某污水泵站沉井事故處理實例

羅雪萍,梁嚴俊

(臺州市城鄉規劃設計研究院,浙江臺州 318000)

某污水泵站沉井事故處理實例

羅雪萍,梁嚴俊

(臺州市城鄉規劃設計研究院,浙江臺州 318000)

結合工程實例,介紹了某污水泵站沉井事故的處理及解決方案,有關經驗可供相關專業人員參考。

污水泵站;沉井事故;結構方案

1 工程概況

本泵站工程位于兩條城市主干道交叉口的東南角,污水經DN1600進水管頂管入泵站提升后接入城市主干道DN1200出水壓力管,最終入污水處理廠。泵站內主要包括泵站輔助用房、泵池、計量井及防逆井等,設計規模為13.5萬m3/d。泵站用地面積2 827.9m2,基本呈四邊形。泵站坐落位置現狀為空地,現狀地塊高程約為3.6m(為黃海高程,以下同)左右,站內設計地面高程取4.500 m,站內設置5 m寬道路。

泵站中的泵池是本次設計的難點,泵池結構為19.0 m(長)×17.2 m(寬)×11.1 m(高)的一層地下結構。平面、剖面見圖1～圖3。

2 地質情況

根據本工程巖土工程勘察報告,自上而下分述如下:

①層雜填土:雜色,松散狀,主要由粘性土混塊石、碎石、礫石組成,為近期人工回填。該層場地北部較厚,揭露的厚度為1.70～0.60 m。

②層粘土:灰黃色,可塑,含少量鐵錳質斑點,切面光滑,高韌性,高干強度,無搖振反應,上部為可塑,往下漸變軟塑;頂部0.30 m為種植土。該層場地均有分布,勘察時揭露的厚度為1.80～1.60 m,層頂板高程為3.16～2.94 m,具中高壓縮性,物理力學性質稍好。

③-1層淤泥質粉質粘土:灰色,流塑,土質不均,夾粉土團塊,含少量有機質及少量貝殼碎片,切面稍光滑,中等韌性,中等干強度,無搖振反應。該層場地均有分布,揭露的層厚為6.10～5.50 m,層頂板高程為1.37～1.25 m,具高壓縮性,物理力學性質差。

③-2層淤泥:灰色,流塑,土質均勻、軟弱,含少量貝殼碎片,切面光滑,高韌性,高干強度,無搖振反應。該層場地均有分布,揭露的層厚為13.30～12.70 m,層頂板高程為-4.25～-4.74 m,具高壓縮性,物理力學性質差。

③-3層淤泥質粘土:灰色,流塑,夾少量粉土團塊及少量貝殼碎片,切面光滑,高韌性,高干強度,無搖振反應。該層場地均有分布,本次勘察并未揭穿,揭露的層厚為5.50～4.90 m,層頂板高程為-17.13～-17.64 m,具高壓縮性,物理力學性質差。

場地環境水對混凝土結構具微腐蝕性,對鋼筋混凝土結構中的鋼筋長期浸水時具微腐蝕性。根據土的主要物理力學性質指標,各層地基土承載力特征值(fak)、壓縮模量(Es1-2)值、樁側阻力特征值qsia(kPa)及樁端阻力特征值qpa(kPa)值等,見表1。

根據上述參數可知場地內淤泥及淤泥質土分布普遍,厚度較大,具有高含水量、高孔隙比、高壓縮性、易變形等特點,不經處理,會產生較大沉降及不均勻沉降。

3 設計計算

根據工藝設置沉井內部隔墻后對沉井井壁取每延米采用水平框架結構進行計算。其中最不利跨為兩端,凈跨8.35 m。為滿足井壁強度要求,沉井壁厚需1.2 m。

經計算: 沉井下沉結構自重G下=2.81x104kN,井壁總摩阻力Tf=6.868 x103kN,下沉系數:KO=G下/Tf=4.0,下沉系數較大,采取在刃腳底部采用管樁止沉。同時為保證沉井下沉過程的穩定性,設計采用了在沉井井壁及外部范圍共2.6 m寬度內采用水泥攪拌樁對土體進行加固,沉井在下沉時采用鑿樁下沉的方法,具體加固做法見圖4、圖5。

圖1 泵房總平面示意圖

4 工程事故及存在問題

在實際施工過程中,沉井內挖出的土體雖為淤泥質土,但土的物理性質較地勘報告所述明顯要好。因此整個鑿樁下沉過程非常緩慢,沉井澆筑加上下沉9 m左右共用了6個月。最嚴重的問題出現在沉井下沉至最后3.3 m時,由于此時沉井內外土壓力差較大,刃腳底下攪拌樁出現了被井外土體擠斷的情況。同時,擠進池內的攪拌樁導致井內用于基底加固的管樁出現了斷裂現象,且沉井涌土造成周邊地面沉降。此時,沉井刃腳底標高為-7.100 m,離設計標高-10.200 m還差3.1 m;另一方面,本工程距離業主方給的工期已經臨近,工程實施遇到了非常大的困難。

