大型泵房的沉井施工法

天津經濟技術開發區污水處理廠是為改善投資環境而建立的環保基礎設施工程，其污水泵房建在原為被稱做鹽汪子的海水沉淀池上，地表下2m左右為墊填素土，再下均為多年沉積的流塑狀淤泥。泵房的地下泵池埋深13m，呈凸字型，由于附近布置有變電站和脫水機房、泥餅堆放庫，不可能采用明挖基坑或深基維護結構，設計為一多邊形沉井結構。在流塑狀淤泥中做沉井下沉，極易產生突沉、偏沉滑移，井內涌水、涌泥和超沉不止，沉井下沉的速度和方向極難控制，這是至今尚未很好解決的施工難題。承建該項工程的中鐵十八局三處，根據設計意圖，采用在沉井刃腳下預打粉噴樁，形成聯排樁式的地下連續墻，對于沉井井壁形成具有一定強度的承拖和支撐墻體，將沉井在淤泥中下沉的過程成為一個可控的工藝，成功地解決了這一施工難題。

1施工準備

1.1開挖填土，降低初沉標高

根據沉井部位的地質狀況，為保證沉井初沉階段的均衡下沉，將人工填土層挖除，把沉井預制及初沉標高設為0.48m，這樣可創造兩個有利條件：其一由于初沉地層為淤泥，其含水量及承載力均勻，便于初沉平穩；其二，沉井總下沉量降低2.5m，上部第三節0.5m厚沉井可不作為沉井施工，而在沉井封底后澆筑，這樣既減輕了沉井自重(仍能滿足下沉重量要求)，又縮短了下沉深度，一舉兩得。

1.2粉噴樁施工

打粉噴樁，加固沉井刃腳下軟土，使沉井在連打粉噴樁形成的水泥連續墻的承托下下沉。粉噴樁施工應注意以下幾點：

①位置要準確，樁外沿與井壁外邊線相切，不得外露，以免沉井下沉時水泥土擠至井壁以外，失去支撐作用。

②樁底應深入沉井刃腳設計標高以下16m。

③外圈樁底刃腳下以及樁頂1.0m范圍噴水泥量10%(按樁體重量計)，其余樁身7%。

④內圈樁噴水泥量均為10%。

⑤內外兩排樁間距10cm，以保證開挖內側樁體時不傷及外側樁。

2沉井預制

2.1預制場地平面布置

由于沉井井壁即為合建泵房泵池池壁，因此選擇泵池位置為沉井預制位置。為便于施工，并考慮沉井支撐墻混凝土澆注的需要，場地軟土表層用15cm、8%灰土壓實，支撐墻底另做10灰土平臺。

2.2預制方式

原設計沉井為三節，表層填土挖除后，地面標高正好為第二節沉井頂面標高，因此第三節沉井不再視作沉井結構，而待兩節沉井下沉到位封底后再接打。為減少第一次澆注混凝土的重量，避免下沉過大及不均勻沉降造成混凝土開裂，將第一節混凝土澆注分兩次完成，先澆注刃腳(高1.0m)，待混凝土強度達到設計強度70%以上時再澆注剩余部分，并依次施工第二節。兩節沉井混凝土全部完成后，一次下沉就位。

2.3刃腳底模及支撐墻底模

按初步設計，刃腳下打兩排粉噴樁加固軟土層。原地面為淤泥質亞粘土，容許承載力80kPa，粉噴樁樁頂水泥量10%，水泥土7d無側限抗壓強度可達600kPa，28d抗壓強度可達800～1000kPa。沉井混凝土總量為444m3，按容量2.5t/m3計，總重為3610t。沉井刃腳底面積為44.88m2。因而，單以刃腳底面作支撐面時，承受荷載為804kPa。

按以上計算，并考慮粉噴樁施工的誤差，則沉井刃腳置于粉噴樁頂，承載力尚不能完全滿足

要求，而在沉井的預制過程中，刃腳側面尚未承載，因此在支撐墻底增加支撐底模，以分擔部分沉井的重量。

3沉井下沉

3.1準備工作

沉井必須在混凝土強度達到設計強度后才能開始下沉，下沉前作好以下準備工作：

①井壁外畫觀測標志，在沉井四角設水準觀測點，觀測下沉量及平衡情況；在中軸線處設垂直線，觀測沉井位移及平衡。

②拆除模塊。

③挖除表層灰土

支撐墻底模拆除后，沉井稍有下沉，但刃腳側面隨即承力，沉井止沉。

3.2下沉系數計算

下沉系數公式：

K＝Q/(f·h·L)＞1(1)

