抽排水泵站沉井施工技術(shù)研究

1、<p>　　抽排水泵站沉井施工技術(shù)研究</p><p>　　摘要：通過對南水北調(diào)工程沉井施工全過程總結(jié)，系統(tǒng)地分析了圓形單孔沉井施工技術(shù)和質(zhì)量控制措施 </p><p>　　關(guān)鍵詞：沉井、胎膜設計、排水下沉、封底、質(zhì)量控制 </p><p>　　中圖分類號：TV523文獻標識碼： A </p><p><b>　　一、工程

2、概況 </b></p><p>　　南水北調(diào)禹州長葛段第八施工標段位于長葛市境內(nèi)，標段內(nèi)共設計有5個排水泵站，排水泵站位于渠道邊坡上，主要用于收集渠道滲漏水。抽排水泵站施工采用直接開挖基坑與沉井施工相結(jié)合，泵站下部為圓筒型單孔沉井，上部泵房待沉井下沉施工完畢后采用現(xiàn)澆鋼砼，五個泵站沉井結(jié)構(gòu)型式相同，現(xiàn)對其中一個泵站沉井施工過程進行分析，沉井外徑3.7m,內(nèi)徑3.1m,沉井底部2.5m以下處外徑3.8m

3、, 沉井采用排水下沉和排水封底施工，井內(nèi)土方人工開挖，電動葫蘆配合轉(zhuǎn)運。 </p><p>　　二、地層特征及地下水 </p><p>　　表1-1與沉井施工相關(guān)的各層土質(zhì)的參數(shù)表： </p><p>　　工程區(qū)地下水為孔隙-裂隙潛水，地下水位（m）120.51，泵站基底（m）111.76。 </p><p><b>　　三、沉井施

4、工方案 </b></p><p><b>　　3.1、基坑開挖 </b></p><p>　　基坑開挖即圖紙第一次開挖為普通開挖，基坑底面標高121.86m，基坑尺寸為19.230米,基坑深為3.8米，開挖方式為大開挖，邊坡按設計1:1.5坡比開挖，沉井刃腳直徑尺寸為7.6米。一次開挖完成后即進行地質(zhì)復核、作好地質(zhì)編錄，如地質(zhì)情況有較大差異即行與設計溝通處

5、理。 </p><p>　　基坑內(nèi)四周設排水溝，并和基坑內(nèi)四角上降水井相連，以加強排水。 </p><p>　　3.2、基坑降水方案 </p><p>　　基坑降水井布置在基坑四角處：井數(shù)：4口；井深：20m（距基坑底面）；井距：12m；井徑：600mm；管徑：管外徑為400mm無砂慮管；濾料：直徑2～10mm的水洗混合料；潛水泵：臥型潛水泵單泵流量15 m3/h，

6、揚程40 m，配套電機功率 2.2KW，井內(nèi)配控制水位的自動開關(guān)。 </p><p>　　3.3、砂墊層及刃腳胎模設計 </p><p>　　本工程采用砂墊層，砂墊層上澆筑30mm厚C10混凝土，為確保沉井在制作時的穩(wěn)定，刃腳為磚砌胎膜支撐，在沉井四周刃腳制作位置下鋪設寬1.6m、厚10cm的C10素砼墊層，刃腳支撐采用磚模，如圖2-1所示。 </p><p>　　

7、砂墊層的計算、鋪設方法、要求及刃腳磚砌胎模制作方法如下： </p><p>　　砂墊層鋪設厚度計算： </p><p><b>　　P≥ </b></p><p>　　式中hs-砂墊層的厚度，m </p><p>　　Gs-沉井第一節(jié)單位長度的重量,kN/m </p><p>　　p-地基土的承載

8、力，kpa </p><p>　　l-承墊木的長度,m </p><p>　　-砂墊層壓力擴散角度，不大于45°，一般取22.5° </p><p>　　γ-砂的容重，一般取1.8t/m&sup3; </p><p>　　將上述公式變型為2γhs2tan+(γL-2ptan)hs+ Gs-pL≤0 </p&g

9、t;<p>　　本工程中Gs=335kp,p =100kp,L=1.5m,代入公式計算hs＜0,施工中選取砂墊層500mm, </p><p>　　砂墊層厚度500mm,寬1.5m,沿井壁厚兩邊對稱鋪設，分層鋪設，用平板振搗器振密實，含水控制在15~20%，遍數(shù)不少于3遍。 </p><p>　　3.4、下沉前的準備工作 </p><p>　　由于整個

10、工程以井筒的偏移、扭位、傾斜等現(xiàn)象的質(zhì)量控制為目標，因而必須在沉井下沉過程中進行詳細的監(jiān)測。同時，為了確定沉井下沉過程中采用的施工方案，必須在沉井下沉前對沉井的下沉系數(shù)進行計算。 </p><p>　　3.4.1、控制點的設置 </p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場的實際情況對沉井下沉過程中的控制點的鋪設按以下方法進行： </p><p>　　首先根據(jù)現(xiàn)場情況本工程專門設置

