水抽泥的需要，將土層沖成鍋底型(中間低，四周高)。沉井刃腳下粉噴樁每暴露一層，先將內(nèi)圈粉噴樁沿同標(biāo)高挖斷清出，外圈粉噴樁間隔挖斷，以使剩余粉噴樁被沉井壓碎，人工清除。

3.5沉井糾偏

由于粉噴樁的導(dǎo)向作用，沉井一般不會有較大偏斜，為保證沉井就位誤差在規(guī)范允許范圍內(nèi)，采取以下控制措施：

a.隨沉井下沉進(jìn)行水平和中軸線監(jiān)測，隨時調(diào)整挖降粉噴樁的部位和高度。

b.沉井下沉接近到位時停止鑿樁，挖土24h，觀測沉降，若無明顯沉降，可一次沉到位，不再采取其他止沉措施；若有明顯沉降，則應(yīng)查清原因，并增加止沉措施。

c.沉井接近就位時，若軸線位移或傾斜超過允許范圍，可采用單側(cè)壓實(shí)填土、單側(cè)挖土減載、配重等手段予以糾正。

4沉井封底

沉井下沉完畢，其偏差應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定：

①軸線位移不大于井深1%；

②高程：+40mm，-60mm；

③傾斜度≯井深0.7%。

沉井就位2～3d后，刃腳已穩(wěn)定落在粉噴樁頂，即可進(jìn)行沉井封底。為避免地下水匯集形成較大浮力，頂裂封底混凝土，可在底板上均勻布置滲水井2～3個，井內(nèi)埋滲水管，并以滲水管為中心向四周做輻射狀碎石育溝引水，待泵池結(jié)構(gòu)全部完成后封堵井口。

5結(jié)論

在流塑狀淤泥地層中實(shí)施沉井，由于地層承載能力差、摩擦系數(shù)小等特性，極易在沉井下沉過程中出現(xiàn)突沉、涌土，沉速過快和超沉位移及傾斜過大等現(xiàn)象，難以控制。本次沉井的設(shè)計和施工，充分利用了水泥土的特性，在沉井刃腳下預(yù)先打兩排粉噴樁，在軟土層中形成一道強(qiáng)度適宜的連續(xù)承載墻壁體，在沉井下沉過程中就像形成了一道可靠導(dǎo)軌。通過分節(jié)，分部位鑿除粉噴樁樁頭來調(diào)節(jié)支撐力，準(zhǔn)確控制沉井姿態(tài)和下沉速度、深度。

通過前述施工過程可以看出，在相似土層的沉井設(shè)計和施工中，可以通過改變?nèi)心_面積和粉噴樁長度、直徑、強(qiáng)度(通過調(diào)整噴粉量實(shí)現(xiàn))等諸多手段調(diào)整承載力，方法多樣、工藝簡便、成本低廉，是一種成功的施工工藝。