泵房沉井下沉的质量控制措施分析

2017-12-15麻杰

水利技术监督 2017年5期

关键词：锅底踏面沉井

麻杰

泵房沉井下沉的质量控制措施分析

麻杰

（辽宁省铁岭市农田基本建设工作办公室，辽宁铁岭 112000）

沉井由于施工工艺较简便，技术比较成熟可靠，较多的应用于水利工程基础结构。文章结合铁岭市某泵房沉井工程实例，对沉井的施工工艺、下沉控制措施以及纠偏方法等内容进行详细介绍，希望为类似工程提供参考。

泵房；沉井下沉；质量控制

为解决铁岭市部分地区饮水困难的问题，铁岭市大力实施城乡供水一体化建设，在管网铺设关键地点通过泵房进行加压送水。其中泵房为整体钢筋混凝土箱型结构，采用沉井法施工。沉井平面尺寸为长宽为43.7m×45m，沉井顶面标高为4.3m，沉井刃脚底标高为-12.9m，地下埋深17.2m。沉井井壁厚度为1.5m，东西向底梁及隔墙宽1.0m，南北向底梁及隔墙宽1.2m。沉井内东西及南北向底梁和隔墙各5道，将沉井内部分为36个隔仓。沉井现场施工场地标高为5.85m，基坑底面标高为-1.5m，刃脚底面标高为0.5m。

经地质勘查资料显示，泵房施工区域地下水比较丰富，有涌水和流沙情况，同时考虑本工程沉井地下情况复杂、障碍不明，为保证有效清除障碍、沉井顺利下沉，有效控制沉井下沉质量，决定采用干沉法下沉。这样沉井下沉系数较大，可采取保持井格内土塞高度的方式增加井底土体的极限承载力，从而增加下沉阻力，降低下沉系数，防止沉井超沉。

1 下沉前准备

1.1 刃脚、垫层等凿除清理

下沉前先凿除刃脚砖胎膜和两侧边素混凝土垫层，并将刃脚及底梁与封底和底板混凝土接触部位凿毛，中间隔仓清理的杂物用塔吊吊出井外，周边隔仓清理的杂物用履带吊吊出井外。下沉前须先将井内碎砖、废混凝土渣屑等刚硬性杂物清除干净，在井壁四周设置水平指示刻度尺。

1.2 外壁土方回填

施工场地标高为+5.85m，刃脚所处高程为+0.5m，沉井下沉前须将刃脚外侧土方回填至+5.85m，使沉井具有一个良好的固定导向作用。

2 下沉施工工艺

沉井下沉按照“定位准确、先中后边、对称取土、深度适当”的原则进行。本工程沉井共36个隔仓，分为A、B两区，沉井下沉的整体施工顺序为先A区，后B区，先用高压水枪冲刷沉井A区中央各隔的锅底，形成大锅底，然后扩大对称均匀冲吸四周B区井格，逐步让沉井刃脚下沉。

图1 沉井分区示意图

A区为下沉的中心区域，在整个下沉过程中可一直悬空，但锅底不宜太深，保持在1.5m左右。A区底梁悬空控制在1.0m以内，B区底梁悬空控制在50cm以内，四周外壁刃脚控制在20cm以内。需要冲刃脚时要做到对称、均匀，且开挖深度不宜太大。

3 下沉过程

3.1 下沉措施

挖土时按照由内到外的顺序进行，先取内圈井格，再取分批取外圈井格，最后再挖底梁下方的土层，慢慢形成锅底状，由于本工程的下沉系数较大，为避免发生沉井突然下沉的情况，适当保留部分底梁下方的土或在底梁下方添加垫板，从而确保下沉安全。靠近刃脚处取土时，应缓慢对称均匀取土，确保沉井受力均匀，当挖至淤泥粉质粘土层时，严禁掏刃脚下方的土层。沉井下沉过程中，应保持地下水位低于开挖面，以防流沙、管涌等现象发生。安排专人测量观察井内水位，每2h观测一次。当地下水位不能满足施工要求时，分析原因，应采取增设深井点的方法加以解决。整个下沉阶段，对下沉量和沉井倾斜度进行定时测量，当沉井超过25%的允许偏差值时就应及时纠偏，确保沉井形成良好的下沉轨道。

