深厚淤泥質土層條件下泵房沉井施工技術探討

李招群

（福州水務集團有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

城市污水處理廠進水泵房一般設置較深，通常采用沉井工藝施工。當沉井布置在深厚淤泥質土層時，由于淤泥層承載力低、含水量大、抗剪強度低，沉井在下沉的過程中易產生突沉、偏沉滑移、井內涌水以及沉井下沉速度與方向難以控制等問題[1-3]。因此研究深厚淤泥質土層條件下泵房沉井的施工技術十分必要。本文以福州市某污水處理廠的進水泵房沉井為例，介紹在深厚淤泥質土層條件下泵房沉井的特點，以及在準備階段、下沉階段、封底階段的施工工藝和技術要點，以期為同類型泵房沉井施工提供參考。

1 工程概況

1.1 項目簡介

福州市某新建污水處理廠，設計規模為10萬m3/d，出水執行一級A標準。主要構筑物包括粗格柵進水泵房、細格柵及曝氣沉砂池、AAO生化池、二沉池、高效沉淀池、反硝化濾池、鼓風機房、綜合樓等構筑物，總占地面積約70畝，構筑物之間布置較為緊湊。進水泵房距離周邊的細格柵及曝氣沉砂池和AAO生化池分別為6.8m和8.5m，進水泵房周邊平面布置圖如圖1所示。

圖1 進水泵房及周邊構筑物平面布置圖

進水泵房采用沉井工藝（如圖2所示），沉井深度為18.4m，沉井尺寸為22.4m×12.2m，底板厚度0.6m，底板下設置C30素混凝土封底厚1450～1600mm，井壁厚度0.8m，頂板厚度0.2m。沉井內設有底梁及隔墻。沉井內設有9道3 層框架梁，下面兩層框架梁截面尺寸為600mm×1000mm、頂層框架梁截面尺寸為600mm×800mm。

1.2 地質條件

根據沉井位置的地勘報告，擬建場地的地基巖土層從上至下依次為：①雜填土；②淤泥；③粉砂；④淤泥質土。其中第②、④層土為軟弱土，厚度合計超過20m。沉井位置的地面標高約6.60m，地下水位為5m。該點的土層分布情況見表1。

表1 土層分布情況表

1.3 施工特點

（1）該工程泵房沉井處于深厚淤泥質土層的地質條件下，軟弱土層合計超過20m，淤泥質土層不僅地基承載力低，而且抗剪強度低，沉井在下沉的過程中易產生突沉、偏沉滑移等問題。

（2）因項目各構筑物之間布置較為緊湊，進水泵房沉井距離周邊的細格柵及曝氣沉砂池和AAO生化池較近，下沉過程可能會影響到周邊構筑物的安全。

2 泵房沉井施工技術分析

2.1 施工方案與工藝流程

2.1.1 施工方案

沉井采用鋼筋混凝土結構，鑒于深厚淤泥質土的地質條件，地基承載力低，采用一次下沉沉井不僅存在沉井制作時高大模板在施工過程的安全風險，而且下沉前的地基處理成本高。故該工程沉井下沉分五節澆筑，兩次下沉的施工方案：

第1節：第1次澆筑高度為3.75m，刃腳+0.20m井壁；

第2節：第2次澆筑4.15m（一層框架梁頂+0.20m井壁）；

完成第1節、第2節澆筑后下沉到位后澆筑第三節；

第3節：第3次澆筑4.6m（二層框架梁頂+0.20m井壁）；

第4節：第4次澆筑4.5m（三層框架梁頂）；

第5節：第5次澆筑1.4m（后澆線至頂板）。

沉井下沉擬采用履帶式起重機抓斗進行挖土以及采用不排水長臂挖機進行配合挖土，根據施工情況，配合采用水力機械吸泥下沉。不排水下沉可以有效避免因為降水沉降而導致周邊建筑物不均勻下沉等問題發生[4]。

