污水處理廠進水泵房沉井不排水下沉施工技術

Summary：在污水處理廠土建工程施工中，進水泵房多采用沉井方法施工。沉井不排水下沉施工技術主要用在土質差、地下水埋藏較淺、土質透水性強等情況下的大型沉井。通過商丘市第二污水處理廠一期土建工程進水泵房建設，介紹水力沖挖不排水下沉施工工藝。Keys：進水泵房、沉井、不排水下沉、水力沖挖。1引言目前，我國很多城市污水處理廠進水泵房廣泛采用沉井施工技術。傳統的沉井排水下沉施工方法在土質差、地下水埋藏較淺、土質透水性強情況下的大型沉井，下沉過程中容易出現涌水、涌砂等風險，客觀上增加了成本投入，需要通過不排水下沉施工方法，提高沉井施工的保證率。2工程概述商丘市第二污水處理廠一期工程位于商丘市城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)內，一期工程建設規(guī)模10萬m3/d。進水泵房為長27.2m，寬13.9m的矩形井，總高度17.2m，沉井部分高度為13.6m，地面后澆段3.6m。沉井部分刃腳厚度為0.9m；井壁厚度0.7m?；炷翞镃30砼，抗?jié)B標號為S8，抗凍標號F150。沉井下沉自上而下分別穿越①粉土、②粉質黏土、③粉質黏土、④細沙層。場區(qū)地下水位埋藏較淺，且④層細沙在②層、③層粉質黏土相對隔水作用下，具有一定承壓性，沉井挖土時存在流砂、突涌風險。3主要施工技術沉井不排水下沉施工技術主要包括：沉井制作、沖挖設備安裝、初始（無水）沖挖、水下沖挖下沉、沉井就位、清理混凝土接觸面泥漿及鋪設碎石墊層、水下混凝土封底。以下結合工程實例予以說明。3.1沉井制作3.1.1砂墊層及混凝土墊層本工程換填厚1m、寬3.2m的砂墊層，C20混凝土墊層厚25cm，寬1.5m。根據文獻[1]進行驗算：——砂層底部地基土的承載力設計值，根據地勘報告①粉土承載力為130（K）。——砂墊層的厚度（m）。——沉井井壁單位長度重量（KN/m）。——砂的天然容重（KN/m3）；取15KN/m3。L——素混凝土的寬度（m）。a——砂墊層的壓力擴散角（°），取30°。計算得：P=130KPa≥+15×1=90.46KPa，滿足穩(wěn)定性要求！砂墊層換填分層攤鋪碾壓，分層厚度不大于30cm,采用20t壓路機碾壓。為方便沉井下沉時混凝土墊層破除，混凝土墊層按每2m設置一條斷縫。3.1.2沉井制作在混凝土墊層上立模澆筑沉井。沉井分三節(jié)澆筑，第一節(jié)澆筑高度3.3m；第二節(jié)澆筑高度5m，；第三節(jié)澆筑高度5.3m。3.2沖挖設備安裝在沉井旁設蓄水池及沉淀池，蓄水池安裝4臺15KW高效率三相異步電動機，DN55mm橡膠管連接水槍(噴嘴口徑φ15mm)。井內安裝兩臺22KW潛水泵用于吸泥。連接輸水管路和泥漿輸送管路，在沉井頂部搭設設備控制臺。圖3.1設備安裝平面布置圖3.3初始（無水）沖挖高壓水槍，在沉井中央沖出一個集水坑，將泥漿泵的吸泥管置于集水坑內。按照“先中間，后四角，先鍋底，后刃腳”的原則對稱沖挖進行。以沉井中心點為中心，形成中心大鍋底的形狀，再由中心梯度向四周擴展，鍋底深度保持1m左右，四周刃腳土埂保留80cm左右。沉井由于自重而下沉。整個沉井對稱開挖，每2小時測量一次下沉量，控制沉井四個角高差不大于20cm。沖挖至沉井下沉3.5m（地下水位標高），結束初始（無水）下沉施工，拆除泥漿泵、設備控制臺。往井內注入清水至刃腳面上1m，保持沉井穩(wěn)定。圖3.3-1初始（無水）沖挖示意圖3.4水下沖挖下沉3.4.1水下沖挖裝置設計在兩臺25KW潛水泵兩側對稱安裝兩支水槍噴頭(噴嘴口徑φ15mm)，并在頂部加裝吊裝連接件。圖3.4.1水下沖裝置設計圖3.4.2水下沖挖設備安裝15KW高效率三相異步電動機，通過DN55mm橡膠管連接至水下沖挖裝置的水槍噴頭；排泥管與水下沖挖裝置出水口連接。采用兩臺16t汽車吊分別將改裝好的沖挖裝置放入沉井底部。沉淀池安裝1臺9.2KW的潛水泵，并將DN125水管接至沉井頂部。3.4.3水下沖挖下沉利用高壓水槍沖挖土體，25KW潛水泵抽排泥漿。通過16t汽車吊控制牽引繩移動水下沖挖裝置，遵照“先中間，后四角，先鍋底，后刃腳”的原則，以整個沉井的中心點為中心，形成中心大鍋底的形狀，由中心梯度向四周擴展，每個下沉循環(huán)鍋底深度保持1m左右，四周刃腳土埂保持40cm左右。整個沖挖過程利用沉淀池安裝的9.2KW的潛水泵往井內補水，保持井內水位高于地下水位1m以上。