摘要：污水处理厂进水泵房的施工有不同的施工方法，根据不同的地址状况和施工环境，这些施工方法从成本和技术角度来说各有优势，而在面对深度大、有大量地下水等恶劣环境时，沉井施工相对具有得天独厚的技术优势。沉井制作方案的选择、降水方案的选择、下沉安全系数的计算、刃脚支设、下沉过程控制等，都是监理控制的重点。
关键词：沉井；施工工艺；下沉过程控制
1、项目工程概况与地质概况
1.1工程概况
某大型污水处理厂进水泵房，呈矩形，为钢筋混凝土结构。下部长31.60m，宽28.70m，井高20.50m，下沉前制作高度18.50m，内纵隔墙3道，横隔墙2道，横底梁2道，设计地面标高77.80m，起沉标高75.80，终标高57.50m，大小分20个格仓。实际沉井基坑换填时挖深，起沉标高降低，下沉约17.0左右m。
下沉工艺，设计为排水下沉，干封底，厚度约2.0m。
1.2工程地质情况
施工现场为农耕区，地势较平坦，施工现场影响范围内无建筑物，无已知地下管线。
岩土工程地质特征参数
1.3水文地质条件
工程区内无地表水通过，地下水类型为孔隙潜水，其补给来源主要为大气降水补给，地下水受大气降水影响较大，勘察期间地下水埋深约2.65-6.60m，平均水位埋深4.58m，稳定水位标高为69.32-73.97m，平均水位标高71.59m，主要埋藏于2、4、6层砂层和3层粉土层中。场地内潜水主要受季节和人为活动影响，正常情况下变化幅度2-3m左右，粉土渗透系数取0.6m/d，属弱透水层，粉砂渗透系数取5m/d，属中透水层，中砂渗透系数取13m/d。
2、沉井施工方案设计
2.1沉井施工方法
挖出上部耕植土到起沉标高，进行基础换填，浇筑刃脚素混凝土垫层。分两次制作钢筋混凝土井身，待达到一定强度后，结合地质状况，采取高压水切割，泥浆泵抽排的方法清除井内土方，沉井筒身依靠自重克服其与土壁之间的摩阻力，不断下沉直至设计标高，然后进行干封底处理。
2.2沉井降水方案的选择
本工程采用井外管井降水与井内抽排相结合的降水方案，根据现场情况初步布置20口降水井，井深35m，根据不同位置地层分布，间距为7-10m，井管外径400mm，降水井中心距构筑物结构外边线8m，观察井位置根据现场情况适当布置在沉井周围。选用潜水泵型号为50WQ20-22-4（共24台，其中4台备用）
2.3降水井的构造与设计
井口：钻孔直径Ø600mm，管井入土管度35m，管基坑中的管井加管2m。井口要高出地面以上0.2m，采用优质黏土或水泥浆封闭。
井壁管：采用预应力钢丝混凝土管，壁厚ø50mm外直径为400mm。
过滤管：地坪5m以下设置滤水管，井管底部以上0.5m起设置滤水管，外包两层30目和40目的尼龙网，滤水管的直径与井壁管的直径相同。
沉渣管：沉渣管接在滤水管底部，直径与滤水管相同，长度为0.5～1米，沉渣管底部用铁板封死。
填砾料：滤水管部位采用颗粒磨圆度较好的4#砂（瓜子片）围填，围填部位从井底部向上至滤水管顶部以上（各井的围填高度根据含水层的顶部管度而定）在填砂部分以上围填粘性土止水。
封孔：采用优质黏土封孔。
与其他降水方法相比，采用该方法降水不但施工方便，降水效果好，而且能有效防止遇到流沙质粉土层可能发生的流砂或管涌等不良现象发生，保证沉井施工的安全和顺利进行。
2.4沉井施工工艺及流程
根据施工方案，下沉实施降排水水力冲吸泥下沉（井外深井降水），井内使用高压射水（压力8kg/cm2）对土体进行切割、冲刷、搅和，使土体形成泥浆。同时由吸泥泵将泥浆吸排至井外，循环作业，促使沉井逐渐下沉。
井内射水（高压水枪，对土层冲、刷、搅和），选用 IS单级离心清水高压泵，其性能参数如下表：
井内吸排泥浆、中转泥浆选用NL型泥浆泵机组，其工作性能参数表：
井内布置吸泥设备6套NL150-15型6"吸泥泵，6套NL150-15型6"中转泵，井外高压射水泵6套，供井内高压水枪冲土。井外视情布置中转泥沙泵3套。泥浆池内如需排回水，将布置3套NL150-15型6"吸泥泵，直接将回水排至指定区内。
实施流程
沉井下沉施工流程图
3、下沉系数的验算：
3.1.沉井下沉终沉系数K1应≥1.1
K1=G/f+R1+S=10492/5280+3057+0≈1.27 满足终沉要求
式中：G 沉井结构自重（约）
f 摩阻力
R1：1、刃脚踏面100%、斜面反（承载）力100%
2、隔墙、底梁底面反（承载）力（下沉时基本掏空
设为0）
