2018探讨雄州西路三期雨水提升泵站沉井下沉施工

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　　摘要：本文阐述了雄州西路三期雨水提升泵站沉井下沉方案，仅供参考。
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　　关键词：泵站沉井；下沉施工方案
　　1 工程概况
　　 雄州西路三期雨水提升泵站工程地处雄州西路与宁连高速的交汇处，旭光河南端。泵站设计流量为2.0m3/s，属立交雨水泵站。泵房内设置4台潜水混流泵。泵站为Ⅳ级，小（1）型泵站，主要建筑物级别为四级，抗震设防烈度为7度，设计使用年限50年。泵房单体下部结构为沉井，主体长19.6米、宽10.3米、高度为11.3米（底高-3.00米）封底混凝土采用C20，垫层采用C15，沉井采用C25P6。
　　2 地质情况
　　 根据地质勘探报告，现场地质情况如下：
　　 ①1素填土（Qml）：灰褐色，松散，人工堆积成因，主要由粉土构成，表面夹有少量植物根茎，结构紊乱，土质不均匀，填龄3～5年，层底标高6.07～7.13m，层厚0.50～2.60m；
　　 ①2淤泥（Qml）：灰黑色，流塑状态，夹有大量腐植物，有嗅味，主要分布在水塘底部，层底标高4.82m；
　　 ②1粉土（Qal+1）:灰黄色，中密状态，中压缩性，含氧化铁，摇震反应迅速，无光泽反应，干强度低，韧性低，层底标高4.47～5.04m，层厚1.50～2.50m；
　　 ②2淤泥质粉质粘土（Qal+1）:灰色，流塑状态，高压缩性，含有机质，无摇振反应，切面稍光滑，干强度中等，韧性中等，局部夹粉土薄层，层底标高－17.55～－15.83m，层厚20.30～22.20m；
　　 ②3粉质粘土（Q4al+1）:灰色，软塑（局部可塑）状态，中压缩性，含有机质，无摇振反应，切面光滑，干强度中等，韧性中等，层顶深度24.00～25.00m，该层未揭穿。
　　 场区地下水属孔隙潜水，主要由上部素填土、②1层粉土及②2淤泥质粉质粘土中的孔隙水构成潜水含水层组。沉井位置主要的土层为：①层素填土结构松散，孔隙较大，透水性较强，层厚0.5~2.6米②2层淤泥质粉质粘土及②3粉质粘土含水量较大，但透水性较弱。
　　3 施工方案
　　 沉井下沉的方案原施工图设计要求采用不排水下沉法，但由于沉井被分成五部分，下沉过程中能见度很差，潜水员操作会很困难，特别是前池部分，尺寸只有4000*1700，空间非常狭窄。因此若采用不排水下沉法，沉井在下沉过程中容易发生不均匀沉降，且会较难进行纠正。为此，经多方调查、走访周围其它工程施工现场，并经多方面论证，决定采用管井降水，沉井采用排水下沉法进行下沉，原因如下：
　　 （1）根据地质报告，本工程施工范围内土质以粉土为主，从勘察报告来看，粉土的渗水系数很小，淤泥质粉土的水平渗透系数标准值为4.38*10-6cm/s,竖向渗透系数标准值为5.87*10-6cm/s;
　　 （2）宁连公路建成已近20年，沉降已基本稳定；
　　 （3）通过对管井降水影响范围的计算，管井的影响半径R=2S√KH=10.5米，管井距离宁连公路边沟最近为25米，故基本不会对宁连公路造成影响
　　 （4）增设了两口回灌井，及时进行补水；
　　 （5）分两阶段降水，控制降水水位，尽量缩小影响面。
　　 （6）管井降水后可保证坑底无水影响封底砼的浇筑
　　 管井深度根据下式确定：
　　
　　 式中Hw――降水井深度（m）；
　　 Hw1――基坑深度（m），Hw1=10;
　　 Hw2――降水水位距离基坑底要求的深度（m），Hw2=0.50；
　　 Hw3――基坑内水位与井内水位差（m）=ir0，Hw3=3m;
　　 Hw4――降水期间地下水位变幅（m），Hw4=0m；
　　 Hw5――降水井过滤器工作长度（m），Hw5=1m；
　　 Hw6――沉砂管长度（m），Hw6=3m；
　　 依此确定降水井深18m，孔径为600mm，井径300mm，滤水管采用水泥无砂砼管， 根据含水层粒径，管外滤料选用3-5mm砾石。
　　 单井出水能力计算：
　　=86.4m3/d
　　 式中 q'――单井出水能力(m3/d)；
　　 d ――过滤器外径(360mm)；
　　 L ――过滤器浸没长度()，L=1m；
　　 a'――与含水层k值有关的经验系数（100）；
　　 按照潜水含水层完整井计算基坑涌水量：
　　
　　 式中 Q ――基坑总涌水量(m3/d)
　　 H ――潜水含水层厚度(m)，按照10m考虑；
　　 K ――渗透系数(m/d)，按照0.08m/d考虑；
