工业园区雨污水分流设施的沉井施工技术

薛利锋

(中铁十八局集团 建筑安装工程有限公司，天津 300308)

天津市津南区小站镇工业园区雨污河流系统存在很多弊端，无法满足合流处理的需求。尤其是在雨季，管道系统中的雨水会混入大量污水进入到月牙河，对周围水体环境造成了严重破坏，同时也会威胁到地下水的水质。现有建成区的合流制管道设计年代比较长，并且进行了多次改造，路径复杂，各管道衔接处存在不够通畅的问题，难以实现降雨污水顺利排出，对当地的空气、水体造成了较大污染。科学布设沉井设施，不仅能有效解决雨污水难以顺利排出的问题，而且还有助于缓解城市洪涝问题，打造“海绵城市”，促使区域城市社会经济持续增长。基于此，开展工业园区雨污水分流设施的沉井施工技术的分析研究就显得尤为必要。

1 工程概述

天津市津南区小站镇工业园区雨污水分流改造工程建成区新建1套雨水收集、排放管网系统，1座雨水提升泵站，设计规模16 m3/s；拓展区新建1座一体化污水提升泵站、1套污水输送管，设计规模70 L/s。拓展区污水并入现8号路泵站前池，并入后，8号路污水泵站规模由原来的150 L/s扩大至220 L/s；拓展区新建雨水排放口1个，其设计规模9 m3/s。起步区建成较晚，为雨污分流排水体制，其中污水通过8号路泵站提升至1号路泵站，再由6号路泵站转输至双林污水处理厂；雨水通过盛坤新苑雨水泵站，排放至月牙河。拓展区起步较晚，排水系统按雨污分流设计，处在逐步建设完善中，已经具备分流收水条件。本区建有拓展区雨水泵站1座，雨水经拓展区雨水泵站排入四丈河；部分污水则汇入建成区合流管网，最后提升至双林污水处理厂。

2 沉井的特点分析

沉井是深基坑修筑时常用的一种施工技术，先在施工区域内开挖制作钢筋混凝土井身，等达到设计强度之后，分层挖出井身土体，利用沉降自身的重力，克服和土壁之间的摩擦力以及刃脚的反力，促使沉井不断下沉，直到达到设计标高，再进行封底操作。沉降的特点决定了其可以在场地狭窄条件下进行较深施工，而且几乎不会对周围的环境造成影响和破坏，在复杂的水文地质条件下也可以进行施工。与大规模开挖施工相比，沉井土方挖量小，施工速度快，但工序较多，对施工技术的要求比较高，施工质量控制难度大。按照沉井平面形状不同，可分为多种结构形式，具体情况见图1。不同现状的沉井应用范围也不相同，需要结合现场实际情况，选择与之相适的沉井，才能发挥出沉井的优势和应有的作用[1]。

① 圆形沉井；② 方形沉井；③ 矩形沉井；④ 多边形沉井；⑤ 多孔形沉井；⑥ 圆柱形沉井；⑦ 圆柱带台阶形沉井；⑧ 圆锥形沉井；⑨ 阶梯形沉井。图1 沉井平面及剖面形式

3 在工程中应用沉井施工技术的要点

案例工程对沉井施工质量有严格要求，为满足后期持续稳定运行的需求，本工程经过详细的技术、经济比较，再结合切实可行的施工要求，决定采取钢筋混凝土矩形沉井，有效满足了施工需求。

3.1 施工准备

沉井施工工序比较多，需要进入连续施工，这就需要在施工之前必须做好相应的准备工作。除整平场地、布设临时设施、准备水电等之外，还要做好地质勘察、编制科学合理的施工方案、布设测量控制网等，从而为后期沉井的正式施工提供相关参数和指导，保证各道工序能够安全有序地开展[2]。

3.2 制作沉井

制作沉井是沉井施工的关键环节，沉井制作质量直接关系到沉井作用的发挥。为保证沉井施工质量，在制作沉井时要同时从以下两个方面入手：

(1) 搭设刃脚。刃脚也就是沉井的最下部，按照沉井自重、施工荷载的不同，有3种搭设方式：垫架搭设法、砖砌垫座搭设法和土模搭设法。本工程地基比较松软，且沉井自重大，采用垫架搭设方法(图2)，取得了良好效果。

① 刃脚；② 砂垫层；③ 枕木；④ 垫架；⑤ 模板。图2 刃脚支架搭设示意图

在具体搭设中，先在刃脚位置铺设一层砂垫层，再铺设枕木和垫架，对称架设。首先布设8组定位垫架，然后在枕木上支设刃脚及沉井井壁模板，枕木之间用砂填埋充实，并保证枕木中心能够和刃脚中心相互重合[3]。

(2) 制作井壁。本工程沉井深度大，为保证施工质量，在沉井制作时采取了分节制作、分节下沉的方法。井壁模板可选择定型模板，也可以选择滑模浇筑，如果沉井深度比较小，就选择前者；如果深度比较大，则选择后者，但需要分节制作，并保证井壁模板的水平接缝为凹凸型，以提升模板接缝的密实性，避免发生渗漏问题[4]。本工程井壁模板搭设示意图见图3。

① 下部沉井；② 脚手架固定铁件；③ 钢模板；④ 为楞钢；⑤ 对拉螺栓；⑥ 止水片；⑦ 木质垫块；⑧ 顶部撑木；⑨ 脚手架。图3 沉井井壁钢模板支设示意图

所有的钢筋都通过人工绑扎完成，在混凝土浇筑时，通过起重机吊运混凝土吊斗的方法进行分层浇筑，每层浇筑厚度控制在30 cm以下，但要做到对称浇筑，以免发生不均匀沉降[5]。

