特殊地质粗格栅沉井施工技术研究

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摘 要：粗格栅是作为污水进处理厂的重要构筑物，其规模大且埋深较深，一般采用沉井形式。沉井制作及下沉阶段对地基不均匀沉降都十分敏感，沉井施工措施稍欠缺将可能造成偏斜、突沉。本文结合宁波市南区污水处理厂二期粗格栅制作、下沉施工为例，提出克服该沉井制作、下沉初始阶段的软弱土地质情况及下沉后期的硬壳土层地质的施工难点，确保制作安全及防止突沉的施工技术措施，同时后期采取空压泵破碎土层配合水冲法，且池外壁采用泥浆护壁减少摩擦进行助沉的施工工艺。工程实践效果表明本工程所采取的沉井技术对于解决特殊地质地区的沉井问题具有相当显著效果。

关键词：粗格栅沉井；沉井制作；软弱土质；突沉；沉井下沉；硬壳土层

1、工程概况

本工程为宁波市南区污水处理厂二期工程，粗格栅沉井长24.6米，宽19.1米，高17.7米（-13.1～4.6），其中制作阶段高16.05米，混凝土强度等级为C30，抗渗等级为S6，采用沉井法施工：水力机械吸泥出土不排水下沉，井壁分段浇筑，带框架及隔墙一次下沉。沉井区域现状地面标高为3.18～5.00不等，其中有6个储水压力罐与沉井仅18米左右，沉井南侧1.5米有一根废弃的DN1200顶管，埋深8米左右；另距沉井东南侧12米左右有一直径为8米的现状沉井，且有3根DN2200进水总管汇集与该井，埋深9米左右；沉井的西侧10米为凌家泵站，该泵站经改造后将作为鼓风机房的基础。

2、沉井施工难点

（1）沉井南侧1.5m左右的DN1200废弃顶管对沉井下沉的干扰，因该管线埋深8m，管位距沉井1.5米数据仅为估测，粗格栅沉井南侧有2道悬挑梁伸出井外1米左右，极有可能会与DN1200顶管冲突。

（2）凌家泵站距离沉井西侧10m；现状沉井及3根DN2200进水总管距离沉井东南侧仅12m左右，沉井在制作及下沉阶段稍有控制不当，若产生地基土扰动极可能造成凌家泵站及现状顶管沉井偏移，DN2200进水总管错位、脱节等问题。

（3）本污水泵站沉井制作阶段砼总方量达1700m3，总计约4420吨，井壁每延米砼方量为14m3，另考虑施工荷载影响，制作完成后井壁每延米荷载将达到38吨。从地质报告情况看淤泥层的承载力均不足55kPa～75kPa，为此在沉井制作阶段需要对地基土采取一定的加固措施，确保制作阶段沉井的稳定。

（4）粗格栅沉井终沉的土质为5b粉质粘土层，地基土承载力特征值为180kPa，比较硬，阻力大，下沉困难，需采取助沉措施。

3、沉井下沉分析

根据地质资料沉井终沉时为5b层，地基承载力为180pa。本污水泵站沉井三次制作的砼总方量为1700m3，合计重4250T；井壁的投影面积为83.03m2，隔墙及大梁的投影面积为97.93m2，合计180.96m2。

K= =0.98＜1.05～1.10

因此沉井终沉阶段应采取必要的助沉措施，另沉井穿越性质差的2层淤泥质土时，应采取措施防止突沉、下沉幅度过大或倾斜现象。

4、沉井制作施工技术

4.1基坑开挖

将场地总体平整至3.00左右，沉井井壁挖深1.7米，宽3米，地下大梁及隔墙沟槽开挖深度为1.2米，宽2.5米。便于充分利用表层硬壳土层作为砂垫层基础。

4.2砂垫层制作

砂垫层设计合理与否及施工质量是沉井制作阶段稳定的关键。要非常重视和做好刃脚下砂垫层施工，保证沉井接高时井体稳定，严防沉井制作时的不均匀沉降。

基坑开挖结束后，应及时铺筑砂垫层，砂垫层厚度为2米。砂垫层采用中粗砂回填。回填应按每层约50cm分层铺筑后撼水用振动棒和平板振捣密实。因纵向隔墙及大梁砂垫层高出平面30cm，为此砂垫层四周采用砂包筑岛围堰。由于施工现场回填土均为砂土，须作好排水工作，以保证砂层承载力。沉井区域设集水井6只（长边方向，一边各设置3个），井深2米，采用Ø600的穿孔PVC管外包一层砂布进行排水。施工期间连续抽水，严禁砂垫层浸泡在水中，刃脚基础处理。

4.3砼垫层及转角砖胎模制作

根据经验取值采用C25素砼垫层，厚度为20cm，素砼宽度分别取井壁内外20cm。沉井刃脚四个转角斜面（2米+2米）×4个拟考虑采用砖胎模，以增加沉井接高时的承载力。