S 浮力（排水下沉为0）
3.2．沉井下沉到位稳定系数K2应<1
K2=G/f+R2+S=10492/5280+6137+0≈0.92 满足到位稳定要求
式中：G 沉井结构自重（约）
f 摩阻力
R2 1、刃脚踏面100%、斜面承载力100%
2、隔墙、底梁承载力（基本着土）
S 浮力（排水下沉为0）
4、沉井刃脚的支设
沉井下部为刃脚，其支设方法取决于沉井的重量，施工荷载和地基承载力。
根据本工程的具体施工条件，经与各方研究讨论并认真计算，把传统的垫木改为换填中砂加素混凝土垫层的施工方式，加快了施工进度。
4.1 砂垫层设计尺寸计算方法如下：
a.砂垫层厚度，根据沉井重量和地基土承载力确定
G/（ι+hs）≤fa
得hs≥G/fa-ι
式中：G--沉井的单位长度重量（KN/m）
fa--地基承载力设计值（KN/m2）
hs--砂垫层的厚度（m）
ι--刃脚垫层宽度
b.砂垫层宽度：
B≥b+2ι
4.2 砼垫层的厚度计算：
h砼=（G/R1-b）/2
h--砼垫层厚度（m）
G--沉井单位长度重量（KN/m）
R1--砂垫层的承载力设计值一般取（100KN/m2）
b--刃脚踏面宽度
5、本工程特点
（1）本工程周围建构筑物较多，涉及面广，结构复杂。
（2）沉井井深较深，深20.5m，面积较大，平面面积906.32㎡。
（3）软土地基施工，一次下沉，沉降速度较难控制。
（4）地下水较为丰富，给管井井点降水、沉井下沉、干封底造成一定困难。
（5）粗格栅西约19m位置有一座进水闸门井，沉井下沉过程可能对进水闸门井产生不利影响，许考虑施工先后顺序。
（6）根据地质勘察报告，施工场地内地下水位较高，而沉井采用排水法下沉，故沉井下沉时，需采取降水措施，使地下水位始终保持在冲土面以下位置。
（7）沉井封地采用干封底，故需在沉井封底时，采取降水措施使地下水位保持在标高57.000m以下。
（8）此外在沉井下沉过程中，降水井可以作为水冲法沉井的水源。
6、沉井施工监理控制要点
6.1、沉井制作
当沉井第一节混凝土设计强度达到100%，其上各节达到70%强度以上时，沉井方可进行混凝土垫层的拆除。
6.2沉井下沉：
在前面工作做到位，提前启动降水或抽水系统，进行安全质量技术交底后，实施冲吸法（排水）下沉，由高压泵射水（压力8kg/cm2），来进行土体切割、切削、冲刷、搅和，使土形成泥浆，同时由水力吸泥泵将泥浆送至井外弃土场。
初沉：排水下沉的关键在于泥泵排水能力和控制沉井位移，尤其是初始下沉阶段至关重要，它是沉井下沉的奠基段，既能检验沉井下沉方案的可行性，又能检验下沉的控制措施。冲泥时，可先在水力吸泥机的吸泥龙头下方（一般均选在控制线区域内锅底中央），冲挖出一个直径约为2.0～2.5m的集泥坑。然后用水力冲泥机开拓各个方向通向集泥坑的水沟2～4条，沟的纵向坡度3～5%。此后，即可向四周开挖锅底，为了防止沉井突然下沉，引起很大的偏差，以及减少井外土的扰动坍塌等情况，可在沉井四周刃脚旁保留0.5～1.0m的土堤。待锅底开挖完毕，井内控制线范围内泥面标高一致后，再逐渐均匀地冲挖土堤，第一步先冲除四角处的土堤，第二步再冲除四周土堤，最后冲除中位点处土堤，使沉井下沉。
井孔格之间，在沉井偏斜不大时，应力争同时冲挖，保持泥面相对在同一高程。如果沉井偏斜趋势增大时，井孔之间的开挖情况应根据偏斜情况加以调整。对于离集泥坑较远的井孔（格），当冲沉井四角和井壁处土堤时，泥浆从那里流到集泥坑有时是很困难的，为了不使集泥坑和集泥水沟之泥砂沉淀，经常用一个水力冲泥机反复冲刷和搅动。一方面用它将沉井最远处的泥砂冲至集泥坑；另一方面还可以把集泥坑冲深，搅动泥浆，并清除堵塞在吸泥龙头网罩上的杂物。
中沉：当沉井下沉2m左右，已初步形成导向（轨迹），可适当加快沉速，取土方法控制同上。
沉井的终沉阶段：当沉井距标高2.0～1.0m时，进入终沉。此时应减慢下沉速度，加强沉井的观测、以纠偏为主，严格控制取土深度和速度，减少锅底深度，必要时可停机观察。既要考虑能克服外摩阻力、刃脚踏面反力顺利下沉，但又要注意沉井到位时沉井稳定，不再往下沉，发生超沉事故，使沉井终标高控制满足施工验收标准。所以这就要求刃脚踏面下土面高程不低于到位标高（保足预留量、必要时就位需反锅底），刃脚踏面、刃脚斜面、纵横隔墙、底梁均须着土，确保沉井到位稳定，当下沉进入预留标高后，井外回填至井口平，并碾压实，让动摩阻力逐步转为静摩阻力，当8小时累计下沉不超过1cm，方可进行下道工序：干封底，浇筑素混凝土。
