田明征

(江西省建洪工程監(jiān)理咨詢有限公司，南昌 330096)

0 引 言

沉井的施工工藝為在施工地面上，以鋼筋混凝土制作的井筒形狀結(jié)構(gòu)為基坑坑壁的支撐，然后在井壁的保護(hù)下，通過機(jī)械開挖或人工開挖，或者機(jī)械和人工聯(lián)合開挖的方法，在井中挖土，并在沉井自重的作用下，下沉到設(shè)計(jì)深度。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，沉井技術(shù)愈發(fā)先進(jìn)，最開始沉井施工技術(shù)多應(yīng)用在橋梁墩臺和重型廠房深基坑施工中，隨著先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用，沉井技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，在水利工程、地下工業(yè)建筑、防空工程等方面都得到了良好應(yīng)用。研究和分析飲水取水工程的沉井下沉及底板混凝土澆筑施工，有助于推廣沉降施工技術(shù)在飲水取水工程中的應(yīng)用。

1 工程概述

瑞昌市長江飲水工程取水泵站下部結(jié)構(gòu)為混凝土沉井結(jié)構(gòu)，井壁最大高度22.75m，沉井段高度20.75m，后澆段2.0m，沉井采用三次制作二次下沉。沉井平面尺寸▽-2.950-▽4.05外徑為Ф23.60m，▽4.05高程以上均為Ф23.30m，內(nèi)徑均為Ф20.50m。刃腳底標(biāo)高為▽-2.95m，底板頂標(biāo)高▽2.10m，頂標(biāo)高19.8m，其中標(biāo)高17.8m以下為下沉段，深20.75m，標(biāo)高17.8--19.8m為下部沉井段，下沉到位后，現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。沉井下沉采用不排水下沉，水位以上部分采取水力機(jī)械沖砂抽排下沉，水位以下部分采用抽砂泵抽排下沉。沉井終沉符合設(shè)計(jì)要求后，用C30混凝土進(jìn)行水下封底，封底混凝土高程為▽-2.950-▽0.500。底板及中隔墻混凝土為C30，底板混凝土高程為▽0.500-▽2.100,厚度為1.60m。

2 沉井基礎(chǔ)開挖和沉井制作的要點(diǎn)

2.1 沉井基礎(chǔ)開挖

本工程設(shè)計(jì)地面高程為19.5m，砂礫料清除之后，地表高程為18.0m，為滿足沉井下沉施工的要求，至少需要開挖到到粉質(zhì)黏土層，擬開挖基礎(chǔ)面的高程為16.0m。利用經(jīng)緯儀進(jìn)行測量放線，確定沉井的開挖邊線和軸線控制樁，同時(shí)按照現(xiàn)場土質(zhì)條件，采取人工和機(jī)械設(shè)備開挖的方法，控制開挖邊坡坡比為1∶1。保證基礎(chǔ)尺寸比沉井四周能夠放寬2m，以便為鋼筋綁扎、模板加固、腳手架搭設(shè)等提供良好的條件[1]。案例工程地下水位的高程低于13.5m，基坑內(nèi)并沒有地下水，可在基坑外圍布設(shè)排水溝和集水井，以免基坑外部的地表水進(jìn)入基坑內(nèi)部。排水溝的規(guī)格為30cm×30cm，集水井的規(guī)格為50cm×50cm，深度是80cm，并在集水井內(nèi)部設(shè)置潛水泵，以保證積水能夠及時(shí)排查，以提升基坑的干燥性和穩(wěn)定性。為保證沉井開挖的安全性，需用topcon型全站儀進(jìn)行位移的實(shí)時(shí)觀測，在開挖之前就進(jìn)行觀測，觀測結(jié)果作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，后期觀測結(jié)果與首次觀測結(jié)果需要進(jìn)行對比分析，以確定邊坡位移，剛開始開挖時(shí)，每天都要至少觀測一次，穩(wěn)定后可每隔一周觀測一次。

2.2 沉井制作

案例工程沉井施工規(guī)模比較大，在具體制作中為保證沉井制作的質(zhì)量，可分兩節(jié)制作，其中第一節(jié)制作部分為-2.95-7.8m的位置，第二節(jié)制作部分為7.8-17.8m的位置，17.8m段等沉井下沉到設(shè)計(jì)位置之后再進(jìn)行澆筑[2]。為保證沉井下沉質(zhì)量，在制作中必須嚴(yán)格控制好偏差，具體的制作允許偏差為：平面尺寸的長度和寬度控制在±0.5%左右，而且最大的偏差不能超過100mm，且井壁的厚度要控制在±15mm以內(nèi)，垂直度不能超過1%。