2.1.2 施工工藝流程

（4）沉井施工的工藝流程：施工準備→測量定位→基坑開挖→墊層基礎→刃腳制作→沉井井壁第1節、第2節制作→沉井下沉→井內排水→刃腳填砂處理、井內平整及支架墊層澆筑→內外腳手架搭設→沉井井壁第3節、第4節制作→內外腳手架搭設拆除→沉井下沉→素混凝土水下封底→底板施工→胸墻、隔板施工→第5節及頂板澆筑。

2.2 施工準備階段技術要點

因場地構筑物布置緊湊，泵房沉井距離細格柵、鼓風機房較近。為了減少沉井施工期間對周邊構筑的影響，施工應先于其它臨近構筑物（細格柵及曝氣沉砂池、生化池等單體），以避免對其它單體構筑物產生影響。同時，在沉井施工前，四周1.5m的距離采用單排Ф600@400單軸水泥土攪拌樁+內插鋼樁H488×300×11×18的方案對土體進行加固隔離。高壓旋噴樁樁頂標高5.5m，長度約21.0m，進入淤泥質土不小于1.5m，水泥采用P·O42.5 水泥，水泥摻入比為20%，水灰比取0.50～0.6。水泥土無側限抗壓強度為1MPa；鋼樁樁頂標高5.5m，樁長18m，插一跳一布置。

因第1次下沉完成時沉井著落于軟弱土層上，因此在下沉的沉井刃腳、內隔墻底下預打水泥攪拌樁確保沉井下沉過程中的穩定性。加固隔離的水泥攪拌樁+鋼樁和改善下沉穩定性的水泥攪拌樁布置如圖3所示。

圖3 水泥攪拌樁布置圖

接高時改善沉井下沉穩定性的水泥攪拌樁施工時應注意以下幾點：

（1）位置要準確，樁位盡可能與井壁外邊線相切，以免沉井下沉時水泥土擠至井壁以外，失去改善支撐穩定性的作用。

（2）水泥攪拌樁（刃腳底）樁頂標高-0.900，長度3.5m，樁頂標高位于第1次下沉后刃腳底；水泥土攪拌樁（內隔墻底）樁頂標高-0.400，長度3.5m，樁頂標高位于第1次下沉后內隔墻底。

（3）改善沉井下沉穩定性的水泥攪拌樁水泥采用P·O42.5水泥，水泥摻入比為8%，宜適當加入膨潤土等外加劑，水灰比取0.50～0.6。水泥土攪拌樁無側限抗壓強度為0.6MPa。

2.3 下沉階段施工技術要點

2.3.1 下沉過程施工技術

根據現場施工條件選擇鋪設混凝土墊層，刃腳混凝土強度達到100%后，才可以鑿除刃腳下混凝土墊層。沉井下沉前混凝土應達到設計強度，下沉時應嚴格控制取土速度，同時利用井內回灌水的措施控制好井內水位高度，保證井內水位高于井外水位不少于1m，避免沉井內外壓力差過大，防止土體涌入和突沉等情況，避免周邊土層沉降過大。井內挖土須對稱均勻并注意加強觀測，如遇傾斜移位應及時糾正，防止突沉。沉井分節下沉時，每節井壁上端的環向或水平向鋼筋需增設6根直徑25鋼筋。施工縫處混凝土應振搗密實，澆搗下次混凝土前應清理施工縫，將表面松散浮離部分鑿掉，用壓力水沖洗，并在結合處用純水泥漿涂刷兩遍，水膠比不大于0.50，然后在施工縫處加設鋼板止水片。

2.3.2 施工過程監測

沉井施工監控等級為Ⅱ級，施工監控內容為：地表沉降、刃腳踏面上土壓力變化、沉井下沉深度及井體偏斜量、地表水位觀測及井內水位變化、沉井周圍2～3倍下沉深度范圍內的建筑物的沉降和水平位移、井底隆起。