式中?Q?——沉井自重重力

f?——摩擦系數，軟土取9.8～11.76kN/m2

h?——最大下沉深度

L?——沉井外壁周長

摩擦系數取軟土的最大值，一般結構沉井自重力下沉系數尚可達到3.0，何況淤泥之中，絕無滯沉問題。存在的問題是下沉深度達到要求時仍會下沉不止，故必須采取控制措施。

3.3粉噴樁連續墻控制下沉的機理

①導向和防止突沉、涌土

根據初步設計構想，在井壁密度范圍內、刃腳之下，預打兩排粉噴樁加固地層是防止沉井突沉、沉降速度過快和涌土的綜合性措施，其作用原理如下：其一，粉噴樁形成了水泥土地的連續墻，對于沉井來說是一個封閉夾在淤泥之中的承載墻體，整個沉井的下沉過程也就是這一承載墻的挖除過程，這樣沉井的下沉速度和平穩程度完全可以由人工挖除粉噴樁的方法來控制。其二，在淤泥質軟土中實施沉井，在挖土下沉過程中易發生涌土現象，即井壁外的流塑狀淤泥因井內外土面高差較大時失穩而產生滑動，滑動弧面刃腳下擠入井內，使井內只出土但土體標高不降，而井外土體標高下沉，極易產生不均衡的土壓力，致使沉井傾斜。刃腳下預先施打兩圈粉噴樁，形成了1.2m厚的水泥土墻，阻止了井壁外土體形成的滑動面向井壁內滑動涌入。

②控制沉井下沉的設計深度

沉井下沉至設計標高，刃腳底面之下土層仍為淤泥時，由下沉系數可知，淤泥土承載能力遠遠不夠，將會下沉不止，現采取刃腳下預打粉噴樁地下連續墻，能夠使沉井刃腳底面下沉至設計標高時，落在粉噴樁地下連續墻的樁頂面上，解決了控制沉井下沉深度問題。

當需要沉井下沉時，只需鑿除樁頭，沉井可憑自重克服土體的摩擦力和支撐力而下沉，一旦刃腳實至樁頭即可止沉。根據以上推論，在沉井即將到達設計標高(以相差50～70cm為宜)時，預先在設計標高處將粉噴樁鑿斷，即可控制沉井準確就位、止沉。

3.4開挖方法

表層灰土硬殼采用人工挖土，其余淤泥采用高壓水槍沖泥，每50cm為一層，逐層沖剝下降。為防止支撐墻及地梁承受彎矩及匯水抽泥的需要，將土層沖成鍋底型(中間低，四周高)。沉井刃腳下粉噴樁每暴露一層，先將內圈粉噴樁沿同標高挖斷清出，外圈粉噴樁間隔挖斷，以使剩余粉噴樁被沉井壓碎，人工清除。

3.5沉井糾偏

由于粉噴樁的導向作用，沉井一般不會有較大偏斜，為保證沉井就位誤差在規范允許范圍內，采取以下控制措施：

a.隨沉井下沉進行水平和中軸線監測，隨時調整挖降粉噴樁的部位和高度。

b.沉井下沉接近到位時停止鑿樁，挖土24h，觀測沉降，若無明顯沉降，可一次沉到位，不再采取其他止沉措施；若有明顯沉降，則應查清原因，并增加止沉措施。

c.沉井接近就位時，若軸線位移或傾斜超過允許范圍，可采用單側壓實填土、單側挖土減載、配重等手段予以糾正。

4沉井封底

沉井下沉完畢，其偏差應符合規范規定：

①軸線位移不大于井深1%；

②高程：+40mm，-60mm；

③傾斜度≯井深0.7%。

沉井就位2～3d后，刃腳已穩定落在粉噴樁頂，即可進行沉井封底。為避免地下水匯集形成較大浮力，頂裂封底混凝土，可在底板上均勻布置滲水井2～3個，井內埋滲水管，并以滲水管為中心向四周做輻射狀碎石育溝引水，待泵池結構全部完成后封堵井口。

5結論

在流塑狀淤泥地層中實施沉井，由于地層承載能力差、摩擦系數小等特性，極易在沉井下沉過程中出現突沉、涌土，沉速過快和超沉位移及傾斜過大等現象，難以控制。本次沉井的設計和施工，充分利用了水泥土的特性，在沉井刃腳下預先打兩排粉噴樁，在軟土層中形成一道強度適宜的連續承載墻壁體，在沉井下沉過程中就像形成了一道可靠導軌。通過分節，分部位鑿除粉噴樁樁頭來調節支撐力，準確控制沉井姿態和下沉速度、深度。

通過前述施工過程可以看出，在相似土層的沉井設計和施工中，可以通過改變刃腳面積和粉噴樁長度、直徑、強度(通過調整噴粉量實現)等諸多手段調整承載力，方法多樣、工藝簡便、成本低廉，是一種成功的施工工藝。