3.3 沉井下沉系数计算

在沉井正式下沉施工之前，需要提前进行结构强度计算、下沉验算、抗浮验算，以保证总体施工质量能够满足要求。本工程沉井下沉系数计算简图见图4。

图4 沉井下沉系数计算简图

具体计算公式为

K0=(G-B)/Tf

(1)

式中：K0为下沉系数，取值根据土质条件的不同，有一定的差别，总体取值在1.05～1.25；G为沉井自身的重量，kg；B为沉井在下沉过程中受到地下水的浮力影响的大小，kN；Tf为井壁和岩土之间的摩擦力，kN/m2。

流速状黏土井壁摩阻力在10～15 kN/m2，软塑和可塑状黏性土的井壁摩阻力在12～25 kN/m2，粉砂和粉性土的摩阻力在15～25 kN/m2，砂卵石的摩阻力在17.7～29.4 kN/m2。如果沉井下沉系数比较大，就容易发生突沉问题，因此在沉井施工中需要加设隔墙或者横梁来避免发生突沉问题，并要进行下沉稳定性计算，其计算公式为

(2)

式中：K0为沉井在下沉过程中的稳定系数，取值在0.8～0.9；R为沉井施工中地基承受的反力之和。

沉井下沉时，受到浮力、摩擦力等因素的影响，无法顺利下沉。可在不破坏沉井总体结构稳定性的基础上，在顶部堆放一些重物，如沙袋、钢结构等，通过提升沉井自身质量的方法，实现下沉[6]。

3.4 沉井下沉施工

在案例工程施工中采取排水下沉法，通过排水和降水相互结合的方法，促使沉井顺利下沉到指定位置，主要包括以下内容：(1) 明沟联合集水井。通过如图5所示明沟将地下水引入到沉井中，再通过潜水泵将地下水排出，为沉井下沉营造一个良好的条件[7]。当集水井积水量比较少时，可直接通过高扬程潜水泵排出。(2) 井点降水。可在沉井周围布设多个井点，来降低地下水，收集到井中的地下水，可通过潜水泵排出，为沉井下沉施工营造一个无水的环境。(3) 井点和明沟排水相互结合的方法。在沉井外部周围布设井点截水，在沉井内部辅以明沟和集水井通过水泵进行排水[8]，具体施工示意图见图6。

① 水泵；② 胶管；③ 排水沟；④ 集水井；⑤ 钢支架；⑥ 吊架。图5 明沟排水方法

① 真空井点；② 降低后的水位线；③ 明沟；④ 潜水泵；⑤ 深井井点。图6 井点和明沟排水相互结合的排水方法

3.5 沉井封底

沉井下沉到设计位置后，及时进行封底操作(图7)[9]。常用的封底方法有两种，一种是有排水封底，另一种是不排水封底。第一种沉井方法主要先对混凝土进行打毛处理，去除表面浮浆和杂物，并对井底进行修整，形成类似锅底形的井底，开挖排水沟，底部铺设一层卵石，制作成滤水暗沟。在沉井周围设置2个或者3个集水井，深度1～2 m即可，通过盲沟相互连接，插入φ600～800 mm的钢管，用尼龙窗纱外包两层，周围用卵石回填，使井底水流集中到井中，用潜水泵排出，始终确保地下水水位低于基底面50 cm。

① 沉井；② 卵石盲沟；③ 封底混凝土；④ 底板；⑤ 砂浆面层；⑥ 集水井；⑦ φ600～800 mm带孔钢或混凝土管，外包尼龙网；⑧ 法兰盘盖。图7 沉井封底施工示意图

4 施工中遇到的问题和解决措施

案例工程在沉井施工中也遇到了一系列问题，为保证施工质量，依据问题的表现形式及成因进行分析，并且采取有针对性的解决方法，取得了良好效果。

(1) 针对沉井在下沉过程中，井壁与土壁之间存在较大摩擦，沉井的重量比较轻，在摩擦力的影响下，无法完成自主下沉；遇有地下管道、树根等障碍物的情况而发生的悬挂，下沉速度非常慢，甚至局部地引发下沉困难等问题，采取提升沉井的自重，促使沉井能够自由下沉，如加大混凝土浇筑量，或者在沉井顶部加重荷载，将刃脚附件的土层挖开，为沉井下沉提供充裕的条件。如果遇到坚硬地质无法下沉，可采用爆破振动的方法，加快下沉速度，但需要对装药量严格控制，最大不能高于0.1 kg。

(2) 在沉井施工中，如果沉井施工位置为软土层，含水量比较大，承载力差，无法承受沉井的自身重力而下沉速度过快，会影响沉井的质量，容易超过设计深度，不利于保证总体质量。这些问题的解决，主要是通过木垛来支撑沉井定位垫架，同时调整挖土的速度，尤其是刃脚位置的土层先不挖除，采用不排水下沉法进行沉井下沉施工。

(3) 针对土质比较松软，井外四周回填土夯实不及时或不均，下沉速度过快，来不及控制，致使沉井下沉时脱离了允许范围而产生沉井倾斜的现象，应在沉井施工之前进行全方位的地质勘查，掌握地质水文条件，提前制定有针对性的处理措施，控制好沉井下沉的速度，如发现偏移，及时用砂砾填夯实。

5 结 语

本文结合天津市津南区小站镇工业园区雨污水分流改造工程实际情况，分析了沉井施工的要点。分析结果表明，沉井是雨污水分流系统的主要组成部分，受到地质水土条件以及沉井特点的影响。沉井施工难度比较大，不仅需要综合考虑地质条件、地下水高度，而且需要通过一系列计算、验算分析，才能保证沉井下沉的稳定性和安全性，提升沉井一次成功率，实现雨污水的分流处理，降低对周围生态环境造成的影响和破坏。该施工技术经验，可供类似工程学习和参考。