3.2 沉井始沉

初沉时由于沉井与四周没有摩阻力，加之重心较高，若刃脚下的砖土承载力不均匀，极易造成沉井发生较大倾斜，因此在将素混凝土垫层敲拆后，先将刃脚处同时分层掏挖，掏挖出的弃土暂集中存至各仓底中央，使刃脚插入土层中，产生摩阻力，降低沉井重心。随着沉井的不断下沉，沉井与四周产生的摩阻力越来越大，下沉越来越慢，这时就需要采用泥浆帷幕进行助沉减阻。具体做法就是施工时，根据需要在井壁外侧插设 φ25mm的注浆管，间距为1～3m。注浆管底部约2m范围内均匀开设注浆孔，外面包裹2层密目滤网，防止土体涌入堵塞注浆孔。注浆管插入深度为井壁刃脚上0.5～1.0m，随着沉井的下沉跟进插入。泥浆帷幕的主要材料为“粘土 +膨润土”，泥浆的比重控制在1.10～1.20g/cm3之间，注浆压力控制在 0.3～0.6MPa。在泥浆帷幕使用过程中，难免会出现注浆孔堵塞的问题，因此采用在注浆孔外侧包裹密目滤网或每次注浆完毕后压注清水洗孔的方法来防止泥浆沉积固结堵塞注浆孔。

3.3 下沉纠偏

由于本工程沉井尺寸大，对沉井下沉的偏差要求高，因此在沉井下沉时应注意及时纠偏。沉井下沉主要以取土下沉为主，随着井内土体的破坏，沉井依靠自身重力克服踏面反力与井壁摩阻力而下沉，但因沉井下沉系数较大下沉穿越土层地质条件差，为防止沉井下沉过程中土体坍方，因此沉井下沉过程中锅底不宜过深，一般应控制在1.5m以内。沉井纠偏在下沉过程中进行，按照“勤测勤纠，随偏随纠”的原则进行纠偏。在下沉过程中每隔2h测量一次，在沉井初沉阶段、终沉阶段以及偏差较大适应加大观测频率，观测数据及时上报作为纠偏依据。纠偏时应根据测量的偏差数据及时采取纠偏措施。纠偏以不对称取土纠偏为主，不宜通过“掏刃脚”的方式纠偏。沉井下沉时若发生偏斜，根据测量所得四角标高及四角下沉速度差异进行分析，标高较高的一侧适当多出土，另一侧适当少出土，人为造成踏面反力的差异，调整沉井各部位的下沉速度。多出土的范围及深度应根据沉井刃脚高差、下沉速度差及锅底形状确定。沉井中偏差应在沉井下沉了1/3～1/2井高以前时基本纠正好，纠正后应谨慎下沉，不再有超出容许范围的位置及方向偏差，否则由于土体形成了约束沉井下沉的“通道”，使沉井难于纠正。

3.4 终沉控制

当沉井下沉至离设计标高1.5～2.0m时，应放慢下沉速度，加强观测，一般控制在30分钟左右测量一次，到接近标高时应不间断的进行测量，严格控制取土深度，防止沉井超沉。根据下沉系数计算，沉井终沉阶段在刃脚和底梁与土体紧密接触时，下沉系数为0.68，沉井完全可以保持稳定。当沉井下沉至标高 -9m时，主要依靠外围1#、2#、 3#、 4#、 5#、 6#、 7#、 12#、 13#、 18#、 19#、24#、 25#、 30#、 31#、 32#、 33#、 34#、 35#、 36#，共20个格仓的排泥设备取土为主，其他格仓的泥浆泵只能根据沉井高差和位移情况进行选择性运转取土，为干封逐渐创造条件，使冲泥格仓锅底逐渐形成，如果当刃脚标高达到-11m时，外围20个格仓仍无法形成锅底，马上减小取土范围，调正为外围四个角1#、6#、31#、36#四格仓取土下沉。

为了防止不利于干封情况产生，自刃脚标高进入-11m之后取土一定严加控制，严格控制下沉速度和锅底深度，下沉速度严格控制在30cm/d以内，如果难以估计终沉速度，可以考虑停止下沉3h，观测下沉量。终沉阶段下沉施工，加强纠偏、纠平，确保高差在30cm以内，位移在17.2cm以内，加大测量频率，每隔1h进行一次高程测量，每12h一次平面位移测量。如果发现下沉速度超过30cm/d时，立即减小取土速度或取土区域。

3.5 高程控制

沉井下沉过程中刃脚高程采用水准仪进行控制测量，下沉前在沉井四角墙面上自刃脚踏面开始每隔10cm高度用油漆做出沉井高度标尺。首先在沉井四角挂四把塔尺，尺底与刃脚踏面平，并测出沉井四角踏面的初始高程，从而计算出刃脚踏面平均初始高程及四角初始高差。初沉时每隔2h用水准仪测量一次四角踏面高程，并计算踏面平均高程和四角高差，作为指导沉井下沉的依据。在下沉过程中根据需要不断提升塔尺，使尺底与前述沉井四角的高度标尺平，记下标高，推算踏面标高。在沉井高差较大、下沉速度较快、初沉及终沉阶段应根据需要加大测量频率。