沉井在污水干管工程中的应用

刘正香

摘要:通过对宁波市北外环路污水干管工程资料的分析,结合该工程的实际要求,确定该工程顶管法工作井和接收井的支护方案采用沉井基础。沉井占地面积小,不需要板桩围护,与大开挖相比较,挖土量少,对邻近建筑物的影响较小,操作简便。在该工程地质条件及施工环境的情况下,采用沉井基础应用于该污水干管工程中是比较合理的。

关键词:沉井 顶管法 施工

0 前言

沉井是用钢筋混凝土等材料制成的带有刃脚的箱形或筒形结构物。施工时就地逐节浇筑井身,同时在井内连续挖土,依靠自重克服井侧摩阻力不断下沉,直至预定位置。沉井广泛用于桥梁墩台基础、取水构筑物、污水泵站、地下工业厂房、大型设备基础、地下仓(油)库、人防掩蔽所、盾构拼装井、船坞坞首、矿用竖井、地下车道与车站、地下构筑物的围壁和大型深埋基础等等。

宁波市北外环路污水干管工程沿拟建北外环路西起江北大道(K0-030),东至329国道(K6+600),沿线穿越庄桥镇、庄西公路、铁路及八条大小不等的河流,全长约6.6公里。其中:K0-030~K0+850和K3+904~K6+155两段均拟采用顶管施工,K0-030~K0+850段管底标高-4.866米(黄海高程),管径φ1200mm,K3+904~K60+155段管底标高-4.515米(黄海高程),管径φ1500mm。接收井和工作井拟采用沉井基础。

1场地工程地质条件及水文地质条件

宁波市北外环路污水干管工程沿拟建北外环路西起江北大道(K0-030),东至329国道(K6+600),沿线穿越庄桥镇、庄西公路、铁路及八条大小不等的河流,全长约6.6公里。

根据宁波市北外环路污水干管岩土工程勘察的土工实验成果和工程地质编录资料,将勘探深度内土体按其特征及物理力学性质划分为以下几个工程地质层:1层:粘土;2a层:淤泥;2b层:粘土;2c层:淤泥质粉质粘土;3层:淤泥质粉质粘土;3层:粉砂。

场地水文地质条件简单,与管线关系较密切的地下水主要为浅层的孔隙水,含水介质主要由此及彼层淤泥质土和平层淤泥质粉质粘土组成,渗透性总体较差,水量较为贫乏,实测水位埋深一般在0.1-0.3米,受季节及气候的影响,动态变化明显。根据附近资料及当地建筑经验判定地下水对混凝土无腐蚀性。

2技术方案的确定

宁波市北外环路污水干管工程采用顶管施工。管与管之间的连接部位实质上是一些矩形或圆形的基坑,其支护类型同普通基坑一样多种多样,包括地下连续墙、柱列式钻孔灌注桩、钢板桩和深层搅拌以及钢筋混凝土沉井。沉井是将位于地下一定深度的建筑物或建筑物基础,先在地面以上制作,形成一个井状结构,然后在井内不断挖土,借助井体自重而逐步下沉,下沉到预定设计标高后,进行封底,构筑井内底板、梁、楼板、内隔墙、顶板等构件,最终形成一个地下建筑物基础。其优点是占地面积小,不需要板桩围护,与大开挖相比较,挖土量少,对邻近建筑物的影响较小,操作简便。

本工程顶管法施工的工作井和接收井属于小型基坑,该管线场地有密集建筑物、河流、公路、铁路等,应保持上部建筑物不受影响。采用钢板桩时回收拔桩振动对周围建筑物会造成影响、地下连续墙造价太高、柱列式钻孔灌注桩在施工时需辅以抗渗措施、深层搅拌桩施工过于繁杂,以上几种情况都不适用。根据工程的实际情况及以往的施工经验,确定采用钢筋混凝土沉井,既技术可行又经济合理。

3 沉井设计要点

3.1 沉井类型的选择及其结构的确定 沉井的类型很多,根据宁波市北外环路污水干管工程中沉井的用途以及场地的工程地质条件,拟采用钢筋混凝土矩形沉井。因土质松软,摩擦力不大,下沉深度不深,采用直墙形井壁。沉井一般由井壁、刃脚,内隔墙、横梁、封底和顶盖板等组成。