2.3.3 施工穩定性驗算

沉井下沉前應進行下沉系數及接高穩定性進行驗算。沉井施工在第1 次下沉完成且終沉監測穩定后進行第3節、第4節沉井的井壁接高制作，但接高過程容易因結構自重增加而導致原本已經穩定的沉井發生突沉，特別是第1次下沉后，沉井坐落于軟弱土層上的情況。經過水泥攪拌樁改善后土層應保障沉井的接高穩定性驗算kc大于1.0。按照kc大于1.0反算處理后應達到的極限承載力，按建筑地基處理規范，淤泥土qs=4～7kPa，取5kPa，樁間土發揮系數0.1～0.4，取0.2。通過驗算，當采用D=600mm的高壓旋噴樁，長度為3.5m，間距為0.6m可以滿足達到接高穩定性驗算kc大于1.0測算的地基承載力的要求。

2.3.4 沉井的下沉控制

主要控制沉井下沉量及沉井中軸線的位移[5]。初始階段應至少每2h測量一次。如有必要，應進行連續觀察以糾正偏差。下沉速度控制在50cm/d。終沉階段觀測頻次為1h。當沉降量接近設計標高時，應加強觀察，只有在8h內沉降量不超過10mm時，才能封底。沉井在下沉前2m以內的速度應較慢，并應嚴格控制沉井刃腳的高度差，以形成穩定的下沉軌跡。最終下沉的時間（即最后2m以內）應較慢，并且下沉應在設計標高之上約20cm處，停止挖掘，加強觀察并糾正任何偏差，以使沉井穩定并達到設計位置。沉降下沉施工質量，需符合國家現行有關施工驗收規范標準，刃腳平均標高與設計標高的偏差不超過10mm，沉井水平位移不超過下沉總深度的1%，沉井四角中任何二角的刃腳面高差不超過20mm。當沉井沉至設計標高，沉降趨于穩定時，方可封底。沉井各階段制作及下沉情況示意圖見圖4。

圖4 沉井各階段制作及下沉情況

2.4 封底階段施工技術要點

當沉井下沉到距離設計標高0.1m時停止挖土，沉井下沉至設計標高，經過觀測8h下沉量不大于1cm，或沉降率在允許范圍內，說明下沉已經穩定即可進行封底[6]。

沉井采用不排水下沉，沉井下沉及封底施工期間，井外地下水降水至0.5m以下的標高要求，地下水位可根據沉井下沉情況進行適當調整。當下沉接近設計標高時，應保留適當預沉量(50～100mm)，當沉井趨于穩定后，將井底泥清除干凈，新老混凝土接觸面用水沖刷干凈。封底采用C20水下混凝土素混凝土（厚1000～1500mm），所用材料采用提升導管法澆筑。在整個澆筑過程中，應經常不斷用測繩測量水下混凝土面上升情況，以及毛竹桿摸測擴散半徑，同時通過導管上的刻度和測繩測得的水深，算出導管下口的標高，掌握導管下口埋入混凝土的深度。為防止上浮力較大而破壞混凝土，可在水下設置引滲漏的濾鼓，待水下封底混凝土達到需要的強度后，從沉井中抽水，然后施工底板鋼筋混凝土。

3 結束語

綜上所述，在深厚淤泥質土層中的沉井施工，下沉的過程中易偏沉滑移。為了防止影響周邊（建）構筑物，施工應先于其它臨近構筑物。如周邊（建）構筑物距離較近，建議在沉井周邊對土體進行加固隔離。

在深厚淤泥質土層中的沉井，若沉井深度較深，采用一次下沉沉井不僅存在沉井制作時高大模板在施工過程的安全風險，而且下沉前的地基處理成本高，建議采用分階段下沉的方式。同時，在第1階段下沉完成位置的刃腳下預打水泥攪拌樁形成聯排樁式的地下連續墻，對于沉井井壁形成具有一定強度的支撐，可改善沉井的接高穩定性。