5 解決方案

為使工程得以按時保質完成,保證施工安全,根據當時情況,經過研究分析,對現狀沉井立即停止挖土,并用大塊石加素混凝土進行封底,按縱橫均為2.5 m間距埋設直徑25 mm的鋼筋與底板拉結。在設計方面采取以下措施進行調整。

5.1 工藝調整

(1)底板抬高50 cm后,經水工藝復核原設計停泵水位由-5.0 m抬高到-4.5 m,水泵揚程不變。由于進水管管徑為DN1400,原設計管道充滿度為0.75,現修改為1.0。則泵池容積計算時水位減少高度為0.5-1.4×0.25=0.15 m。經復核修改后的泵池容積仍能滿足水泵運行每6 min的間隔要求。

(2)根據封底后沉井標高及水工藝要求,為保證進水管孔洞標高不變,底板面標高由原設計的-6.500 m調整為-5.900 m,池底C20毛石混凝土回填厚度由原來的110～1200 mm減薄0～600 mm,材料改用C20素混凝土,斜段坡度10%保持不變。

(3)對底板面抬高后的泵池池壁上的洞口進行調整,底標高為-5.890 m的閘門孔由于底板面上抬相應上抬,調整為-5.400 m。

(4)水泵基礎面標高由原來的-6.090 m調整為-5.600 m。

圖2 泵池底平面圖(單位:mm)

圖3 泵房剖面圖(單位:mm)

表1 地基土物理力學指標設計參數表

圖4 池底樁基處理平面圖(單位:mm)

5.2 結構方案調整

(1)池壁:將原設計沉井刃腳當做池壁使用,在刃腳底部進行底板的澆筑。

(2)底板:由于底板受到的水壓力隨著底板的上抬而減小,故將底板由原設計的1 200厚減薄至800厚;同時在底板內增設3根暗梁(在X向增置2根、Y向1根)進行底板加強,與原有2根底梁(X向2根、Y向1根)組成底板受力體系,按當前所受水浮力經過計算,原設計保持φ25@150雙向雙層配筋不變。

(3)由于水工藝調整,對凸出底板面影響排水的、在進水渠過水范圍內原有底板撐梁,待底板澆筑完成且達到設計強度后進行鑿除并加固處理。

(4)對調整的洞口上部不足處進行鑿除加固,下部洞口用磚進行封堵到設計標高。

(5)混凝土強度等級比原設計提高一級。

注:當采用泥漿助沉時,單位摩阻力取3～5 KPa。

圖5 池底攪拌樁布置圖(單位:mm)

改后泵池剖面圖見圖6。

5.3 新老結構之間的連接施工要求

底板與井壁連接采用植筋方式連接,先在原有混凝土上按底板鋼筋位置鉆孔(孔徑比鋼筋直徑大2 mm)。在澆筑新混凝土之前,現將原混凝土鑿毛,清楚表面松散部分到結構層并刷純水泥漿一道。

最后在工程各方主體的共同努力下,本工程按時保質完成。經過兩年的運營管理,泵站沉降穩定,實施效果良好。

圖6 改后泵池剖面圖(單位:mm)

6 結語

通過本工程泵站沉井的設計及事故處理,得出以下幾點:

(1)地質勘查報告作為沉井設計的重要輸入文件,應能真實反映工程地質土層組成,各土層的物理力學指標數據應準確、詳實,為設計提供科學依據。

(2)對于軟土地質條件下,在設計沉井止沉措施時應考慮施工過程中沉井涌土的風險,應慎用管樁等樁基止沉以及攪拌樁加固土體。否則可能會造成在沉井過程中由于井內外土體壓力差太大而將攪拌樁擠斷,并涌向井內,進而擠斷管樁,卡住沉井刃腳,造成下沉困難不能到達設計預期和攪拌樁和管樁大量破壞的嚴重后果,既影響了工程進度,又給工程帶來巨大浪費。

(3)在出現沉井不能沉到設計標高且可能危及安全等質量事故時,應果斷采取有效措施終止繼續沉井,根據實際情況及時調整水工藝和結構設計方案,保證工程安全、保質完成。

TU992.25

B

1009-7716(2015)03-0185-05

2014-10-30

羅雪萍(1971-),女,浙江臺州人,高級工程師,從事給排水結構設計工作。