深厚淤泥质土层条件下泵房沉井施工技术探讨

李招群

（福州水务集团有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

城市污水处理厂进水泵房一般设置较深，通常采用沉井工艺施工。当沉井布置在深厚淤泥质土层时，由于淤泥层承载力低、含水量大、抗剪强度低，沉井在下沉的过程中易产生突沉、偏沉滑移、井内涌水以及沉井下沉速度与方向难以控制等问题[1-3]。因此研究深厚淤泥质土层条件下泵房沉井的施工技术十分必要。本文以福州市某污水处理厂的进水泵房沉井为例，介绍在深厚淤泥质土层条件下泵房沉井的特点，以及在准备阶段、下沉阶段、封底阶段的施工工艺和技术要点，以期为同类型泵房沉井施工提供参考。

1 工程概况

1.1 项目简介

福州市某新建污水处理厂，设计规模为10万m3/d，出水执行一级A标准。主要构筑物包括粗格栅进水泵房、细格栅及曝气沉砂池、AAO生化池、二沉池、高效沉淀池、反硝化滤池、鼓风机房、综合楼等构筑物，总占地面积约70亩，构筑物之间布置较为紧凑。进水泵房距离周边的细格栅及曝气沉砂池和AAO生化池分别为6.8m和8.5m，进水泵房周边平面布置图如图1所示。

图1 进水泵房及周边构筑物平面布置图

进水泵房采用沉井工艺（如图2所示），沉井深度为18.4m，沉井尺寸为22.4m×12.2m，底板厚度0.6m，底板下设置C30素混凝土封底厚1450～1600mm，井壁厚度0.8m，顶板厚度0.2m。沉井内设有底梁及隔墙。沉井内设有9道3 层框架梁，下面两层框架梁截面尺寸为600mm×1000mm、顶层框架梁截面尺寸为600mm×800mm。

1.2 地质条件

根据沉井位置的地勘报告，拟建场地的地基岩土层从上至下依次为：①杂填土；②淤泥；③粉砂；④淤泥质土。其中第②、④层土为软弱土，厚度合计超过20m。沉井位置的地面标高约6.60m，地下水位为5m。该点的土层分布情况见表1。

表1 土层分布情况表

1.3 施工特点

（1）该工程泵房沉井处于深厚淤泥质土层的地质条件下，软弱土层合计超过20m，淤泥质土层不仅地基承载力低，而且抗剪强度低，沉井在下沉的过程中易产生突沉、偏沉滑移等问题。

（2）因项目各构筑物之间布置较为紧凑，进水泵房沉井距离周边的细格栅及曝气沉砂池和AAO生化池较近，下沉过程可能会影响到周边构筑物的安全。

2 泵房沉井施工技术分析

2.1 施工方案与工艺流程

2.1.1 施工方案

沉井采用钢筋混凝土结构，鉴于深厚淤泥质土的地质条件，地基承载力低，采用一次下沉沉井不仅存在沉井制作时高大模板在施工过程的安全风险，而且下沉前的地基处理成本高。故该工程沉井下沉分五节浇筑，两次下沉的施工方案：

第1节：第1次浇筑高度为3.75m，刃脚+0.20m井壁；

第2节：第2次浇筑4.15m（一层框架梁顶+0.20m井壁）；

完成第1节、第2节浇筑后下沉到位后浇筑第三节；

第3节：第3次浇筑4.6m（二层框架梁顶+0.20m井壁）；

第4节：第4次浇筑4.5m（三层框架梁顶）；

第5节：第5次浇筑1.4m（后浇线至顶板）。

沉井下沉拟采用履带式起重机抓斗进行挖土以及采用不排水长臂挖机进行配合挖土，根据施工情况，配合采用水力机械吸泥下沉。不排水下沉可以有效避免因为降水沉降而导致周边建筑物不均匀下沉等问题发生[4]。

2.1.2 施工工艺流程

（4）沉井施工的工艺流程：施工准备→测量定位→基坑开挖→垫层基础→刃脚制作→沉井井壁第1节、第2节制作→沉井下沉→井内排水→刃脚填砂处理、井内平整及支架垫层浇筑→内外脚手架搭设→沉井井壁第3节、第4节制作→内外脚手架搭设拆除→沉井下沉→素混凝土水下封底→底板施工→胸墙、隔板施工→第5节及顶板浇筑。

2.2 施工准备阶段技术要点

因场地构筑物布置紧凑，泵房沉井距离细格栅、鼓风机房较近。为了减少沉井施工期间对周边构筑的影响，施工应先于其它临近构筑物（细格栅及曝气沉砂池、生化池等单体），以避免对其它单体构筑物产生影响。同时，在沉井施工前，四周1.5m的距离采用单排Ф600@400单轴水泥土搅拌桩+内插钢桩H488×300×11×18的方案对土体进行加固隔离。高压旋喷桩桩顶标高5.5m，长度约21.0m，进入淤泥质土不小于1.5m，水泥采用P·O42.5 水泥，水泥掺入比为20%，水灰比取0.50～0.6。水泥土无侧限抗压强度为1MPa；钢桩桩顶标高5.5m，桩长18m，插一跳一布置。

因第1次下沉完成时沉井着落于软弱土层上，因此在下沉的沉井刃脚、内隔墙底下预打水泥搅拌桩确保沉井下沉过程中的稳定性。加固隔离的水泥搅拌桩+钢桩和改善下沉稳定性的水泥搅拌桩布置如图3所示。

