某污水處理廠沉井的施工

高創(chuàng)奇,趙青山

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)二公司,成都,610091)

1 工程規(guī)模及地質(zhì)條件

在某污水處理廠粗格柵間及污水提升泵房中,泵池部分為一直徑8m、深12.4m的沉井,分兩節(jié)澆筑,第一節(jié)9m,第二節(jié)待下沉到位后接打。池壁采用抗?jié)B混凝土,第一節(jié)池壁工程量計(jì)120.2m3,自重約300t,池壁厚500mm。沉井下沉過(guò)程穿越的地層分別為粘土、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土及粗砂。

污水處理廠所在地為農(nóng)田,工程地質(zhì)條件較差,地基承載力低、壓縮性高,但地層分布穩(wěn)定,厚度均勻。其地層分布從上至下依次為:①耕土:黑褐色,勘察時(shí)為凍結(jié)狀態(tài);②粘土:黃褐色,濕,可塑偏硬～可塑,中壓縮性,厚度0.7m～0.9m,地基承載力fk=160kPa,摩阻力qs=52kPa;③粘土:暗褐色,濕,可塑偏軟～軟塑,中壓縮性～高壓縮性,厚度 0.9m～1.4m,地基承載力fk=130kPa,摩阻力 qs=45kPa;④淤泥質(zhì)土:灰色,濕,可塑偏軟～軟塑,高壓塑性,含有機(jī)質(zhì)。厚度0.7m～1.3m,地基承載力fk=110kPa,摩阻力qs=30kPa;⑤粉質(zhì)粘土:灰色,黑灰色,可塑偏軟～軟塑,中等偏高壓縮性,夾草炭土薄層。厚度 3.6m～6.3m,地基承載力fk=150kPa,摩阻力 qs=45kPa;⑥粗砂:灰色,飽和,中密,夾灰色粉質(zhì)粘土薄層。地基承載力fk=240kPa,摩阻力qs=62kPa。

地震烈度Ⅵ度,抗震構(gòu)造設(shè)施按Ⅶ度設(shè)防。

2 施工方案

2.1 開(kāi)挖基坑,降低初沉標(biāo)高,減少下沉深度

根據(jù)沉井部分的地質(zhì)狀況,為保證沉井初沉階段的均衡下沉,先挖除耕土部分,將沉井預(yù)制及初沉標(biāo)高設(shè)為205.6m,這樣可創(chuàng)造兩個(gè)有利條件:①將預(yù)制及初沉平臺(tái)設(shè)在未撓動(dòng)粘土層上,土層均勻,承載力大,利于沉井預(yù)制及初沉平穩(wěn);②基坑開(kāi)挖,縮短了下沉深度。

第一節(jié)沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,其上沿高出基坑底30cm,以利于接打第二節(jié)混凝土及防止基坑內(nèi)積水溢入沉井中。

2.2 降水固砂,確保安全順利下沉

由于沉井下沉過(guò)程中穿越一層粉質(zhì)粘土及一層粗砂,這兩種地層透水性好,井內(nèi)土體開(kāi)挖后,地層在滲流水的作用下易形成流砂及管涌,受振動(dòng)后易液化。這些現(xiàn)象的發(fā)生,極易造成沉井下沉過(guò)程中的偏沉、游走及突沉,對(duì)沉井的下沉安全構(gòu)成威脅。因此,必須消除地層滲水。本工程采用大口徑無(wú)砂混凝土滲水管在沉井四周設(shè)降水井,降水固砂,保證地層穩(wěn)定,為沉井下沉施工創(chuàng)造有利條件。

3 沉井施工

3.1 沉井預(yù)制

3.1.1 基坑開(kāi)挖完成后,在沉井設(shè)計(jì)位置鋪粗砂厚30cm,壓實(shí),并沿拱腳鋪設(shè)15cm×15cm方木,長(zhǎng)2m,環(huán)向間距0.3m,垂直于池壁切線方向布置。以此作為沉井預(yù)制底座,鋪設(shè)模板,架立支撐。

3.1.2 第一節(jié)沉井高9m,分兩次澆筑完成,每次高度 4.5m,水平施工縫設(shè)中間凹糟,埋設(shè)止水鋼板,以利防滲。為避免混凝土因不均勻下沉而拉裂,第二次混凝土澆筑宜在第一次混凝土強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%以上時(shí)再行施工。

3.1.3 刃腳底支撐驗(yàn)算

如前所述,沉井預(yù)制底座采用鋪砂夯實(shí),加墊方木結(jié)構(gòu)形式。粘土層經(jīng)鋪砂夯實(shí)后,地基承載力可達(dá)到fk=150kPa以上。其它條件如下:(1)沉井第一節(jié)9m高,混凝土120.2m3,自重Q≈300t。(2)每根方木增加承載面積S1=0.15×1.8=0.27m2;(3)刃腳底面積 S2=2πR×寬=2×3.14×4.4×0.2=5.53m2。

預(yù)制階段刃腳底需要承載面積:

需鋪墊方木根數(shù)N:

取安全系數(shù)1.4,則N=52×1.4=74.2根,取75根。

方木沿刃腳布設(shè)間距:

a=沉井圍長(zhǎng)/方木根數(shù)=2×3.14×4.25/75=0.35m/根,實(shí)際施作取間距0.3m。

可見(jiàn),前述的底座形式可以滿(mǎn)足沉井預(yù)制需要。

3.1.4 沉井鋼筋混凝土施工

(1)鋼筋工程、模板工程、混凝土工程的施工工藝同曝氣沉砂池;

(2)沉井混凝土澆筑分兩步進(jìn)行,每節(jié)4.5m高,其施工縫做成凹槽,預(yù)埋止水鋼板,并做拉毛處理,澆筑上部混凝土前鋪高標(biāo)號(hào)水泥凈漿;