11、了兩個絕對坐標控制點進行放線監(jiān)測沉井下沉，在放出沉井中心點后，采用十字線控制沉井中心軸線，四側(cè)各設兩根樁來先控制下沉過程中軸線位移、傾斜。方位樁平面位置示意圖見圖。 </p><p>　　在井壁模板拆除后，用經(jīng)緯儀將十字控制軸線投測到內(nèi)外側(cè)壁上，采用墨斗彈出中心垂線，外壁中心垂線主要用于監(jiān)測軸線偏移及沉井傾斜情況，內(nèi)壁掛設線錘以內(nèi)壁軸線中線是否重合來控制挖土情況，同時沉井外壁應用水準儀抄平，并沿高度方向劃出標高尺

12、控制線，用鉛筆畫上100mm分格值，以紅油漆畫出100mm的分格線，并在每隔1m的分隔線上注明相應的設計標高數(shù)值，以隨時掌握下沉量，并判斷是否均勻下沉。 </p><p>　　下沉前應將突出沉井外壁的磚砌胎膜鑿掉，應沿刃腳四周同時均勻鑿平沉井的外壁。 </p><p>　　所有的模板對拉螺栓外露部分均應割除，表面用預縮砂漿嵌平。 </p><p>　　沉井內(nèi)壁與封底

13、混凝土高度范圍內(nèi)需先鑿毛處理，方可下沉。 </p><p>　　沉井下沉前應確保井壁的預留插筋放置無誤 </p><p>　　在沉井內(nèi)壁畫垂線，外壁畫出標尺，以利于下沉時控制標高。 </p><p>　　3.4.2、下沉系數(shù)的計算 </p><p>　　根據(jù)規(guī)范【2】，采用下列計算沉井的下沉系數(shù)： </p><p>&

14、lt;b>　?。耍?</b></p><p>　　式中K——下沉安全系數(shù)，一般在1.15-1.25 </p><p>　　G——沉井自重力及附加荷重（KN） </p><p>　　B——被井壁排出的水量（KN），排水下沉時，B=0 </p><p>　　T——沉井與土間的摩阻力（KN） </p><p&g

15、t;　　沉井與土間的摩阻力T用以下公式計算： </p><p>　　T=πD[H-2.5]f </p><p><b>　　式中D-沉井外徑 </b></p><p><b>　　H-沉井全高 </b></p><p>　　f-井壁與土的摩阻系數(shù)，f=(hi×qsk)/∑hi </p

16、><p>　　qsk -各土層極限側(cè)阻力標準值 </p><p>　　R-刃腳反力，如采取將刃腳底面及斜面土方挖空，R=0 </p><p>　　沉井起落時位于砂墊層厚0.5m, qsk=8kpa下沉經(jīng)過黃土狀中粉質(zhì)壤土層厚2.3m，qsk=12kpa坐落于粘土巖層，層厚6.1m，qsk=50kpa, </p><p>　　經(jīng)過黃土狀中粉質(zhì)壤土層

17、：平均摩阻力f==38.22kpa </p><p>　　沉井自重G=3350KN,沉井高10m,外徑3.8 </p><p>　　T=πD[H-2.5]f=3.14*3.8*[10-2.5]*38.22=3283.5KN </p><p>　　K=G/(T+R)=3350÷3283.5=1.02＜1.15，故在經(jīng)過粘土巖層時采用增加自重輔助下層，同時在經(jīng)

18、過黃土中粉質(zhì)壤土層時不必完全掏空刃腳。 </p><p><b>　　四、施工質(zhì)量控制 </b></p><p>　　4.1沉井的制作控制 </p><p>　　沉井筒身總高10m，分兩次澆筑，一次下沉到位，先澆筑底部高2.5m、外徑為3.8m刃腳及井身段，后澆筑剩余7.5m、外徑3.7米井身段。 </p><p>&l

19、t;b>　　1、井壁模板支設 </b></p><p>　　井壁模板采用定制鋼模，內(nèi)外腳手架與模板系統(tǒng)要分離，各自成系統(tǒng)，以免由于下沉造成破壞。井壁內(nèi)外模用穿心螺絲固定，穿心螺栓采用14圓鋼，螺桿布置間距600mm×600mm。 </p><p>　　模板接縫必須嚴密不漏漿、表面平整光滑，不允許有凹坑、皺折或其它表面缺陷，其強度、剛度及穩(wěn)定性保證在混凝土澆筑過程

