无锡市海洋工程有限公司 江苏 无锡 214400
摘要：介绍了邻近大堤的沉井施工方法和施工工艺,施工中采取了合理的施工方案、沉井施工技术和质量控制措施。具有加快工程施工进度,方便施工。
关键词：取水;沉井;大堤
1 工程概况
××××××取水工程位于常熟开发区金泾塘河口下游约600米处。取水泵房位于长江主江堤（桩号354K~355K之间）背水侧顺堤河的南岸。取水泵房下部结构为整体钢筋混凝土箱型结构，取水泵房平面形状为矩形，其中地下结构的下半部（±0.0~-8.20m）外包尺寸17.5m×13.0m，上半部（±0.0~+5.0m）外包尺寸为16.9m×12.4m，地下结构总高度13.2m，采用沉井施工。沉井刃脚标高-8.2米，砂垫层顶标高+2.0米，沉井下沉深度10.2米。
2 周边环境
取水泵房南侧为长春化工厂区围墙和厂区热力架空管道，北侧紧靠顺堤河和长江大堤。泵房北侧外边线距顺堤河南岸约2.0m，距长江大堤背水侧坡脚约18m，顺堤河宽8米；南侧外边线距长春化工北侧围墙约20m。根据已有管线资料显示在泵房南侧距泵房南侧外边线3~7米范围有一根直径1000mm玻璃钢污水管。详见下图
在勘察期间，经量测，潜水初见水位在地面下1.50m，稳定水位在地面下1.20m之间，相应的黄海标高在2.0m。
4 施工方案
4.1 周边构筑物保护措施
4.1.1 沉井南侧长春化工围墙及热力管道因距沉井距离较远，不考虑加固措施，在沉井下沉前设置沉降观测点，沉井下沉期间进行连续观测。
4.1.2 沉井南侧直径1000mm玻璃钢污水管距沉井距离较近，沉井下沉前将沉井影响范围内30米玻璃钢管道改为钢管并迁移至距沉井南侧井壁15米处，采用弯头与原污水管线连接。
4.1.3 沉井北侧井壁距顺堤河南驳岸仅2米，沉井制作前在顺堤河内安装3根直径600mm长48米导流钢管，对沉井范围内30米河道进行分层填土填埋，待沉井施工完毕后清理河道内填土，拆除导流钢管，恢复河道，两侧驳岸视损坏情况进行恢复，河道两侧驳岸设置沉降位移观测点，沉井制作及下沉期间进行连续观测。
4.1.4 沉井北侧井壁距长江大堤背水侧坡脚约18m，沉井下沉前在顺堤河北驳岸向北2米处沉井东西向范围内30米打设一排直径700mm双头深层搅拌桩，桩间搭接20cm，桩底标高-8.7米，水泥掺量13%，在泵房取水管顶管轴线位置控制深搅水泥掺量不大于8%以保证顶管泥水平衡机头能顺利穿过。
4.1.5 在长江大堤背水侧坡脚、堤顶各设置一排沉降位移观测点，沉井下沉期间连续观测。
4.2 沉井制作方案
4.2.1 分节制作高度
本工程沉井砼总方量约985方，考虑到沉井下部地基承载力较差且北侧紧靠顺堤河，沉井施工方案采用两节制作两次下沉，根据其结构形式分为两节进行结构制作，其具体分节高度如下（以下标高数值为沉井终沉后的标高）：
第一节：制作高度为8.2m，自-8.20m到+0.00m，约675m3混凝土；
第二节：制作高度为5m，自+0.00m m到+5.00m，约310m3混凝土；
4.2.2 砂垫层铺设
为保证沉井结构在制作过程中的安全，采取砂垫层和素砼垫层法来保证制作时刃脚下地基稳定，即将素填土开挖后换填砂垫层并夯实后，再在刃脚下浇筑素砼垫层来进行沉井结构制作。
沉井刃脚及地梁下素砼垫层为： 20cm厚C20混凝土，宽为0.7m，即踏面下每边加宽15cm。素砼垫层施工时，应根据要求立模、浇捣、养护，素混凝土面层标高必须准确，由测量找平、复测，相对高差值不得大于±3mm。
砂垫层厚度根据沉井制作的重量和地基承载力通过计算确定。本工程沉井采取分两节制作，两次下沉施工方法。砂垫层采用满堂铺筑，铺设厚度1米。
4.3 沉井下沉方案
根据设计要求，本工程沉井采用干沉和不排水下沉结合、水下封底的施工方法。结合现场实际情况、沉井下部土层条件，本方案考虑沉井下沉分为两个阶段进行。沉井下沉第一阶段采取干沉法（因下沉初期影响范围较小），第一阶段沉井下沉为7.0m，从沉井刃脚+2.0m沉至-5.0m标高时采用干沉法施工。在-5.0m至-8.2m标高时采用不排水沉法施工，下沉深度为3.2m。
4.3.1 下沉系数计算
在沉井下沉前需再一次核查地质资料，计算沉井的下沉系数，以确保和控制沉井平稳、顺利地下沉。
沉井终沉稳定系数按下式计算：
k =（Q-B）/（T+R）