圖3.4.3水下沖挖下沉示意圖完成一次開挖后（每次開挖深度1m），關閉高壓進水泵，停止補水。保持水下沖挖裝置抽排井內泥漿，降低井內水位，使沉井依靠自重下沉。降水時同步測量沉井四角下沉情況，如沉井不均勻下沉，優(yōu)先沖挖下沉較慢的角下原先保留的土埂，然后沖挖兩條邊下土埂，控制沉井對邊高差不大于20cm。一次下沉完成后往井內注水，保持井內水位高于地下水位1m以上。如此重復沖挖使沉井持續(xù)下沉。3.5沉井就位沉井刃腳踏面距設計位置1m左右時（最后一次沖挖前）。根據沉井累計偏差，做一次調平沖挖，本次沖挖下沉控制在50cm左右。沉井調平后沖挖下沉至設計標高上3cm。往井內注水至地下水位，保持井內外水壓平衡后進行8小時的連續(xù)觀測，累計下沉量小于10mm，沉井就位穩(wěn)定。3.6清理混凝土接觸面泥漿、鋪設碎石墊層安排潛水員下底摸排、沖洗與封底混凝土接觸的刃腳面泥漿，在沉井底部鋪設一層30cm厚的粒徑為40～150mm粗碎石墊層。3.7水下混凝土封底本工程水下封底厚度為1.43m，根據文獻[2]可得采用水下C30混凝土封底滿足抗浮及強度要求。制作兩根水下混凝土澆注導管。每根導管由6根2m和1根1.5m的Q235aDN300mm鋼管制成，導管用法蘭連接；料斗混凝土容量為4.8m3。采用兩根32b工鋼穩(wěn)定料斗，導管口距碎石墊層30cm。按照隔墻和底梁位置將封底混凝土分成10個倉，整體從西側依次往東側逐倉澆注，第一倉和第二倉采用一根導管澆注，第二至第十倉采用兩根導管同時澆注；混凝土面高于底板凹槽底10cm。水下混凝土養(yǎng)護14天后抽除井內水，鑿除10cm混凝土浮漿，進行鋼筋混凝土底板施工。圖3.7-1水下混凝土澆注平面圖圖3.7-2水下混凝土澆注示意圖4施工設備根據商丘市第二污水處理廠一期土建工程進水泵房沉井不排水下沉施工方法，投入以下施工設備。表4主要施工設備數量表序號機械或設備名稱功率/型號數量備注1水下沖挖裝置25KW潛水泵+水槍噴頭2套2泥漿泵22KW2臺3高效率三相異步電動機15KW4臺4潛水泵9.2KW2臺5汽車吊16t2臺6橡膠管DN55240m7橡膠管DN125220m5質量控制5.1下沉速度控制（1）沉井初沉階段：每隔兩小時測量一次下沉數據，下沉速度嚴格控制在0.2-0.5m/d，刃腳高差20cm以內。（2）沉井中沉階段：仍以緩慢為主，緩慢控制下沉，每次抽水下沉時隨時測量下沉數據，指導糾偏，保證下沉過程中緩慢下沉，避免出現突沉或傾斜。（3）沉井終沉階段：即距設計標高還有1m時，先下沉50cm調整沉井下沉高差，減緩下沉速度，糾偏為主，做到有偏必糾，速度宜在0.2-0.5m/d，將沉井調平。最后50cm速度宜在0.2-0.5m/d，控制沉井整體下沉，當沉井刃腳踏面距離設計高程3cm時停止下沉。注水穩(wěn)定。沉井封底前自沉速率應小于10mm/8h。5.2沖挖控制（1）四個角之間，高差不大時，應力爭同時沖挖，保持泥面相對在同一高程。如果沉井偏斜趨勢增大時，開挖情況應根據偏斜情況及時加以調整。（2）嚴格控制刃腳外土埂，為保證沉井受力均勻，內部應力沒有集中現象，在刃腳全支承不能滿足下沉要求時，需在刃腳處取土，做到均勻、對稱、同時、層層剝離，循序漸進。（3）下沉時測量四角高差，偏位情況，及時了解下沉速度，并進行糾偏。特別要控制好沉井在初始下沉階段的下沉軌跡。5.3沉井糾偏控制根據工程的施工條件及土質情況，如發(fā)現偏斜，視具體情況分別對策。（1）開始入土較淺時，如發(fā)生傾斜，只需在刃腳高的一側進行取土，在刃腳低的一側保留較寬的土埂；（2）入土較深時，可在刃腳高一側隨著沉井的下沉逐漸糾正偏差，糾偏位移時，可故意使沉井向偏位方向傾斜，然后沿傾斜方向下沉，直到沉井底面中軸線與設計中軸線重合或接近，再糾正傾斜，直到調整到容許范圍內。（3）沉井位置如發(fā)生扭轉，可在沉井的兩對角除土，借助刃腳下不對稱的土壓力所形成的扭矩，使沉井在下沉進程中逐步糾正到位。所有偏差在下沉到距設計標高0.5m以上時，基本糾正好，然后謹慎下沉，在沉井刃腳接近設計標高50cm以內時，不允許再有超出允許范圍的偏差。6施工效果商丘市第二污水處理廠一期土建工程進水泵房沉井通過運用不排水沖挖下沉施工工法，我們解決了地下水位埋藏較淺，透水性強，且易產生流砂、管涌風險地質的沉井施工，確保了施工安全。沉井下沉到位后刃腳平面中心位置偏差6cm，滿足規(guī)