4.4沉井结构制作

本污水泵房沉井砼拟分三节浇筑成型，分节如下：

第一节：制作高度6.1m，即标高-13.1m～-7.0m，浇筑混凝土680m3，；

第二节：制作高度5.5m，即标高-7.0m～-1.50m，浇筑混凝土570m3；

第三节：制作高度4.2m，即标高-1.5m～2.95m，浇筑混凝土450m3。

混凝土采用2台泵车同时浇筑，每层浇筑厚度控制在50cm内，浇筑速度控制在0.9m/h左右。沿井壁按顺、逆时针交叉、对称、均匀浇筑，应避免一侧浇筑使沉井倾斜。在浇筑过程中和做好沉降观测，及时掌握沉井下沉量和倾斜量，为后一节制作提供依据。

5、沉井下沉施工技术

5.1 凿除混凝土垫层

下沉时沉井下部结构强度应达到设计强度，第四节达到70%设计强度方可下沉。考虑到本沉井重量大，只需将井壁外周垫层凿除，以防止破坏井壁外土体。井内壁及大梁底垫层均会随沉井下沉自行脱落，下沉过程中由吊车吊出井外。

5.2 沉井下沉技术措施

（1）前期下沉如现场有排泥条件，则采用水力机械冲洗泥浆下沉，在井内布置8套TXS-4泰兴泵。由下沉工用高压水枪将泥冲切成泥浆，由泵将泥浆吸出，送至泥浆沉淀池，二十四小时连续施工。

（2）为了防止沉井突沉，出土顺序采取由内向外，先取内圈格仓，再取分批取外圈格仓，但必须控制相邻井格取土面高差，起沉阶段可依实际情况保留部分底梁下土塞。

（3）严格控制刃脚外土塞，保证沉井受力均匀，内部应力没有集中现象。由于本工程沉井自重大，沉井下沉初期下沉系数大，因此下沉初期在井格内应适当留置土塞以控制下沉速度。

（4）通过电测和光学仪两种手段对下沉量，四角高差，偏位进行测量，及时了解下沉速度，并进行纠偏，当沉井达到允许偏差值1/4时必须纠偏。确保沉井在初始下沉阶段形成良好的下沉轨迹。

（5）对周围建构筑物等布点监测，随时掌握由于沉井下沉引起的环境影响问题。

（6）沉井起沉阶段，当素砼垫层敲拆后，沉井重心偏高，沉井井壁的四周无摩擦力，起沉阶段应在沉井中央开挖锅底逐步扩大，及时纠偏，使沉井在初沉阶段平稳下沉，形成初成阶段的良好轨迹，使刃脚埋在土层中，降低沉井重心。由于沉井在初期下沉过程中，下沉系数较大，故采取挤土下沉。

（7）各格仓之间，在沉井偏斜不大时，应力争水力机械同时冲挖。如果沉井偏斜趋势增大时，格仓之间的开挖情况应根据偏斜情况加以调整。

（8）对于离集泥坑较远的井孔（格），当冲沉井四角和井壁处土堤时，泥浆从那里流到集泥坑有时是很困难的，为了不使集泥坑和集泥水沟之泥砂沉淀，经常用一个水力冲泥机反复冲刷和搅动。

5.3 沉井穿越硬土层技术措施

本工程沉井下沉后期(-10.0~-13.1)为5b粉质粘土，地基土承载力为180kpa，为硬壳土层，要采取必要的助沉措施，确保沉井快速、平稳、安全地下沉至设计标高。为此，本工程采取技术措施如下：1）采用空压泵破碎土层配合水冲法，并增大水枪压力，加大破坏该土层的力度。2）定点冲泥，按泥面标高测量数据控制冲泥位置。3）沉井外侧壁挖深3m，采用泥浆护壁减少井壁摩擦4）井壁上堆放钢材等重物压重700T。5）分析高差、位移等资料，及时纠偏。

5.4 沉井下沉纠偏技术措施

避免因纠偏幅度过大而对周边土体产生较大扰动，同时为防止沉井下沉对土体有较大扰动，本工程可采用泥浆护壁作为辅助下沉、纠偏措施，可有效减小沉井下沉对周边土体的扰动。

6、结语

本文结合宁波市南区污水处理厂二期粗格栅下沉施工为例，提出该工程克服制作阶段的软土地质情况，确保制作安全及防止突沉的施工技术措施，同时采取空压泵破碎土层配合水冲法，且池外壁采用泥浆护壁减少摩擦进行助沉，工程实践效果表明本工程所采取的沉井技术对于解决软弱土地区的沉井制作及在硬壳土层中克服阻力下沉问题具有相当显著效果。