3 沉井下沉的方法和注意事項(xiàng)

沉井下沉的方法比較多，常用的有水力機(jī)械下沉法和水力開挖下沉法。案例工程在沉井下沉施工中，采取了水力機(jī)械下沉法。具體下沉方法如下：

1)在沉井位置布設(shè)吊裝設(shè)備和開挖設(shè)備，強(qiáng)化道路，為井外運(yùn)泥提供高強(qiáng)度的運(yùn)輸?shù)缆罚⒃谑┕がF(xiàn)場布設(shè)好足夠取水設(shè)備，鋪設(shè)取水管路，為沉井使用提供足夠的水資源。

2)選擇合適的水泵。本工程為保證沉井的連續(xù)性，采用兩臺TSW50-7級水泵，保證每小時(shí)能夠100m3，壓力在6kg/cm2-8kg/cm2的水源，以最大限度上滿足揚(yáng)水器和噴水槍工作的用水需求。

3)在水力機(jī)械法沉井施工中，會形成大量泥漿，為避免污染環(huán)境，影響沉井施工的安全性，本工程在沉井西南側(cè)布設(shè)了容量為1800m3的泥漿池，沉井施工形成的泥漿，可先排放到泥漿池中，沉淀后，再運(yùn)輸?shù)降街付ǖ奈恢眠M(jìn)行集中處理。沉井下沉工藝流程圖如圖1所示。

圖1 沉井下沉工藝流程圖

4)在沉井下沉之前，需要對所有的設(shè)備、管路進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，保證都符合設(shè)計(jì)要求。并將沉井結(jié)構(gòu)上的物件清理干凈，將對拉螺栓留下的凹口嵌補(bǔ)好。同時(shí)還要在沉井內(nèi)外搭設(shè)扶梯和操作平臺，布設(shè)高程控制點(diǎn)。在可靠位置，牢固設(shè)置后視方位及水準(zhǔn)點(diǎn)各二只，以備復(fù)測及校對。需用12-14#鉛絲雙股并聯(lián)綁扎腳手片，至少4點(diǎn)，牢固綁扎，平整交接，鋪設(shè)時(shí)要選用完好無損的腳手片，腳手板對接、搭接構(gòu)造圖如圖2所示。

圖2 腳手板對接、搭接構(gòu)造圖

5)為保證封底素混凝土能夠和井體有良好的連接效果，在沉井下沉前，需要先對預(yù)埋管進(jìn)行堵塞，以免地下水或泥土進(jìn)入到管道內(nèi)部，影響最終的沉井效果。頂管穿墻套管下沉前，采用黃黏土或灰土分層回填夯實(shí)，保證干容重達(dá)1.6t/m3以上。

6)嚴(yán)控測量監(jiān)測，在沉井四角雙面布設(shè)雙排管架標(biāo)尺及下沉刻度線，距井壁20-40m處牢固安裝一裝置，以校驗(yàn)指針高程的基準(zhǔn)點(diǎn)，井內(nèi)壁布設(shè)傾斜度控制線，進(jìn)行位移、沉降、傾斜的監(jiān)測審核。

為保證沉井下沉質(zhì)量，需要采取嚴(yán)格的控制措施，比如：需要結(jié)合現(xiàn)場沉井的實(shí)際情況，盡量選擇從內(nèi)向外的出土施工順序，邊下沉，邊掏空底梁下部的土層，形成全刃腳來支撐大鍋底，以保證沉井下沉的安全性。當(dāng)刃腳全支撐強(qiáng)度比較差，難以滿足沉井穩(wěn)定性下沉的需求時(shí)，需在刃腳處均勻取土，剝離，適當(dāng)降低下沉的深度，并用電測和光學(xué)儀相互結(jié)合的方法，對下沉過程進(jìn)行全面測量，一旦超過設(shè)計(jì)偏差，要及時(shí)進(jìn)行糾正處理。以保證沉井在初始下沉階段就能形成良好的下沉軌道。沉井下沉中需要嚴(yán)格控制好誤差，保證刃腳的平均高程和設(shè)計(jì)高程之間的最大誤差不超過100mm，軸線位置的偏差不能超過1/100H(mm)。