图3 水泥搅拌桩布置图

接高时改善沉井下沉稳定性的水泥搅拌桩施工时应注意以下几点：

（1）位置要准确，桩位尽可能与井壁外边线相切，以免沉井下沉时水泥土挤至井壁以外，失去改善支撑稳定性的作用。

（2）水泥搅拌桩（刃脚底）桩顶标高-0.900，长度3.5m，桩顶标高位于第1次下沉后刃脚底；水泥土搅拌桩（内隔墙底）桩顶标高-0.400，长度3.5m，桩顶标高位于第1次下沉后内隔墙底。

（3）改善沉井下沉稳定性的水泥搅拌桩水泥采用P·O42.5水泥，水泥掺入比为8%，宜适当加入膨润土等外加剂，水灰比取0.50～0.6。水泥土搅拌桩无侧限抗压强度为0.6MPa。

2.3 下沉阶段施工技术要点

2.3.1 下沉过程施工技术

根据现场施工条件选择铺设混凝土垫层，刃脚混凝土强度达到100%后，才可以凿除刃脚下混凝土垫层。沉井下沉前混凝土应达到设计强度，下沉时应严格控制取土速度，同时利用井内回灌水的措施控制好井内水位高度，保证井内水位高于井外水位不少于1m，避免沉井内外压力差过大，防止土体涌入和突沉等情况，避免周边土层沉降过大。井内挖土须对称均匀并注意加强观测，如遇倾斜移位应及时纠正，防止突沉。沉井分节下沉时，每节井壁上端的环向或水平向钢筋需增设6根直径25钢筋。施工缝处混凝土应振捣密实，浇捣下次混凝土前应清理施工缝，将表面松散浮离部分凿掉，用压力水冲洗，并在结合处用纯水泥浆涂刷两遍，水胶比不大于0.50，然后在施工缝处加设钢板止水片。

2.3.2 施工过程监测

沉井施工监控等级为Ⅱ级，施工监控内容为：地表沉降、刃脚踏面上土压力变化、沉井下沉深度及井体偏斜量、地表水位观测及井内水位变化、沉井周围2～3倍下沉深度范围内的建筑物的沉降和水平位移、井底隆起。

2.3.3 施工稳定性验算

沉井下沉前应进行下沉系数及接高稳定性进行验算。沉井施工在第1 次下沉完成且终沉监测稳定后进行第3节、第4节沉井的井壁接高制作，但接高过程容易因结构自重增加而导致原本已经稳定的沉井发生突沉，特别是第1次下沉后，沉井坐落于软弱土层上的情况。经过水泥搅拌桩改善后土层应保障沉井的接高稳定性验算kc大于1.0。按照kc大于1.0反算处理后应达到的极限承载力，按建筑地基处理规范，淤泥土qs=4～7kPa，取5kPa，桩间土发挥系数0.1～0.4，取0.2。通过验算，当采用D=600mm的高压旋喷桩，长度为3.5m，间距为0.6m可以满足达到接高稳定性验算kc大于1.0测算的地基承载力的要求。

2.3.4 沉井的下沉控制

主要控制沉井下沉量及沉井中轴线的位移[5]。初始阶段应至少每2h测量一次。如有必要，应进行连续观察以纠正偏差。下沉速度控制在50cm/d。终沉阶段观测频次为1h。当沉降量接近设计标高时，应加强观察，只有在8h内沉降量不超过10mm时，才能封底。沉井在下沉前2m以内的速度应较慢，并应严格控制沉井刃脚的高度差，以形成稳定的下沉轨迹。最终下沉的时间（即最后2m以内）应较慢，并且下沉应在设计标高之上约20cm处，停止挖掘，加强观察并纠正任何偏差，以使沉井稳定并达到设计位置。沉降下沉施工质量，需符合国家现行有关施工验收规范标准，刃脚平均标高与设计标高的偏差不超过10mm，沉井水平位移不超过下沉总深度的1%，沉井四角中任何二角的刃脚面高差不超过20mm。当沉井沉至设计标高，沉降趋于稳定时，方可封底。沉井各阶段制作及下沉情况示意图见图4。

图4 沉井各阶段制作及下沉情况

2.4 封底阶段施工技术要点

当沉井下沉到距离设计标高0.1m时停止挖土，沉井下沉至设计标高，经过观测8h下沉量不大于1cm，或沉降率在允许范围内，说明下沉已经稳定即可进行封底[6]。

沉井采用不排水下沉，沉井下沉及封底施工期间，井外地下水降水至0.5m以下的标高要求，地下水位可根据沉井下沉情况进行适当调整。当下沉接近设计标高时，应保留适当预沉量(50～100mm)，当沉井趋于稳定后，将井底泥清除干净，新老混凝土接触面用水冲刷干净。封底采用C20水下混凝土素混凝土（厚1000～1500mm），所用材料采用提升导管法浇筑。在整个浇筑过程中，应经常不断用测绳测量水下混凝土面上升情况，以及毛竹杆摸测扩散半径，同时通过导管上的刻度和测绳测得的水深，算出导管下口的标高，掌握导管下口埋入混凝土的深度。为防止上浮力较大而破坏混凝土，可在水下设置引渗漏的滤鼓，待水下封底混凝土达到需要的强度后，从沉井中抽水，然后施工底板钢筋混凝土。

3 结束语

综上所述，在深厚淤泥质土层中的沉井施工，下沉的过程中易偏沉滑移。为了防止影响周边（建）构筑物，施工应先于其它临近构筑物。如周边（建）构筑物距离较近，建议在沉井周边对土体进行加固隔离。

在深厚淤泥质土层中的沉井，若沉井深度较深，采用一次下沉沉井不仅存在沉井制作时高大模板在施工过程的安全风险，而且下沉前的地基处理成本高，建议采用分阶段下沉的方式。同时，在第1阶段下沉完成位置的刃脚下预打水泥搅拌桩形成联排桩式的地下连续墙，对于沉井井壁形成具有一定强度的支撑，可改善沉井的接高稳定性。