復(fù)雜地形大體積泵站沉井施工應(yīng)注意的事項

蕭國潮

（廣州市建筑集團有限公司市政路橋分公司，廣東廣州510030）

1 工程簡介

泵站位置在荔城大道、荔景大道交匯路口西南側(cè)，西側(cè)緊鄰護城河。東側(cè)距荔景大道11m，西側(cè)距附城河4～11 m，南北兩側(cè)為市政綠化草地。泵站建筑物面積525.74 m2，采用沉井結(jié)構(gòu)，高13.3m，平面尺寸22.4 m×14.9 m，地下構(gòu)造結(jié)構(gòu)為C30，抗?jié)B等級S8，控制砂率35%～40%，水灰比不大于0.5，每立方米混凝土水泥用量不大于360 kg，不少于325 kg，混凝土含堿量小于3.0 kg/m3，含氯量小于0.2%。上部結(jié)構(gòu)混凝土采用C30，墊層混凝土采用C15，封底混凝土采用C25。沉井井壁混凝土采用兩次澆筑分段下沉。

2 工程地質(zhì)

根據(jù)設(shè)計所提供的地質(zhì)鉆孔柱狀圖，泵房所處位置地質(zhì)結(jié)構(gòu)如下：

（1）表層素填土，平均層厚3.5m，承載力60 kPa。

（2）第二層為耕土，平均層厚0.9m，承載力80 kPa。

（3）第三層為粉質(zhì)粘土，平均層厚1.45 m，承載力165 kPa。

（4）第四層為細砂，平均層厚1m，承載力100kPa。

（5）第五層為粉質(zhì)粘土，平均層厚3.03 m，承載力120 kPa。

（6）第六層為粗砂，平均層厚3.63 m，承載力180 kPa。

（7）第七層為淤泥質(zhì)土，層厚4.98 m，承載力75 kPa。

3 工藝流程

沉井施工一般經(jīng)過制作、下沉和封底三個階段，其工藝流程主要如下：

施工準備→施工測量放線→外圍止水帷幕→基坑開挖→基礎(chǔ)深層樁→置換砂墊層→刃腳支架→沉井鋼筋模板→澆筑混凝土→養(yǎng)護拆除井壁和刃腳模板→對稱拆除刃腳支架→沉井內(nèi)挖土下沉→澆筑沉井封底混凝土→養(yǎng)生→綁扎底板鋼筋→澆筑沉井底板混凝土→養(yǎng)護→沉井內(nèi)隔墻及上部結(jié)構(gòu)施工。

4 沉井施工應(yīng)注意的事項

4.1 沉井周邊止水施工

沉井井壁距增江河堤僅15 m，且沉井下沉施工需穿過砂層，將會引起地面沉降，砂層也會隨水流動而形成流砂涌入，加大施工難度。為此，在沉井外側(cè)設(shè)置一道封閉的具有抗剪性、抗?jié)B性雙重作用的止水帷幕，以阻隔沉井內(nèi)、外地下水的貫通和相互流動，避免流砂的形成。經(jīng)過論證后確定在沉井外圍3 m處設(shè)置ф550 mm雙層密排攪拌樁（各樁咬合10 cm），從標(biāo)高10.2m至-4.81 m設(shè)置，樁長15 m。

4.2 基坑的下降

為減少沉井下沉深度，在沉井筒體制作前先開挖3 m基坑，基坑開挖采用大開口方式進行，邊坡坡比為1∶0.5，基坑底的平面尺寸比刃腳的外壁每側(cè)各大2 m，在基底四周挖設(shè)50 cm×50 cm的排水溝，并接入基坑內(nèi)的集水井中。集水井尺寸為80 cm×80 cm×100 cm，用排水泵將集水井內(nèi)的水抽排到遠離基坑以外處。在原地面基坑開挖邊緣1 m處，設(shè)置深30 cm、底寬30 cm的截水溝截留雨水。