6.3预防措施和解决办法
沉井下沉过程中产生位移、偏差、倾斜、地面沉降是必然的，实际下沉的过程就是纠偏、调正的过程，做好下列工作：
⑴、观察分析，严格控制取土，低处软土少取或不取，高处硬土多取，待正位后再均匀取土，逐渐取余土。
⑵、对称、均匀折除垫层，及时调整方位和用砂回填夯实。
⑶、清除障碍物。如遇到孤石，先将孤石周围土体清除，小块的直接吊运出井，大块的采用机械或爆破的方法将其破碎，然后吊运出井。
⑷、平衡井外侧压力，相反在低处加大外侧压力，促使井正位。
⑸、加强测量的复核工作。
⑹、尽量减少再次同方向的倾斜，有意的向相反方向允许的倾斜，或者继续往下沉，直到刃脚处中心线与设计中心线位置相吻合或少许超过，再将倾斜纠正。
6.4沉井下沉施工测量控制及观测系统：
沉井位置标高的控制，在沉井外部地面及井壁顶部四面设置纵横十字中心控制线，水准基点，以控制位置的标高。沉井垂直度的控制，在井内按4等分标出垂直轴线，各吊线锤一个对准下部标板来控制。取土时随时观测垂直度，当线锤离墨线达5cm，或四面标高不一致时，应即纠正。在井外壁上四面靠角用油漆喷画出标尺，水准仪观察沉降。沉井下沉中应加强位置，垂直度和标高（沉降值）的观测，正常每班标高至少测量四次，位置48小时一次，并做好记录，如倾斜、位移和扭转，及时通知值班人员，指挥操作人员及时纠正，使偏差控制在允许范围内。
沉井下沉影响范围理论上为1：1，对周边土体产生扰动，导致井外地面产生下陷是必然的，下沉前基坑内须进行砂回填填平，如果采取降水措施得力后，影响范围将会缩小。
在沉井下沉影响范围外布设高程控制点，对重要建筑物进行定期沉降观察。防止下沉对周围构筑物造成影响。
下沉过程各井孔泥面等高线测量、统计绘制成表，定时测量，用于掌握下沉进度，采取调纠措施，做到有控下沉。
7、沉井质量监控措施
加强技术管理，做好技术交底工作，落实好各级员工岗位责任制。
施工机械均能满足施工要求，操作人员应有高度的责任感和足够的实践经验，使取土工作统一协调，听从指挥。
根据沉井塌方情况，做好回填工作。
加强对周围的观察，发现情况及时上报，采取措施。
现场施工负责人、技术人员要随时研究沉井各高程的变化。有效地控制下沉速度、趋势及时调整取土位置、深度、速度，确确实实做到有控下沉。注意：1.严格控制高差，不能产生较大的偏差。2.沉速以慢、稳为准。3.水枪禁止冲至刃脚外，严防产生塌方。4.四周保留土堤。5.调整好高压水枪压力。6.及时排除机械故障。7.做到回水通道畅通，泥浆池不坍塌及回填及时。周边的土堤不取或少取，迫使沉井靠自重挤土下沉。
本工程下沉土层是砂、粉土层为主，井外深井降水必须超前启动，地下水位始终保持在下沉取土深度以下1m左右。避免因水降不到位，井外水土流入井内，产生塌方，产生大的偏差。
泥浆出口处、排放区，派专人操作值班，配备对讲机联络，一旦出现故障随时停止冲吸土，待处理好后再施工。
注意对沉井外侧土体的保护，及时将沉井外侧积水排走（排水下沉），以避免土体受浸泡，产生穿孔塌方。
本沉井结构偏重，容易产生高差，下沉时，重的一侧周边应多留土，以保持平衡下沉。
沉井姿态控制：
沉井姿态的控制，也就是高差、位置的控制。下沉过程中高差的测量，在井的两端各架一台水准仪，每2小时测一次，将测量结果随时报送到值班负责（技术）人，由他们根据结果指挥取土；位置控制是指位移、扭转的控制，每48小时测量一次，根据测量结果，如果超出正常范围，及时采取相应的纠正措施。
沉井的位移纠正措施：沉井位移一般都是往高的一边移；那么故意使沉井向偏位方向倾斜，然后再沿倾斜方向下沉，直至沉井底面中轴线与设计中轴线的位置相重合或接近时再将倾斜纠正或稍微向相反方向倾斜等，最后调整至使倾斜和位移都在允许范围内为止。
据前面的稳定验算，在预留斜面土体，隔墙底梁底面着土，应该稳定，但为确保沉井到位不再沉，当沉井进入预留标高，井外立即回填至井口平，并夯实，増加外摩阻力，以保证稳定。
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论文作者:李军1,赵学海2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
标签：沉井论文; 标高论文; 泥浆论文; 泥坑论文; 位置论文; 位移论文; 测量论文; 《基层建设》2019年第13期论文;