软弱地区的泵站沉井结构设计与施工

史红福 李 涛

1 工程概况

东涌镇污水处理厂首期工程污水提升泵房采用沉井位于广州市东涌镇(番禺区中部)，北隔沙湾水道与石基、石楼、石桥相望，南隔骝岗沥水道与鱼窝头相接，东临珠江口，是一个三面临水的狭长地域，地质为沿海软弱土层。本污水厂设计规模为8万m3/d，污水提升泵站远期旱季水量为8万 m3/d，雨季水量为12万m3/d，共设5台泵。本泵站为钢筋混凝土沉井矩形结构，几何尺寸为18.15×14.95，为节省投资，本沉井分隔设置。

2 地质概况

根据《岩土工程勘察报告》，本工程沉井穿过的土层分别为:①素填土，土层厚度0.90 m～2.50 m;②淤泥，土层厚度15.60 m～17.500 m;③淤泥质黏土，土层厚度6.30 m～13.90 m;④中粗砂，土层厚度2.60 m～8.50 m;沉井刚好落到淤泥土层上，故需软基处理后才能满足沉井承载力的要求。

3 沉井的设计与计算

3.1 壁板厚度的确定

根据泵房使用、工艺等要求，本工程沉井内部净尺寸确定为16.15 m×12.95 m×13.45 m，沉井壁厚根据抗浮、下沉及经济要求由下式初步计算:

其中，G1k为沉井自重为基底的水浮托力;Ffw，k为下沉过程中水的浮托力;Ffk为井壁总摩阻力;F′fw，k为验算状态下水的浮力;F′fk为验算状态下井壁总摩阻力;Rb为沉井刃角、隔墙和底梁下地基土极限承载力之和。

根据式(1)～式(3)初步判断壁厚自下而上为1 000 mm～500 mm，刃角底宽取600。

3.2 沉井地基承载力的计算

沉井作为深基础，一般要求下沉到坚实的土层上，本工程沉井却刚好落入淤泥土层上，故必须对其进行软基处理，方可满足承载力要求，经过综合考虑采用φ 500单管旋喷桩复合地基，桩距1 600 mm×1 455 mm，桩端持力层为中粗砂层。要求经过深度修正后的地基承载力特征值达到150 kPa。

3.3 沉井内力计算

4 沉井施工

4.1 基坑开挖

由于此沉井基础刚好落到淤泥土层上，故需用单管旋喷桩进行软基处理，由于采用不排水下沉法施工，故不必考虑止水。沉井制作采取在现有地面上挖除500 mm并换填中粗砂，以减小地面下沉深度，铺设砂层的宽度为沿井壁外各1.5 m。

4.2 沉井制作

该沉井采用铺承垫木的方法，避免沉井混凝土灌注后，在尚未达到一定强度前产生不均匀沉降使沉井结构开裂。制作第一节沉井时，首先要对位置进行测量定位、平整场地并在现有地面上铺500 mm砂垫层，分层洒水夯实，振压密实。这样可避免制作过程中发生不均匀沉降、易于找平，便于铺设垫木和抽除。铺设垫木时应使顶面保持在同一水平面上，垫木摆放时要先在纵、横轴中心线上摆放两组定位枕木，后对称摆放其他枕木，枕木缝间用砂填平。沉井混凝土达到100%设计强度后方能抽撤垫木，抽撤垫木过程中应在沉井上下左右各设观测点一个，观察其下沉情况，如在抽垫过程中发生倾斜、回填的砂挤出、垫木压断、下沉急速增加等异常现象应及时处理。

4.3 沉井下沉

沉井混凝土达到设计强度70%时可拆除模板，拆除模板过程中对井壁进行详细观察，发现缺陷及时处理。下沉施工时先在中部下挖400 mm～500 mm，并逐渐向四周对称、分层、同步的扩挖。刃角处留1.2 m～1.5 m宽土拢，当土拢挡不住刃角的挤压而破裂时，沉井便在自重作用下破土下沉，沉井在下沉过程中随时进行观测，保证下沉速度和垂直度，挖土时对称进行，刃角处不得挖土，发生倾斜达到50 mm时立即停止作用，进行纠偏。

4.4 沉井封底

沉井下沉至设计标高后，经观测在8 h内下沉量小于10 mm或沉降速度在允许范围内时方可封底。沉井采用水下混凝土封底前，井内水位不低于井外地下水位，并且先由潜水员整理沉井中央锅底，清除沉积于表面的浮泥，超挖部分用300 mm左右石块压平井底、铺砂，由潜水员在水下整平。水下混凝土用导管法灌注，导管需进行密封性能试验，通过后方能用于施工，导管的间隔及根数，根据导管作用半径及封底面积确定，间距一般为2.5 m～3.0 m。水下混凝土达到设计强度70%后方能抽水，然后在无水条件下，进行钢筋混凝土底板的浇筑。

5 沉井施工中遇到的问题及经验总结

1)倾斜问题，软土地基中比较常见这种情况，常用措施是加强下沉过程中的观测和资料分析，发现倾斜及时纠正;在刃角高的一侧加强取土，待正位后再均匀分层取土;在刃角较低的一侧适当回填砂石或石块，放慢下沉速度及时清理弃堆土，防止侧压不匀。2)偏移问题，沉井偏移大多由于倾斜引起，纠偏的方法为有意使沉井向偏位的相反方向倾斜，当几次倾斜纠正后，即可恢复到正确位置或有意使沉井向偏位的一方倾斜，然后沿倾斜方向下沉，直至刃角中心线与设计中心线位置相吻合或接近时，再倾斜纠正。3)下沉过快问题，沉井下沉过快，遇到软弱土层，土体压强过小，使下沉速度超过挖土速度时比较常见这种情况，常用措施为在定位垫加垫木给以支承，并重新调整挖土，在刃角下不挖或部分不挖土和在沉井外壁与土壁间填粗糙材料，或将井筒外土体夯实，增加摩阻力;如沉井外部的土液化发生沉降坑时，可填碎石处理。

6 结语

1)根据抗浮系数kfw、下沉系数 kst及下沉稳定系数初步确定壁板厚度(考虑经济因素可选用变截面)，从而更加经济合理，节省造价。2)根据初步计算的井壁厚度，分别对沉井刃角及井壁进行内力分析计算，从而进一步确定此井壁厚度是否满足结构设计要求。3)提出了沉井施工的一般步骤及在施工过程中的注意事项，同时提出了对沉井施工中经常遇到的倾斜、偏移及下沉过快问题进行分析、总结，对沉井以后的施工具有一定的参考价值。

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