4.3 鋼筋的焊接綁扎

（1）框架梁、柱、剪力墻主筋采用直螺紋機械連接接頭，其余構(gòu)件當(dāng)受力鋼筋直徑大于等于Ф22時，采用直螺紋機械連接接頭；當(dāng)受力鋼筋直徑小于Ф22時，采用綁扎連接接頭；同一截面內(nèi)鋼筋接頭數(shù)量受拉區(qū)不超過25%，受壓區(qū)不超過50%；鋼筋的接頭不得設(shè)在梁端、柱端的箍筋加密區(qū)內(nèi)；鋼筋的接頭距鋼筋的彎折處距離不小于5倍鋼筋直徑（d）；鋼筋焊接接頭采用搭接電弧焊焊縫，焊縫長度不小于10 d（單面搭接焊），焊縫厚度不小于0.3 d。

（2）鋼筋預(yù)埋。沉井壁上預(yù)留結(jié)構(gòu)與底板、內(nèi)隔墻的主連接鋼筋。為了減少沉井下沉過程中的摩擦力，下沉挖土過程中不至于挖斷預(yù)留鋼筋，鋼筋預(yù)留長度不超過20 cm，今后施工底板和隔墻時采用螺絲套筒進行鋼筋接頭。

4.4 沉井下沉

4.4.1 挖土下沉

沉井開始下沉施工時，井壁頂面比原地面高3.55 m，由于沉井分為兩格，故采用兩臺長臂挖掘機挖土，挖掘機臂長20 m，水平伸距為12 m，可伸進井內(nèi)約8m，根據(jù)計算，在沉井邊搭設(shè)挖掘機工作位后能夠井內(nèi)取土。取土?xí)r先從每格中間開始，均勻?qū)ΨQ地逐步地向刃腳處分層取土，以利沉井均勻下沉。每層挖土深度，根據(jù)土質(zhì)而定，開始時位于粉質(zhì)粘土層，除土面不宜低于刃腳；當(dāng)入土較深進入砂層時由于摩阻力大沉井不易下沉?xí)r時，可將刃腳下掏空，但取土面不得低于刃腳下2m。

4.4.2 粘土層的挖土方法

采用兩臺長臂挖掘機對稱于井格中部挖土，使之形成鍋底型，鍋底標(biāo)高比刃腳低1.5m～2m，然后逐步挖土至刃腳附近，再使用高壓水槍配合射水松動刃腳下部土體使刃腳剪切土體下沉。具體操作方法如圖1、圖2所示。

4.4.3 砂層的挖土方法

沉井進入砂層以后，由于砂層的地下潛水與鄰近的增江貫通，采取抽排水后挖土的方法將使井內(nèi)外水頭差過大而導(dǎo)致流砂涌入井內(nèi)。因此將施工方法調(diào)整為不排水開挖法。挖土?xí)r向沉井內(nèi)灌水以保持井內(nèi)水位略高于井外水位，從而杜絕了井內(nèi)流砂涌入現(xiàn)象。挖掘機挖土采取由井格中央向刃腳四周擴散的順序，并適當(dāng)加大鍋底與刃腳的高差。

由于進入砂層后井壁摩擦力變大，同時采取不抽水下沉法增加了浮力，沉井下沉速度明顯慢于粘土層，所以針對性地采取了井外挖土下沉法，即挖除部分井外上層松土，并回灌泥漿，從而達到了減少摩擦，輔助下沉的目的。

4.4.4 終沉階段的挖土方法

為防止沉井超沉，在刃腳底面距設(shè)計高程+20 cm時，停止井內(nèi)挖土，沉井井格內(nèi)的土層也不形成鍋底，且大致保持在一個平面位置上。跟蹤觀測自沉狀況，在驗證了沉井自沉系數(shù)后，再緩慢挖除刃腳附近土體，使沉井自沉到設(shè)計要求的高程。

（1）沉井下沉控制。根據(jù)土質(zhì)情況，采用臺階形挖土自重破土方式。采用從中間開始向四周逐漸開挖，并始終均衡對稱地進行，每層挖土厚度為0.4～1.5 m。刃腳處留1.2～1.5 m寬土垅，用人工逐層全面、對稱、均勻地削薄土層，每人負責(zé)2～3 m一段，方法是順序分層逐漸往刃腳方向削薄土層，每次削5～15 cm，當(dāng)土垅擋不住刃腳的擠壓而破裂時，沉井便在自重作用下破土下沉，削土?xí)r應(yīng)沿刃腳方向全面、均勻、對稱地進行，使均勻平衡下沉。

