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(duì)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(shè)計(jì)、排水下沉、封底、質(zhì)量控制 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TV523文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　一、工程

2、概況 </b></p><p>　　南水北調(diào)禹州長(zhǎng)葛段第八施工標(biāo)段位于長(zhǎng)葛市境內(nèi)，標(biāo)段內(nèi)共設(shè)計(jì)有5個(gè)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(gè)泵站沉井結(jié)構(gòu)型式相同，現(xiàn)對(duì)其中一個(gè)泵站沉井施工過程進(jìn)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(dòng)葫蘆配合轉(zhuǎn)運(yùn)。 </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(biāo)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(shè)計(jì)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(jìn)行地質(zhì)復(fù)核、作好地質(zhì)編錄，如地質(zhì)情況有較大差異即行與設(shè)計(jì)溝通處

5、理。 </p><p>　　基坑內(nèi)四周設(shè)排水溝，并和基坑內(nèi)四角上降水井相連，以加強(qiáng)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?dāng)?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(yáng)程40 m，配套電機(jī)功率 2.2KW，井內(nèi)配控制水位的自動(dòng)開關(guān)。 </p><p>　　3.3、砂墊層及刃腳胎模設(shè)計(jì) </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(shí)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(shè)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(jì)算、鋪設(shè)方法、要求及刃腳磚砌胎模制作方法如下： </p><p>　　砂墊層鋪設(shè)厚度計(jì)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(zhǎng)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(zhǎng)度,m </p><p>　　-砂墊層壓力擴(kuò)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(jì)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(duì)稱鋪設(shè)，分層鋪設(shè)，用平板振搗器振密實(shí)，含水控制在15~20%，遍數(shù)不少于3遍。 </p><p>　　3.4、下沉前的準(zhǔn)備工作 </p><p>　　由于整個(gè)

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(biāo)，因而必須在沉井下沉過程中進(jìn)行詳細(xì)的監(jiān)測(cè)。同時(shí)，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(duì)沉井的下沉系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。 </p><p>　　3.4.1、控制點(diǎn)的設(shè)置 </p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況對(duì)沉井下沉過程中的控制點(diǎn)的鋪設(shè)按以下方法進(jìn)行： </p><p>　　首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況本工程專門設(shè)置

11、了兩個(gè)絕對(duì)坐標(biāo)控制點(diǎn)進(jìn)行放線監(jiān)測(cè)沉井下沉，在放出沉井中心點(diǎn)后，采用十字線控制沉井中心軸線，四側(cè)各設(shè)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(cè)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(cè)軸線偏移及沉井傾斜情況，內(nèi)壁掛設(shè)線錘以內(nèi)壁軸線中線是否重合來控制挖土情況，同時(shí)沉井外壁應(yīng)用水準(zhǔn)儀抄平，并沿高度方向劃出標(biāo)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(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)高數(shù)值，以隨時(shí)掌握下沉量，并判斷是否均勻下沉。 </p><p>　　下沉前應(yīng)將突出沉井外壁的磚砌胎膜鑿掉，應(yīng)沿刃腳四周同時(shí)均勻鑿平沉井的外壁。 </p><p>　　所有的模板對(duì)拉螺栓外露部分均應(yīng)割除，表面用預(yù)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(yīng)確保井壁的預(yù)留插筋放置無誤 </p><p>　　在沉井內(nèi)壁畫垂線，外壁畫出標(biāo)尺，以利于下沉?xí)r控制標(biāo)高。 </p><p>　　3.4.2、下沉系數(shù)的計(jì)算 </p><p>　　根據(jù)規(guī)范【2】，采用下列計(jì)算沉井的下沉系數(shù)： </p><p>&

14、lt;b>　　Ｋ＝ </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?xí)r，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(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(shí)采用增加自重輔助下層，同時(shí)在經(jīng)

18、過黃土中粉質(zhì)壤土層時(shí)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(shè) </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(yán)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(qiáng)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>　?。?）混凝土澆筑完后，及時(shí)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(shí)間；拆下的模板及時(shí)清除表面殘留砂漿，修補(bǔ)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(cuò)開，內(nèi)外鋼筋

21、要設(shè)鋼筋支撐，每1.5m不少于一個(gè)。井壁預(yù)埋插筋要有加固措施。 </p><p>　　運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)的成品鋼筋表面應(yīng)潔凈無損傷，油漆污染和鐵銹等應(yīng)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(yù)制砂漿墊塊保證保護(hù)層厚度。 </p><p>　　鋼筋在現(xiàn)場(chǎng)制作，根據(jù)鋼筋下料單加工鋼筋。為盡

22、量減少倉(cāng)號(hào)的準(zhǔn)備時(shí)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(yùn)鋼筋到工作面，然后人工抬運(yùn)綁扎就位。 </p><p>　　鋼筋保護(hù)層厚度控制采用高一標(biāo)號(hào)的預(yù)制墊塊，通過預(yù)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(hù)層及各部分鋼筋尺寸的大小均應(yīng)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(biāo)號(hào)C20，項(xiàng)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(qiáng)度到達(dá)70%后進(jìn)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(shí)對(duì)接縫處灑水潤(rùn)濕，澆筑時(shí)沿整

