莫耀益
广西市政工程集团有限公司
摘要：在污水处理厂土建工程施工中，进水泵房多采用沉井方法施工。沉井不排水下沉施工技术主要用在土质差、地下水埋藏较浅、土质透水性强等情况下的大型沉井。通过商丘市第二污水处理厂一期土建工程进水泵房建设，介绍水力冲挖不排水下沉施工工艺。
关键词：进水泵房、沉井、不排水下沉、水力冲挖。
1引言
目前，我国很多城市污水处理厂进水泵房广泛采用沉井施工技术。传统的沉井排水下沉施工方法在土质差、地下水埋藏较浅、土质透水性强情况下的大型沉井，下沉过程中容易出现涌水、涌砂等风险，客观上增加了成本投入，需要通过不排水下沉施工方法，提高沉井施工的保证率。
2 工程概述
商丘市第二污水处理厂一期工程位于商丘市城乡一体化示范区内，一期工程建设规模10万m3/d。进水泵房为长27.2m，宽13.9m的矩形井，总高度17.2m，沉井部分高度为13.6m，地面后浇段3.6m。沉井部分刃脚厚度为0.9m；井壁厚度0.7m。混凝土为C30砼，抗渗标号为S8，抗冻标号F150。沉井下沉自上而下分别穿越①粉土、②粉质黏土、③粉质黏土、④细沙层。场区地下水位埋藏较浅，且④层细沙在②层、③层粉质黏土相对隔水作用下，具有一定承压性，沉井挖土时存在流砂、突涌风险。
3主要施工技术
沉井不排水下沉施工技术主要包括：沉井制作、冲挖设备安装、初始（无水）冲挖、水下冲挖下沉、沉井就位、清理混凝土接触面泥浆及铺设碎石垫层、水下混凝土封底。以下结合工程实例予以说明。
3.1沉井制作
3.1.1砂垫层及混凝土垫层
本工程换填厚1m、宽3.2m的砂垫层，C20混凝土垫层厚25cm，宽1.5m。根据文献[1]进行验算：
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砂垫层换填分层摊铺碾压，分层厚度不大于30cm,采用20t压路机碾压。为方便沉井下沉时混凝土垫层破除，混凝土垫层按每2m设置一条断缝。
3.1.2沉井制作
在混凝土垫层上立模浇筑沉井。沉井分三节浇筑，第一节浇筑高度3.3m；第二节浇筑高度5m，；第三节浇筑高度5.3m。
3.2冲挖设备安装
在沉井旁设蓄水池及沉淀池，蓄水池安装4台15KW高效率三相异步电动机，DN55mm橡胶管连接水枪(喷嘴口径φ15mm)。井内安装两台22KW潜水泵用于吸泥。连接输水管路和泥浆输送管路，在沉井顶部搭设设备控制台。
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图3.1设备安装平面布置图
3.3初始（无水）冲挖
高压水枪，在沉井中央冲出一个集水坑，将泥浆泵的吸泥管置于集水坑内。按照“先中间，后四角，先锅底，后刃脚”的原则对称冲挖进行。以沉井中心点为中心，形成中心大锅底的形状，再由中心梯度向四周扩展，锅底深度保持1m左右，四周刃脚土埂保留80cm左右。沉井由于自重而下沉。整个沉井对称开挖，每2小时测量一次下沉量，控制沉井四个角高差不大于20cm。冲挖至沉井下沉3.5m（地下水位标高），结束初始（无水）下沉施工，拆除泥浆泵、设备控制台。往井内注入清水至刃脚面上1m，保持沉井稳定。
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图3.3-1初始（无水）冲挖示意图
3.4水下冲挖下沉
3.4.1水下冲挖装置设计
在两台25KW潜水泵两侧对称安装两 支水枪喷头(喷嘴口径φ15mm)，并在顶部加装吊装连接件。
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图3.4.1水下冲装置设计图
3.4.2水下冲挖设备安装
15KW高效率三相异步电动机，通过DN55mm橡胶管连接至水下冲挖装置的水枪喷头；排泥管与水下冲挖装置出水口连接。采用两台16t汽车吊分别将改装好的冲挖装置放入沉井底部。沉淀池安装1台9.2KW的潜水泵，并将DN125水管接至沉井顶部。
3.4.3水下冲挖下沉
利用高压水枪冲挖土体，25KW潜水泵抽排泥浆。通过16t汽车吊控制牵引绳移动水下冲挖装置，遵照“先中间，后四角，先锅底，后刃脚”的原则，以整个沉井的中心点为中心，形成中心大锅底的形状，由中心梯度向四周扩展，每个下沉循环锅底深度保持1m左右，四周刃脚土埂保持40cm左右。整个冲挖过程利用沉淀池安装的9.2KW的潜水泵往井内补水，保持井内水位高于地下水位1m以上。
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图3.4.3水下冲挖下沉示意图