3.2 沉井的计算及验算 为了保证沉井满足施工和使用阶段的强度、刚度及稳定要求,对沉井结构进行设计计算。根据岩土工程勘察所提供的地质资料,确定沉井高度、井壁厚度、刃脚踏面宽度、刃脚高度、凹槽距刃脚踏面宽度、凹槽高度及凹入深度等等。然后对沉井进行下沉稳定验算、抗浮稳定验算、水、土压力的计算、井壁内力计算以及结构的计算等等。

4 沉井施工

根据宁波市北外环路污水干管管线场地工程地质和水文地质条件、沉井的规模、所具备的技术力量、施工机具及设备,对该沉井进行施工。

4.1 施工前的准备工作 根据该工程所勘察到的水文地质和工程地质资料可知,该场地地势比较平坦,土质比较软弱,无影响沉井下沉的块石、漂石及障碍物。因该沉井高度较小,拟采用不开挖制作沉井,则只需将场地平整夯实,为避免沉井在开始浇制时产生较大的不均匀沉陷,以致倾斜甚至井壁开裂,应在筑井现场刃脚下铺填O.8m厚的砂垫层。

4.2 沉井制作 制作沉井时,应在刃脚下铺垫木,垫木的作用是支承沉井的重量并按垫木定位立模板以绑扎钢筋。因该场地的地下水位较高,且上部无密集的建筑物,所以其井壁可在地面上制作,井壁模板采用钢组合定型模板或木定型模板组装而成。沉井钢筋可用吊车垂直吊装就位,用人工绑扎,或在沉井近旁预先绑扎钢筋骨架或网片,用吊车进行大块安装。竖筋可一次绑好,水平筋分段绑扎。沉井混凝土浇筑可用翻斗汽车运送混凝土,塔式或履带式起重机吊混凝土吊斗,通过串桶沿井壁作均匀浇灌。

4.3 沉井下沉 因该沉井属于小型沉井,拟采用一次制作,一次下沉方式。当沉井混凝土强度达到设计强度的70%以上时,便可拆除承垫木,开始下沉。下沉时,采用不排水下沉的方法,采用抓斗挖土。用吊车吊住抓斗挖掘井底中央部分的土,使沉井底形成锅底。在该场地软弱土质中,一般当锅底比刃脚低1～1.5m时,沉井即可靠自重下沉,而将刃脚下的土挤向中央,再从井孔中继续挖土,沉井即可继续下沉。

4.4 开凿管孔 由于该沉井是顶管法施工的工作井和接收井,考虑到沉井设计时的下沉、抗浮、受力情况等种种因素,故没有预留孔洞。现在在沉井下沉后,在短边一井壁上以-4.866米(黄海高程)为管底标高,开凿一管径Ф1200mm的管孔;在短边另一井壁上以-4.515米(黄海高程)为管底标高,开凿一管径Ф1500mm的管孔。

4.5 沉井封底 沉井下沉至设计标高,经过观测在8h内累计下沉量不大于10mm或沉降率在允许范围内时,沉井下沉已经稳定时,可进行沉井封底。根据水文地质条件,采用不排水封底,要求将井底浮泥清除干净,新老混凝土接触面用水冲刷干净,并铺碎石垫层。封底混凝土用导管法灌注。待水下封底混凝土达到所需要的强度后,即一般养护为7～lOd,方可从沉井中抽水,按排水封底法施工上部钢筋混凝土底板。

5 结语

本文在对宁波市北外环路污水干管管线场地的岩土工程勘察资料的基础上,对污水干管顶管法施工的工作井和接收井确定为沉井基础。采用直壁形矩形沉井的结构,一次制作、一次下沉的下沉顺序以及不排水下沉和不排水封底等施工方法。最终通过工程验收可得知沉井在污水干管工程中得到了良好的应用。

参考文献:

[1]龚晓南主编.深基坑工程设计施工手册.北京.中国建筑工业出版社.1998.

[2]周景星,王洪瑾,虞石民,李广信主编.基础工程.北京.清华大学出版社.1996.

[3]广西土木建筑.第22卷第1期.1997年8月.岸边泵房沉井结构设计与施工几个问题的探讨.

[4]土工基础.第14卷第2期.沉井在河滩上铺设管道中的应用.