(3)井壁預(yù)留、預(yù)埋及梁板甩筋隨進(jìn)度施作,并按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求作好保護(hù);

(4)沉井制作允許偏差;井壁厚±15mm,半徑±25mm。

3.2 沉井下沉

3.2.1 準(zhǔn)備工作

沉井須待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)后方可實(shí)施。下沉前做好如下工作:

(1)井壁外畫(huà)觀測(cè)標(biāo)志。沿直徑方向取兩垂直的中軸線,在井壁上做標(biāo)志點(diǎn),每條軸線兩點(diǎn)(兩側(cè)井壁各一點(diǎn)),在標(biāo)志點(diǎn)下方畫(huà)鉛直線,長(zhǎng)8m,以觀測(cè)沉井中軸偏移情況;在鉛直線上每1m畫(huà)水準(zhǔn)觀測(cè)線,觀測(cè)沉井下沉量及平衡情況。

(2)將鋪墊的方木沿刃角邊緣鋸斷。目的是撤除部分支撐力,以使沉井下沉;可控制支撐的對(duì)稱(chēng)撤除,以免造成初沉傾斜。

3.2.2 下沉系數(shù)驗(yàn)算

(1)下沉系數(shù)公式:K=Q/T＞1.15～1.25

式中:Q——沉井自重,為 300t=2940kN;

T——土層對(duì)沉井外壁的總摩擦力。

(2)設(shè)定的沉井初沉標(biāo)高位于第三層粘土底部,第三層粘土的阻力可不計(jì);沉井主要穿過(guò)淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土和粗砂層。深井穿越地層的計(jì)算厚度分別為:

(3)各地層摩阻力:

(4)沉井外壁周長(zhǎng)L=2πR=2×3.14×4.5=28.26m

(5)T=L×(H-2.5)f0

=28.26×(9-2.5)×49.1

=9019.2kN

計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 沉井下沉系數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)圖

(6)K=Q/T=2940/9019.2=0.33＜1.15～1.25,可見(jiàn)沉井自重不滿(mǎn)足下沉需要,需采取其它施工措施,降低下沉阻力。

3.2.3 下沉施工方法

較為簡(jiǎn)便易行的方式是,采取泥漿套 (即在井外壁與土層間注入觸變泥漿)或空氣幕 (即在沉井外壁與土體間以高壓吹入空氣),降低下沉的摩阻力。以上兩種辦法,可將摩阻力減少至3kPa～5kPa,局部實(shí)施即可滿(mǎn)足下沉安全系數(shù)k＞1.15～1.25的要求。

3.3 開(kāi)挖方法

采用人工挖土,塔吊或汽車(chē)吊配吊斗,吊土出井。開(kāi)挖中應(yīng)注意對(duì)稱(chēng)取土,棄土堆放離基坑邊的距離不小于10m,以防止偏載推移沉井。

3.4 沉井糾偏、止沉

沉井下沉中可能出現(xiàn)偏移,采取以下控制和糾正措施:

(1)隨沉井下沉進(jìn)行水平和中軸線監(jiān)測(cè),隨時(shí)調(diào)整取土部位和取土量;

(2)沉井下沉過(guò)程中若出現(xiàn)傾斜或軸線偏移,可采用單測(cè)壓實(shí)填土、單側(cè)挖土減載、不均平衡取土、配重等予以糾正;

(3)沉井接近就位時(shí),必須控制沉降速度。若出現(xiàn)沉降速度過(guò)快的現(xiàn)象,應(yīng)停止取土,查清原因,防止超沉;

(4)沉井到達(dá)設(shè)計(jì)位置后仍有下沉趨勢(shì),可在刃腳底拋填片石止沉;

(5)預(yù)留后期沉降量。由于沉井就位后,要接打第二節(jié)混凝土,勢(shì)必造成沉井的再次下沉。因此,第一節(jié)沉井就位時(shí)應(yīng)根據(jù)下沉觀測(cè)情況預(yù)留沉降量 (即提高沉井標(biāo)高),一般預(yù)留5cm～10cm。

3.5 沉井封底

沉井下沉完畢,其偏差應(yīng)符合以下標(biāo)準(zhǔn):(1)標(biāo)高10cm;(2)水平偏移≤下沉總深度的1%;(3)沉井相互垂直的兩直徑與圓圈交點(diǎn)中任兩角的刃腳踏面高差不得超過(guò)10cm。

沉井就位后,偏差符合標(biāo)準(zhǔn)要求,即可實(shí)施封底。為避免地下水匯集形成較大浮力頂裂封底混凝土,可在底板正中布置集水井一口,井內(nèi)埋滲水管,并以滲水管為中心,在底板以下做輻射狀滲水盲溝引水,集水井內(nèi)置潛水泵,隨時(shí)抽排。待泵池結(jié)構(gòu)全部完成后封堵。

3.6 沉降觀測(cè)

沉降初期和沉井即將達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí),應(yīng)加密觀測(cè)頻率,以摸準(zhǔn)規(guī)律,準(zhǔn)確掌握沉井動(dòng)態(tài),每24h觀測(cè)不少于4次;中間沉降過(guò)程每24h不少于2次。施工中應(yīng)根據(jù)觀測(cè)信息,及時(shí)調(diào)整取土部位和取土量,控制沉井姿態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)某污水處理廠提升泵房沉井的施工表明,不論其工程地質(zhì)條件多么復(fù)雜,只要在工程施工前和施工過(guò)程中,進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)復(fù)勘,認(rèn)真分析地質(zhì)條件,針對(duì)不同的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件,采取正確的施工方法和施工工藝,就能取得預(yù)期的效果。