24、個(gè)澆筑面鋪上5cm高標(biāo)號(hào)的細(xì)石混凝土，然后再澆筑C20混凝土。 </p><p>　　混凝土對(duì)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(shí)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(duì)井壁預(yù)留孔槽周圍要加強(qiáng)振搗，保證平整密實(shí)，混凝土灑水養(yǎng)護(hù)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(shè)計(jì)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(zhǔn)確的軌跡，此時(shí)應(yīng)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(shè)計(jì)標(biāo)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(shè)計(jì)標(biāo)高2米時(shí)，此時(shí)應(yīng)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(yán)格控制底梁、隔墻取土，鍋底挖深應(yīng)減小。 </p><p>　　4.3下沉過程控制 </p><p><b>　　1、測(cè)量監(jiān)測(cè)要求 </b></p><p>　　在人工挖土下沉過程中，測(cè)量人員利用經(jīng)緯儀每天分四個(gè)時(shí)間段對(duì)沉井的下沉進(jìn)行監(jiān)

27、測(cè)、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(biāo)高控制點(diǎn)對(duì)沉井的偏移、扭位、傾斜及下沉量進(jìn)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(shí)監(jiān)測(cè)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(qiáng)度達(dá)100%后方可開始挖土下沉，一次下沉到位，待沉至設(shè)計(jì)位置后，進(jìn)行

28、封底施工，封底砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)收后方可進(jìn)行泵井上部結(jié)構(gòu)施工。 </p><p>　?。?）沉井下沉前應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)外觀檢查，檢查混凝土強(qiáng)度 </p><p>　　（2）正式開挖之前應(yīng)先敲除井壁刃腳外側(cè)混凝土墊層，墊層敲除的方式應(yīng)考慮沉井混凝土澆筑時(shí)沉井的沉降及墊層的開裂情況而定，堅(jiān)持受力對(duì)稱、均勻的敲除，敲除過程中測(cè)量員應(yīng)觀測(cè)沉降情況 </p><p>　?。?）加強(qiáng)

29、檢查、觀察井點(diǎn)排水系統(tǒng)正常運(yùn)行，出現(xiàn)不正常情況時(shí)及時(shí)匯報(bào)，以便安排人員進(jìn)行修復(fù)。 </p><p>　　3、井內(nèi)土方開挖、轉(zhuǎn)運(yùn)方法 </p><p>　?。?）井內(nèi)挖土采用人工配三臺(tái)電動(dòng)葫蘆，3臺(tái)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(duì)稱均勻的削薄土

30、層，每次削5～10cm，當(dāng)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>　?。?）沉井開始下沉至5m以內(nèi)的深度時(shí)，要特別注意保持沉井的水平與垂直度，否則在繼續(xù)下沉?xí)r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(yīng)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(kuò)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>　?。?）沉井下沉近設(shè)計(jì)標(biāo)高2m時(shí)（壓密注漿范圍內(nèi)），井內(nèi)土體的每層開挖深度應(yīng)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(yù)防沉井下沉未能止住，在下沉過程中預(yù)備好枕木，墊壓在刃腳下。 </p><p>　?。?）井內(nèi)設(shè)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(shè)1個(gè)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(shè)潛水泵，將地下水排出井外。 </p><p>　　4.4 、 沉井封底 </p><p>　?。?）當(dāng)沉井下沉至距設(shè)計(jì)底標(biāo)高20cm時(shí)，應(yīng)停止井內(nèi)挖土和排水，使其靠自重下沉至或接近設(shè)計(jì)底標(biāo)高,再經(jīng)2～3天下沉穩(wěn)定,或經(jīng)觀測(cè)在8h內(nèi)累計(jì)下沉量不大于10mm,即可進(jìn)行封底。 </p><p>　?。?）封底前應(yīng)先將刃腳處新舊混凝土接觸面沖洗干凈和打毛,對(duì)

33、井底進(jìn)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(shè)1個(gè)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(shí)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(shí)填嚴(yán)，振搗密實(shí)，以保證沉井的最后穩(wěn)定，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%在墊層上綁扎鋼筋、安裝預(yù)埋件，新老砼接觸面應(yīng)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>　　（4）底板混凝土澆筑時(shí)，應(yīng)分層、不間斷地進(jìn)行，由四周向中間推進(jìn)，每層澆筑厚度控制在30~50cm左右，并采用振動(dòng)器振搗密實(shí)。 </p><p>　　（5）底板混凝土澆筑后應(yīng)進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)。在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)，應(yīng)繼續(xù)利用集水井進(jìn)行排水。待底板混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%并經(jīng)抗浮驗(yàn)算后，再對(duì)集水井進(jìn)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(qiáng)度混凝土進(jìn)行堵塞并搗實(shí)，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(shí)搗平。 </p><p><b>　　五、結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　沉井分節(jié)制作一次下沉，沉井下沉?xí)r根據(jù)工程地質(zhì)條件采用適當(dāng)?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(rèn)真檢測(cè)、評(píng)估其程度，確定有效的預(yù)防與糾偏處理措

36、施。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]劉國(guó)彬 王衛(wèi)東 基坑工程手冊(cè)（第二版）。北京：中國(guó)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(shí)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)[