20、中不發(fā)生變形。 </p><p>　　（4）混凝土澆筑完后，及時清理附著在模板上的混凝土和砂漿；根據(jù)不同的部位，確定模板的拆除時間；拆下的模板及時清除表面殘留砂漿，修補整形以備下次使用。 </p><p><b>　　2、鋼筋綁扎 </b></p><p>　　沉井水平鋼筋采用雙面搭接焊，豎向鋼筋采用豎向電渣壓力焊，接頭按規(guī)范要求錯開，內(nèi)外鋼筋

21、要設鋼筋支撐，每1.5m不少于一個。井壁預埋插筋要有加固措施。 </p><p>　　運送到現(xiàn)場的成品鋼筋表面應潔凈無損傷，油漆污染和鐵銹等應在使用前清除干凈。帶有顆粒狀或片狀老銹的鋼筋不得使用。 </p><p>　　鋼筋網(wǎng)片之間采用架立鋼筋連接定位。鋼筋與模板之間采用預制砂漿墊塊保證保護層厚度。 </p><p>　　鋼筋在現(xiàn)場制作，根據(jù)鋼筋下料單加工鋼筋。為盡

22、量減少倉號的準備時間，鋼筋盡量一次加工成型，Ф16及其以下鋼筋采用綁扎搭接，Ф18～Ф25鋼筋采用電渣壓力焊或搭接焊，使用汽吊直接吊運鋼筋到工作面，然后人工抬運綁扎就位。 </p><p>　　鋼筋保護層厚度控制采用高一標號的預制墊塊，通過預埋的扎絲綁扎固定在鋼筋上，加墊在鋼筋和模板之間。 </p><p>　　鋼筋的安裝位置、間距、保護層及各部分鋼筋尺寸的大小均應符合施工圖紙的規(guī)定。 &

23、lt;/p><p>　　3、井壁混凝土澆筑 </p><p>　　混凝土標號C20，項目部拌合站拌制，汽車泵澆筑，人工配合軟管振搗器振搗，沉井分兩部分澆筑，第一次澆筑刃腳以上2.5m,外徑3.8米，第二次澆筑上部7.5米，外徑3.7米，待第一次混凝土強度到達70%后進行第二次澆筑。 </p><p>　　新老混凝土接縫處鑿毛處理，提前2小時對接縫處灑水潤濕，澆筑時沿整

24、個澆筑面鋪上5cm高標號的細石混凝土，然后再澆筑C20混凝土。 </p><p>　　混凝土對稱均勻分層澆筑，每層厚度30cm，混凝土采用插入式振搗器振搗，振搗時間控制在15~30s，至混凝土不再明顯下沉、表面泛漿、無氣泡產(chǎn)生為止，對井壁預留孔槽周圍要加強振搗，保證平整密實，混凝土灑水養(yǎng)護不少于14天。 </p><p>　　4.2下沉速率控制 </p><p>　

25、　通過控制井內(nèi)取土，使沉井下沉速率保持在一定的范圍內(nèi)，從而保證下沉偏差符合設計及規(guī)范要求。 </p><p>　　(1)、初沉階段：即下沉深度2米內(nèi)，為使沉井形成穩(wěn)定準確的軌跡，此時應以慢沉為主，速率控制在0.3米/天， </p><p>　　(2)、中沉階段：即在初沉深度以下距設計標高2米前范圍，速率可加快，控制在0.5~0.8米/天范圍 </p><p>　　(

26、3)、終沉階段：即距設計標高2米時，此時應減慢下沉速度，控制在0.2~0.3米/天，以糾偏為主，做到有偏必糾，嚴格控制底梁、隔墻取土，鍋底挖深應減小。 </p><p>　　4.3下沉過程控制 </p><p><b>　　1、測量監(jiān)測要求 </b></p><p>　　在人工挖土下沉過程中，測量人員利用經(jīng)緯儀每天分四個時間段對沉井的下沉進行監(jiān)

27、測、控制，儀器主要用于沉井的外側(cè)，根據(jù)已有的中線軸線及標高控制點對沉井的偏移、扭位、傾斜及下沉量進行控制，在沉井的內(nèi)側(cè)采用線錘控制與中心線是否重合，及時監(jiān)測沉井下沉出現(xiàn)偏移、扭位、傾斜、超沉、突沉等情況。 </p><p><b>　　2、下沉質(zhì)量控制 </b></p><p>　　沉井必須待混凝土強度達100%后方可開始挖土下沉，一次下沉到位，待沉至設計位置后，進行

28、封底施工，封底砼達到設計強度經(jīng)驗收后方可進行泵井上部結(jié)構(gòu)施工。 </p><p>　?。?）沉井下沉前應進行結(jié)構(gòu)外觀檢查，檢查混凝土強度 </p><p>　　（2）正式開挖之前應先敲除井壁刃腳外側(cè)混凝土墊層，墊層敲除的方式應考慮沉井混凝土澆筑時沉井的沉降及墊層的開裂情況而定，堅持受力對稱、均勻的敲除，敲除過程中測量員應觀測沉降情況 </p><p>　　（3）加強