完成一次开挖后（每次开挖深度1m），关闭高压进水泵，停止补水。保持水下冲挖装置抽排井内泥浆，降低井内水位，使沉井依靠自重下沉。降水时同步测量沉井四角下沉情况，如沉井不均匀下沉，优先冲挖下沉较慢的角下原先保留的土埂，然后冲挖两条边下土埂，控制沉井对边高差不大于20cm。一次下沉完成后往井内注水，保持井内水位高于地下水位1m以上。如此重复冲挖使沉井持续下沉。
3.5沉井就位
沉井刃脚踏面距设计位置1m左右时（最后一次冲挖前）。根据沉井累计偏差，做一次调平冲挖，本次冲挖下沉控制在50cm左右。沉井调平后冲挖下沉至设计标高上3cm。往井内注水至地下水位，保持井内外水压平衡后进行8小时的连续观测，累计下沉量小于10mm，沉井就位稳定。
3.6清理混凝土接触面泥浆、铺设碎石垫层
安排潜水员下底摸排、冲洗与封底混凝土接触的刃脚面泥浆，在沉井底部铺设一层30cm厚的粒径为40～150mm粗碎石垫层。
3.7水下混凝土封底
本工程水下封底厚度为1.43m，根据文献[2]可得采用水下C30混凝土封底满足抗浮及强度要求。
制作两根水下混凝土浇注导管。每根导管由6根2m和1根1.5m的Q235aDN300mm钢管制成，导管用法兰连接；料斗混凝土容量为4.8m3。采用两根32b工钢稳定料斗，导管口距碎石垫层30cm。按照隔墙和底梁位置将封底混凝土分成10个仓，整体从西侧依次往东侧逐仓浇注，第一仓和第二仓采用一根导管浇注，第二至第十仓采用两根导管同时浇注；混凝土面高于底板凹槽底10cm。水下混凝土养护14天后抽除井内水，凿除10cm混凝土浮浆，进行钢筋混凝土底板施工。
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图3.7-2水下混凝土浇注示意图
4施工设备
根据商丘市第二污水处理厂一期土建工程进水泵房沉井不排水下沉施工方法，投入以下施工设备。
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5质量控制
5.1下沉速度控制
（1）沉井初沉阶段：每隔两小时测量一次下沉数据，下沉速度严格控制在0.2-0.5m/d，刃脚高差20cm以内。
（2）沉井中沉阶段：仍以缓慢为主，缓慢控制下沉，每次抽水下沉时随时测量下沉数据，指导纠偏，保证下沉过程中缓慢下沉，避免出现突沉或倾斜。
（3）沉井终沉阶段：即距设计标高还有1m时，先下沉50cm调整沉井下沉高差，减缓下沉速度，纠偏为主，做到有偏必纠，速度宜在0.2-0.5m/d，将沉井调平。最后50cm速度宜在0.2-0.5m/d，控制沉井整体下沉，当沉井刃脚踏面距离设计高程3cm时停止下沉。注水稳定。沉井封底前自沉速率应小于10mm/8h。
5.2冲挖控制
（1）四个角之间，高差不大时，应力争同时冲挖，保持泥面相对在同一高程。如果沉井偏斜趋势增大时，开挖情况应根据偏斜情况及时加以调整。
（2）严格控制刃脚外土埂，为保证沉井受力均匀，内部应力没有集中现象，在刃脚全支承不能满足下沉要求时，需在刃脚处取土，做到均匀、对称、同时、层层剥离，循序渐进。
（3）下沉时测量四角高差，偏位情况，及时了解下沉速度，并进行纠偏。特别要控制好沉井在初始下沉阶段的下沉轨迹。
5.3沉井纠偏控制
根据工程的施工条件及土质情况，如发现偏斜，视具体情况分别对策。
（1）开始入土较浅时，如发生倾斜，只需在刃脚高的一侧进行取土，在刃脚低的一侧保留较宽的土埂；
（2）入土较深时，可在刃脚高一侧随着沉井的下沉逐渐纠正偏差，纠偏位移时，可故意使沉井向偏位方向倾斜，然后沿倾斜方向下沉，直到沉井底面中轴线与设计中轴线重合或接近，再纠正倾斜，直到调整到容许范围内。
（3）沉井位置如发生扭转，可在沉井的两对角除土，借助刃脚下不对称的土压力所形成的扭矩，使沉井在下沉进程中逐步纠正到位。
所有偏差在下沉到距设计标高0.5m以上时，基本纠正好，然后谨慎下沉，在沉井刃脚接近设计标高50cm以内时，不允许再有超出允许范围的偏差。
6施工效果
商丘市第二污水处理厂一期土建工程进水泵房沉井通过运用不排水冲挖下沉施工工法，我们解决了地下水位埋藏较浅，透水性强，且易产生流砂、管涌风险地质的沉井施工，确保了施工安全。沉井下沉到位后刃脚平面中心位置偏差6cm，满足规范要求“不大于下沉总深度的1%”，沉井四角中任何两角的刃脚底面高差最大为8cm，满足规范要求的“不大于两脚间水平距离的1%”，施工误差均在规范要求范围内，确保了后续工艺安装。
参考文献：
[1]上海市工程建设规范，《沉井与气压沉箱施工技术规程》（DG/TJ08-2011）:7-8.
[2]江正荣.沉井封底计算[J].建筑工人,1998,(12):10-11.