（2）沉井下沉中，如遇到砂礫石或硬土層，當(dāng)土垅削至刃腳，沉井仍不下沉或下沉不平穩(wěn)，則按平面布置分段的次序，逐段對稱地將刃腳下掏空，并挖出刃腳外壁10 cm，每段挖完后用小卵石填滿夯實，待全部掏空回填后，再分層刷掉回填的小卵石，可使沉井因均勻地減少承壓面而平衡下沉。

（3）在沉井開始下沉和將沉至設(shè)計標(biāo)高時，周邊開挖深度小于10 cm，避免發(fā)生傾斜，尤其在開始下沉5m以內(nèi)時，其平面位置與垂直度要特別注意保持正確，否則繼續(xù)下沉不易調(diào)整，在離設(shè)計深度20 cm左右停止取土，依靠自重下沉至設(shè)計標(biāo)高。

4.5 下沉觀測

（1）沉井位置的控制是在井外地面設(shè)置縱橫十字控制樁、水準基點。下沉?xí)r，在井壁上設(shè)十字控制線，并在四側(cè)設(shè)水平點。于壁外側(cè)用紅鉛油畫出標(biāo)尺，以測沉降，井內(nèi)中心線與垂直度的觀測系在井內(nèi)壁四邊標(biāo)出垂直軸線，各吊垂球一個，對準下部標(biāo)志板來控制，并定時用兩臺經(jīng)緯儀進行垂直偏差觀測。挖土?xí)r隨時觀測垂直度，當(dāng)垂球離墨線邊達50 mm或四面標(biāo)高不一致時，立即糾正，沉井下沉過程中，每班至少觀測兩次，并在每次下沉后進行檢查，做好記錄，當(dāng)發(fā)現(xiàn)傾斜、位移、扭轉(zhuǎn)時，及時通知值班隊長，指揮操作工人糾正，使允許偏差范圍控制在允許范圍以內(nèi)。沉井在下沉過程中，最大沉降差均控制在250mm以內(nèi)。當(dāng)沉至離設(shè)計標(biāo)高2 m時，對下沉與挖土情況應(yīng)加強觀測，以防超沉。

（2）下沉觀測點布置及觀測辦法：

a.在沉井模板拆除后，沉井下沉之前，先在井外選穩(wěn)定位置設(shè)置縱橫十字控制樁、水準基點。然后進行刃腳高程測量和沉井中線測量，在沉井四腳井壁上用紅鉛油畫出標(biāo)尺，繪出沉井中心線標(biāo)記；沉井垂直度的觀測則在井壁四邊標(biāo)出垂直軸線，各吊垂球一個，并定時用兩臺經(jīng)緯儀進行垂直偏差觀測。

b.挖土?xí)r隨時觀測垂直度，并根據(jù)垂直度數(shù)據(jù)適時指導(dǎo)均衡出土，當(dāng)垂球離墨線邊達50 mm時，應(yīng)暫停檢查，確認無異常情況方繼續(xù)施工；水準沉降觀測每班至少兩次，做好記錄，當(dāng)發(fā)現(xiàn)四邊最大沉降差超過25mm時，應(yīng)及時指揮操作工人糾正，使偏差控制在允許范圍以內(nèi)。當(dāng)沉至離設(shè)計標(biāo)高2m時，對下沉與挖土情況應(yīng)加強觀測，增加觀測頻率，以防超沉。具體沉降觀測點設(shè)置如圖3所示。