29、檢查、觀察井點排水系統(tǒng)正常運行，出現(xiàn)不正常情況時及時匯報，以便安排人員進行修復。 </p><p>　　3、井內(nèi)土方開挖、轉(zhuǎn)運方法 </p><p>　　（1）井內(nèi)挖土采用人工配三臺電動葫蘆，3臺葫蘆平均分布四周，使挖土基本保持均勻。從沉井中間開始逐漸挖向四周，每層高0.4～0.5m,沿刃腳周圍保留0.5～1.5m寬的土堤,然后沿沉井井壁,每2～3m一段向刃腳方向逐層全面、對稱均勻的削薄土

30、層，每次削5～10cm，當土層經(jīng)不住刃腳的擠壓而破裂，沉井便在自重作用下均勻垂直擠土下沉，使井不產(chǎn)生過大傾斜。 </p><p>　　（2）沉井開始下沉至5m以內(nèi)的深度時，要特別注意保持沉井的水平與垂直度，否則在繼續(xù)下沉時容易發(fā)生傾斜、偏移等問題，而且糾偏也較為困難。沉井初沉階段糾偏應根據(jù)“沉多則少挖、沉少則多挖”的原則在開挖中糾偏。刃腳下挖土要逐步擴大，不能一次過量掏挖，不要通過大量挖土來糾偏，要防止突然下沉。

31、 </p><p>　　（3）沉井下沉近設計標高2m時（壓密注漿范圍內(nèi)），井內(nèi)土體的每層開挖深度應小于30cm或更薄些，起到放慢下沉的作用，以避免沉井發(fā)生超沉和傾斜，為預防沉井下沉未能止住，在下沉過程中預備好枕木，墊壓在刃腳下。 </p><p>　?。?）井內(nèi)設明溝、集水井排水，在沉井內(nèi)離刃腳2～3m挖一圈排水明溝，設1個集水井，深度比開挖面低1.0～1.5m，溝和井底深度隨沉井挖土而不

32、斷加深。在井內(nèi)設潛水泵，將地下水排出井外。 </p><p>　　4.4 、 沉井封底 </p><p>　?。?）當沉井下沉至距設計底標高20cm時，應停止井內(nèi)挖土和排水，使其靠自重下沉至或接近設計底標高,再經(jīng)2～3天下沉穩(wěn)定,或經(jīng)觀測在8h內(nèi)累計下沉量不大于10mm,即可進行封底。 </p><p>　?。?）封底前應先將刃腳處新舊混凝土接觸面沖洗干凈和打毛,對

33、井底進行修整,由刃腳向中心挖放射形排水溝,填以卵石作成濾水盲溝,在中部設1個集水井與盲溝連通,使井底地下水匯集于集水井中用潛水泵排出,保持水位低于基底面0.5m以下。 </p><p>　?。?）封底時鋪一層200mm厚碎石墊層，再在其上澆一層100mm厚混凝土墊層，在刃腳下切實填嚴，振搗密實，以保證沉井的最后穩(wěn)定，達到設計強度的50%在墊層上綁扎鋼筋、安裝預埋件，新老砼接觸面應鑿毛并沖洗干凈，按圖紙所示位置將膨

34、脹止水條粘于刃腳上。 </p><p>　?。?）底板混凝土澆筑時，應分層、不間斷地進行，由四周向中間推進，每層澆筑厚度控制在30~50cm左右，并采用振動器振搗密實。 </p><p>　?。?）底板混凝土澆筑后應進行自然養(yǎng)護。在養(yǎng)護期內(nèi)，應繼續(xù)利用集水井進行排水。待底板混凝土強度達到70%并經(jīng)抗浮驗算后，再對集水井進行封堵處理。集水井的封堵方法是：將井內(nèi)水抽干，在套管內(nèi)迅速用干硬性的高

35、強度混凝土進行堵塞并搗實，然后上法蘭盤用螺栓擰緊，或用電焊封閉，上部再用混凝土墊實搗平。 </p><p><b>　　五、結(jié)束語 </b></p><p>　　沉井分節(jié)制作一次下沉，沉井下沉時根據(jù)工程地質(zhì)條件采用適當?shù)慕档偷叵滤绞?，是保證沉井下沉質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。如果沉井過程中遇到技術(shù)問題，首先要查明并分析產(chǎn)生的原因，認真檢測、評估其程度，確定有效的預防與糾偏處理措

36、施。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]劉國彬 王衛(wèi)東 基坑工程手冊（第二版）。北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009 </p><p>　　[2]郭偉.沉井施工工藝的探討與實踐[j].安微建筑.2011.（02） </p><p>　　[3]劉曉峰，楊春玲.污水泵站沉井施工技術(shù)[