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水力冲吸法在不排水沉井施工中的应用

发表时间：2020/8/7 来源：《基层建设》2020年第10期作者：滕晓波

[导读] 摘要：文章主要结合青岛李村河污水处理厂粗格栅及进水泵房沉井施工实例，详细介绍了较大型沉井水力下沉施工技术。

        中建八局第四建设有限公司山东青岛 266000
        摘要：文章主要结合青岛李村河污水处理厂粗格栅及进水泵房沉井施工实例，详细介绍了较大型沉井水力下沉施工技术。该构筑物位于北方滨海地区，地下水位较高，且旁侧为已投入运行的细格栅及曝气沉砂池，沉井地层由上至下为含淤泥的细沙、粉质粘土及粗砂砾层。
        关键词：水力冲吸法；不排水沉井；沉井施工
        水力排土不排水沉井系指使用高压水枪将土体破碎，水枪出水与破碎土混和成泥浆，吸泥机将泥浆吸出至泥浆沉淀池，同时往井内注入清水，在确保井内外水位相对平衡的情况下，沉井在自重作用下下沉至设计位置的施工方法。
        青岛市李村河污水处理厂改扩建工程粗格栅及进水泵站为T型沉井，T型沉井平面尺寸为（长10.3m×10.8m+13.4×5.8m），底标高▽-8.55m，地面标高▽4.42m，沉井下沉总深度为12.97m，采用不排水法进行沉井下沉，二次制作，二次下沉。
        一、沉井基坑开挖
        沉井制作在▽2.42m处进行，基坑开挖前先平整场地，随后根据设计坐标将井位放出后开挖。
        二、砂垫层铺设
        砂垫层厚度粗略计算：fk≥G0/（L+2hstanα）；
        砂垫层承载力校核：Ó＝G/（B+2b）<Ó极限；
        下卧层承载力验算：Ó下＝G/（B+2b+2Htgа）+rsH+γd<[Ó下]；
        本案例中沉井采用二次制作、二次下沉，尚应验算第一次下沉完成后，第二节段浇筑施工时的地基承载力。
        三、沉井刃脚底模
        沉井刃脚异型面采用砖胎模成形，砖模用标准砖，M10水泥砂浆砌筑及抹面，并在斜面上铺一毡两油作为隔离层。
        四、泥浆池设置
        本例沉井下沉需要出土（10.4*10.1+13.2*5.4）*12.85=1609.63m3，转化为泥浆水，按含泥量25%计算，排出的泥浆量约8000m3，现场所设一个500m3的泥浆池和一个300m3沉淀池，泥浆池泥浆排满后沉淀的清水流放到沉淀池继续沉淀，经沉淀后的清水用导管排放，泥浆池沉淀的淤泥外运到指定地点。
        五、沉井不排水下沉
        本例粗格栅及进水泵站内有两道隔墙，每个井格内各安装一台泥浆泵，分三班24小时施工作业，施工时同时分层、均匀、对称的进行冲吸泥浆，确保每一个格间内出土高差不超过0.5m。
        水力冲洗法不排水沉井施工工艺图解如下：

        六、下沉各阶段的施工
        吸泥土时，按照“先中间，后四角，先锅底，后刃脚”的原则对称施工。
        1）初沉阶段
        清除井内外杂物后，在沉井上搭设好施工作业平台，平台采用[25的热轧槽钢作支撑，平台上设护栏。井内安装3台吸泥装置，吸泥装置另一端接至泥浆沉淀池；井外安装3套高压冲泥系统，水源取自附近蓄水池，另一端连接井内的高压水枪。用凿岩机对称将砖胎膜凿除，用水枪将刃脚部位的泥土冲洗掉，冲洗刃脚泥土时要对称施工，在这过程中，沉井刃脚会缓慢嵌入砂垫层及地基，达到平衡。
        2）正常下沉阶段
        3台浮式泥浆泵分别放在的沉井的3个井格内，泥浆泵与水下吸土器间由橡胶管连接，吸土器设有缆绳，通过缆绳控制吸土器的位置。待设备调试正常，井内注水至与沉井外侧地面同高程。准备工作完成后，吸泥、破土、补水同时开启，要注意施工过程中3个井隔内的锅底深度差值不超过0.5m。
        3）终沉阶段
        当沉井下沉到最后2 m时就进入到终沉阶段。在终沉时，放慢冲吸土速度，按照均匀对称的原则布置冲吸土范围，当沉井各个控制点高差大于20 mm时，及时进行纠偏，纠偏方法以调整吸土速度、位置为主。终沉阶段是沉井最关键时刻，最后阶段测量间隔时间为1 h，并严格控制沉井的下沉速度。
        水下沉井下沉系数按如下验算：K=（Q-B）/（T+R），K值在1.15～1.25间。
        七、施工测量控制
        1）通过全站仪和水准仪对下沉量，四角高差，偏位进行测量，及时了解下沉速度，并进行纠偏，当沉井达到允许偏差值1/4时必须纠偏。
        2）对周围建构筑物等布点监测，随时掌握由于沉井下沉引起的环境影响问题。
        3）施工终沉后，观测其沉降速率小于10mm/8h方可进行封底。
        八、沉井封底
        本例沉井下沉达到设计标高后，经12小时沉降观测，累计下沉量不大于10mm。封底在水下进行，潜水员配合进行封底整平。
        首灌量按下式计算：V＝h1×π×d2/4+（Hc/3）×（πD2/4）
        浇筑应连续进行，本例按沉井结构特征，利用沉井纵隔墙、横隔墙、底梁作分仓模板，浇筑时力求对称、同步，以利沉井稳定。养护期间（约21天）控制井内水位，根据同条件养护试块强度及沉井抗浮稳定计算确定抽水时间及是否采取其他措施，抽水完成对封底进行表面处理后开始底板施工。
        结语：
        不排水下沉与排水下沉相比，不排水下沉可以避免沉井内开挖面与地下水位间的水头差，防止下沉过程中的流砂、涌土等现象，提高作业的安全性和沉井下沉的稳定性，能有效控制沉井周围地基的沉降。下沉过程中泥浆泵浮在水面上，由潜水员水下冲泥、清基配合下沉，这种施工方法，设备简单，效果较显著，能确保沉井稳定，不易偏离。另外，本施工案例也验证了此施工方法在粘性土中的适用性。