4 沉井封底驗(yàn)算及施工

當(dāng)沉井下沉到設(shè)計(jì)高度，8 h累計(jì)下沉量<10mm 時(shí)，方可進(jìn)行沉井封底。工程采取不排水法水下混凝土封底，封底混凝土采用C30混凝土，但由于工程施工工期緊，擬采用C40混凝土進(jìn)行封底，待其達(dá)到70%強(qiáng)度后，排除沉井內(nèi)積水、鑿除高于底板高程部分混凝土進(jìn)行底板混凝土施工，沉井內(nèi)積水排除后，沉井受地下水上浮的作用，如沉井自重不足以平衡地下水的上浮力，則沉井不穩(wěn)定，安全性受到影響。為此沉井封底后需進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性計(jì)算。

抗浮穩(wěn)定性計(jì)算公式為：

K=G/F≥1.1

(1)

式中：G為沉井的自重，kN；F為地下水向上的浮力，kN。驗(yàn)算條件：沉井自重為井壁和封底混凝土工程量：

G=(V1+V2+V3)ρ混凝土g=
(672+1324+1268)×2.5×9.8=79968kN

(2)

式中：V1為刃腳部分井壁混凝土工程量672m3；V2為上部13.75m井壁混凝土工程量1324m3；V3為封底混凝土工程量1268m3；ρ混凝土為鋼筋混凝土密度取2.5t/m3；g為常數(shù)，取9.8N/kg。

F=ρgV=ρg*(π*D12/4*H1+
π*D22/4*(H-H1))
=1.0×9.8×(3.14×23.62/4×7+3.14×
23.32/4×(13.5+2.95-7))=69460kN

(3)

式中；ρ為水的密度1.0t/m3；g為常數(shù)，取9.8N/kg；D1為沉井刃腳部分井壁的外徑23.6m；D2為沉井上部井壁的外徑23.3m；H1為沉井刃腳部分的高度7m；H為沉井地下水位以下高度，為水位標(biāo)高和刃腳底高程之差。

水位標(biāo)高為13.5m，刃腳底高程為-2.95m；

K=G/F=79968/69460=1.15>1.1；

在不考慮沉井外壁與土層摩擦力的情況下，抗浮滿足要求。

5 沉井底板施工

當(dāng)封底混凝土達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度(C30)后，方可抽排沉井內(nèi)積水，開始底板施工，在正式施工之前，需要先對混凝土表面修整、處理、沖洗。做好底板和底部井字梁接觸面混凝土的鑿毛處理，以保證二者相互接觸和密實(shí)性。工程混凝土澆筑通過導(dǎo)管將混凝土澆入井底，澆筑厚度達(dá)到高于設(shè)計(jì)厚度0.3m后，導(dǎo)管水平平移2-3m，再澆筑到設(shè)計(jì)高程，水下混凝土高程通過測繩來控制，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，打掉表層混凝土至設(shè)計(jì)高程。封底封底混凝土導(dǎo)管安放順序如圖3所示。

圖3 封底混凝土導(dǎo)管布置位置及澆筑順序布置圖

封底混凝土澆筑量比較大，擬安裝3根導(dǎo)管進(jìn)行同時(shí)澆筑，具體的混凝土澆筑順序號為先進(jìn)行1#混凝土導(dǎo)管灌注，待底部混凝土深度覆蓋2#和3#導(dǎo)管低口位置之后，通過水泵抽出2#和3#導(dǎo)管中的水，再進(jìn)行2#和3#導(dǎo)管混凝土灌注。在進(jìn)行導(dǎo)管位移時(shí)，需要保證插入混凝土深度≥2m，同時(shí)抽出導(dǎo)管中的水之后，再進(jìn)行混凝土灌注。1#導(dǎo)管底口高程比沉井底部高出40cm，而2#和3#導(dǎo)管底口高程比沉井底部高出30cm，后續(xù)導(dǎo)管移位導(dǎo)管底口需要插入混凝土內(nèi)部，邊灌注，邊提升導(dǎo)管，指導(dǎo)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

6 結(jié) 語

綜上所述，結(jié)合工程實(shí)例，分析了飲水取水工程的沉井下沉及底板混凝土澆筑施工，結(jié)果表明，沉井下沉施工技術(shù)是飲水取水工程施工中的關(guān)鍵技術(shù)。沉井施工技術(shù)在施工效率、質(zhì)量、技術(shù)等方面有很大優(yōu)勢。但為保證沉井下沉的質(zhì)量和安全性。在具體施工中，必須結(jié)合工程特點(diǎn)，做好沉井基礎(chǔ)開挖和制作工作，為沉井下沉營造一個(gè)良好的施工環(huán)境，同時(shí)選擇合適的下沉方法和控制策略，才能最大限度上發(fā)揮出沉井施工技術(shù)的優(yōu)勢，更好的保障飲水取水工程的質(zhì)量。