4.6 下沉糾偏

（1）沉井下沉過程中，有時會出現(xiàn)傾斜、位移及扭轉(zhuǎn)等情況，應(yīng)加強觀測,及時發(fā)現(xiàn)并采取措施糾正。產(chǎn)生傾斜的原因可能有：

a.刃腳下土質(zhì)軟硬不均；

b.拆刃腳墊架時，抽出承墊木未對稱同步進行，或未及時回填；

c.挖土不均，使井內(nèi)土面高低懸殊；

d.刃腳下掏空過多，使沉井不均勻突然下沉；

e.排水下沉，井內(nèi)一側(cè)出現(xiàn)流砂現(xiàn)象；

f.刃腳局部被大石塊或埋設(shè)物擱?。?/p>

g.井外棄土或施工荷載對沉井一側(cè)產(chǎn)生偏壓。

（2）操作中可針對原因予以預(yù)防,如沉井已經(jīng)傾斜，可采取在刃腳較高一側(cè)加強挖土并可在較低的一側(cè)適當(dāng)回填砂石，必要時配以井外射水，或局部偏心壓載，都可使偏斜得到糾正。待其正位后，再均勻分層取土下沉。

（3）位移產(chǎn)生的原因大多由于傾斜導(dǎo)致，如沉井在傾斜情況下下沉，則沉井向傾斜相反方向位移，或在傾斜糾正時，如傾斜一側(cè)土質(zhì)較松軟時,由于重力作用，有時也沿傾斜方向產(chǎn)生一定位移，因此預(yù)防位移應(yīng)避免在傾斜情況下下沉，加強觀測,及時糾正傾斜。位移糾正措施一般是有意使沉井向位移相反方向傾斜，再沿傾斜方向下沉，至刃腳中心與設(shè)計中心位置吻合時,

（4）再糾正傾斜，因糾正傾斜重力作用產(chǎn)生的位移，可有意向位移的一方傾斜后，使其向位移相反方向產(chǎn)生位移糾正。

（5）沉井下沉產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的原因是多次不同方向傾斜和位移的復(fù)合作用引起的，可按上述糾正位移、傾斜方法糾正位移，然后糾正傾斜，使偏差在允許范圍以內(nèi)。

4.7 沉井封底

（1）當(dāng)沉井下沉到設(shè)計標(biāo)高，經(jīng)觀測8 h下沉量不大于10mm時，立即進入沉井封底施工。

（2）水下混凝土封底施工前對基底進行清理：將井孔內(nèi)空、刃腳及隔墻下的土層均進行清理，新老混凝土接觸面用水沖刷干凈。沉積于表面的浮泥清除，鍋底或超挖部分回填采用30 cm左右石塊壓平井底再鋪砂?；灼秸麩o妨礙水下混凝土流通的深坑陡坎。由于隔墻較厚，隔墻下土層難以取出，采用彎頭吸泥機清除，以保封底質(zhì)量。

（3）封底材料為C25水下混凝土，采用垂直導(dǎo)管法灌注水下混凝土，水下混凝土坍落度為150～200 mm，在開始灌注混凝土?xí)r宜用較小的坍落度。灌注封底水下混凝土需要的導(dǎo)管間隔及根數(shù)，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)管作用半徑及封底面積確定，間距一般為2.5～4 m，最深點應(yīng)布置有導(dǎo)管，用數(shù)根導(dǎo)管灌注時，應(yīng)依先低處后高處，先周圍后中部的順序進行。

（4）在灌注混凝土過程中，導(dǎo)管隨混凝土面升高而徐徐豎向提升，導(dǎo)管埋入混凝土的深度應(yīng)與導(dǎo)管內(nèi)混凝土下落高度相適應(yīng)，相鄰兩管混凝土的高度差不得超過管距的1/15～1/20。

（5）用混凝土泵通過漏斗及導(dǎo)管灌注水下混凝土?xí)r，導(dǎo)管直徑應(yīng)與混凝土泵的輸送能力相適應(yīng)，混凝土的灌注應(yīng)盡可能快地進行，導(dǎo)管拆除的間隔時間不宜超過30 min，混凝土灌注將近結(jié)束時，應(yīng)加大混凝土的坍落度和導(dǎo)管埋深。

（6）封底混凝土施工時，應(yīng)有潛水員隨時檢查灌注標(biāo)高及混凝土面平整度，發(fā)現(xiàn)混凝土面高差較大應(yīng)及時找平。

5 結(jié)語

通過該大體積泵站沉井在復(fù)雜地形下沉施工工藝的成功應(yīng)用，積累了大體積沉井施工的經(jīng)驗，并對今后類似工程的施工提供了參考價值。