=（Q-B）/[C（h-2.5）f+R]
其中：Q----沉井自重（kN）
B----被井壁排出的水重（kN）
T----沉井与土间的摩阻力（kN/m2）
C----沉井外壁周长（m）
h----沉井下沉高度（m）
R----刃脚反力（kN）
f----井壁与土的摩擦系数（当下沉范围内土层由不同土层构成时，其平均摩擦系数由下式计算）
f=（f1n1+f2n2+……fnnn）/（n1+ n2……+nn）
f1、f2、……fn—各层土与井壁的摩擦系数（kN/m2）
n1、n2……nn—各层土的厚度（m）
4.3.2 第一次下沉（干沉）
沉井自重：Q=675×25=16875kN
刃脚（含斜面投影面积）、纵横地梁踏面面积：
S=S刃+S梁+S刃斜+S梁斜=23.76+16.76+43.68+25.2=109.4m2
第一次下沉穿越土层2侧壁摩阻力分别为20 kpa，砂垫层下地基土各土层承载力特征值为120kpa，其土层厚度为7.9m。所以：
侧壁摩阻力为：
f=20kpa
地基土承载力为：
R’=120kpa
刃脚反力：R=120×109.4=13128kN
井壁摩阻力：
T=C（h-2.5）f =（17.5+13）×2×（7-2.5）×20=5490kN
终沉时稳定系数为：
k =（Q-0）/（T+R）=(16875-0)/（5490+13128）=0.91
故第一次下沉后期适当掏空刃脚能满足沉井下沉要求，沉至预设标高后向井内灌水能满足沉井二次接高稳定。
4.3.3 第二次下沉（不排水下沉）
沉井自重：Q=985×25=24625kN
刃脚（含斜面投影面积）、纵横地梁踏面面积：
S=S刃+S梁+S刃斜+S梁斜=23.76+16.76+43.68+25.2=109.4m2
沉井第二次下沉施工依次穿越土层2、3、④各土层的侧壁摩阻力分别为20 kpa、22 kpa、12 kpa，砂垫层下地基土各土层承载力特征值分别为120kpa、110 kpa、60kpa，其穿越土层厚度分别为7.9m、0.7m、1.6m。所以：
侧壁摩阻力加权平均值为：
f=(20×7.9+22×0.7+12×1.6)/(7.9+0.7+1.6)
=18.88kpa
地基土承载力加权平均值为：
R’=(120×7.9+110×0.7+60×1.6)/(7.9+0.7+1.6)
=109.9kpa
刃脚反力：R=109.9×109.4=12023.06kN
井壁摩阻力：
T=C（h-2.5）f =（17.5+13）×2×（10.2-2.5）×18.99=8919.6KN
终沉时稳定系数为：
k =（Q-8550）/（T+R）=(24625-8550)/（8919.6+12023.06）=0.77
故二次下沉不排水下沉后期适当掏空刃脚可满足沉井下沉，终沉后满足沉井稳定要求。
4.3.4沉井封底
二次下沉不排水下沉至设计标高且沉降稳定后浇筑水下混凝土进行封底。
5 总结
本工程沉井按以上方案施工周边围墙、管线、大堤均未出现明显沉降位移破坏。在沉井二次接高后顺堤河南侧驳岸出现少量沉降位移，沉井南北出现不均匀沉降在沉井下沉期间进行纠平，顺堤河南驳岸在沉井施工完毕后进行恢复。
针对本工程取水泵房沉井施工总结如下：
1、沉井施工前应对沉井周边构筑物、地下管线及电缆等做详细勘察，必要时应根据管线走向及标志人工开挖探沟勘察。
2、沉井在软弱地基上或者临近岸坡制作时可采取分节制作，分次下沉的方法以保证地基及岸坡稳定，前一次下沉深度应满足下次沉井接高时稳定要求。
3、干沉施工时，操作可见，可控制程度高，下沉速度也相对较快，沉井下沉初期影响范围较小，在对周边构筑物采取切实有效的保护及连续沉降位移观测的基础上，沉井下沉初期可考虑采用干沉法施工，干沉深度应结合沉井影响范围及地下水位情况确定。
4、取水泵房沉井施工周边构筑物采取维护加固措施时应考虑为后期管道施工留有方便。
5、沉井施工期间必须对沉井本身及周边构筑物进行连续的沉降位移观测，并设置警戒值，观测达到警戒值时应立即停止施工，采取加固措施。
论文作者:潘君海
论文发表刊物:《防护工程》2017年第13期
论文发表时间:2017/11/13
标签：沉井论文; 泵房论文; 标高论文; 土层论文; 井壁论文; 驳岸论文; 大堤论文; 《防护工程》2017年第13期论文;