　　 R ――影响半径(m)；根据R=10.5m；
　　 r0 ――基坑有效圆半径(m)，根据r0=8m；
　　 s――水位降深（m），按照10.0m考虑；
　　 经计算，基坑总涌水量为20m3/d 。
　　 基坑涌水量为20m3/d?86.4 m3/d出水能力。
　　 考虑管井的影响半径，及淤泥质粉土的渗水性能，在基坑周围共布降水管井6个，井间距10m以内。
　　 管井布置：在沉井预制及初沉面标高，距沉井边缘线外2.5米处，均匀布设6个管井，布置如下图：
　　
　　
　　 为防止降水过多、过快造成对周边的影响，在沉井制作初期以及沉井制作过程中，就进行管井的降水工作，但对地下水位的高程进行严格的控制即控制在沉井砂垫层下1.5米左右，这种水位对周边环境不会产生任何的影响，同时也便于沉井的制作。等到沉井制作完成后，具备下沉条件时，再提前10～15天进行降排水，确保沉井下沉顺利进行。
　　4 施工工序
　　4.1 沉井预制：
　　 连续降排水7天，然后在地基上铺设砂垫层50?M，选用级配较好的中粗砂，且分二次洒水夯实、找平，砂垫层密实度控制以砂的干容重为准，对中砂可取1.60t/m3，粗砂应适当提高。使砂垫层（或地基土）达到一定的承载力，便于素砼垫层（厚度100?L）浇筑。
　　并在砂垫层与素砼垫层之间铺木方，增强基础承载能力。
　　 n=G/（L×F×250）
　　 n=1050×10/（51×0.1×2.8×250）=0.29
　　 n ―― 每米内垫木根数（根）；
　　 G ―― 第一节沉井的单位长度的重力（1050×10kN/m）；
　　 F―― 每根垫木与地基（或砂垫层）的接触面积（平方米）0.1×2.8；
　　 l――木方长度2.8m；
　　 L――沉井周长51m；
　　 共51/0.29=176根
　　 砼垫层标号采用C15，浇筑时用平板振捣器振捣密实，厚度100?L与宽度2640?L。
　　
　　
　　 沉井分三节制作，一次下沉。第一节制作高度从刃脚踏面算起为3.9m，第一节沉井的制作内容包括刃脚、墙壁。第二、三次浇筑井身，每次浇筑高度分别为3.4m、3.4m。混凝土材料采用强度等级为C25，抗渗标号为S6。每节间留有施工缝，施工缝采用钢板止水片，浇筑时先铺上与混凝土内砂浆成份相同的砂浆一层，然后再浇筑混凝土，仔细振捣，确保新老混凝土良好结合。
　　4.2 沉井下沉
　　 最后一批浇筑的混凝土强度达到设计强度的70%后，进行沉井下沉。先进行刃脚下砼垫层拆除，拆除分区域、按次序、均衡对称同步进行，并需注意沉井四周下沉是否均匀，地梁处砼垫层先拆除，短边支点处的砼最后拆除。沉井井顶周围设防护栏杆。井内的水泵、水力机械管道等施工设施，均架设牢固，以防止坠落。
　　 沉井下沉采用水枪冲刷泥浆泵外排的办法，沉井下沉时间约为20天，每天下沉50厘米左右。在降水下沉的过程中，还应密切注意对宁连高速公路的影响，布置沉降观测点，4小时观察一次。
   　　 （1）下沉速度的控制，根据土质情况，采用高压水枪冲土，取土采用从中间开始向四周逐渐冲刷，并始终均衡对称地进行，每层挖土厚度为 0.4～1.5m.刃脚处留1.2～1.5m宽土垅，逐层全面、对称、均匀地削薄土层，当土垅挡不住刃脚的挤压而破裂时，沉井便在自重作用下破土下沉。
　　 （2）沉井取土下沉图示：
　　
　　
　　 （3）在沉井开始下沉和将沉至设计标高时，避免发生倾斜，尤其在开始下沉 5m以内时，其平面位置与垂直度要特别注意保持正确，否则继续下沉不易调整，在离设计深度50cm 左右停止取土，依靠自重下沉至设计标高。 （4）下沉观测沉井位置的控制是在井外地面设置纵横十字控制桩、水准基点。下沉时，在井壁上设十字控制线，并在四侧设水平点。于壁外侧用红油漆画出标尺，以测沉降，井内中心线与垂直度的观测系在井内壁四边标出垂直轴线，设吊垂球一个，对准下部标志板来控制，并定时用两台经纬仪进行垂直偏差观测。挖土时随时观测垂直度，当垂球离墨线边达50mm 或四面标高不一致时，立即纠正，沉井下沉过程中，每班至少观测两次，并在每次下沉后进行检查，做好记录，当发现倾斜、位移、扭转时，及时通知值班队长，指挥操作工人纠正，使允许偏差范围控制在允许范围以内。沉井在下沉过程中，最大沉降差均控制在250mm以内。当沉至离设计标高2m时，对下沉与挖土情况应加强观测，以防超沉。
　　4.3 助沉纠偏（1）沉井纠偏应根据测量资料随偏随纠，当沉井偏斜达到允许值的1/4时便要纠偏，沉井下沉过程中要做到勤测，勤纠，援纠。（2）沉井初沉阶段要根据“沉多则少挖，沉少则多挖”的原则在开挖中纠偏，刃脚下挖土要逐步扩大，不能一次过量掏挖，不要通过大量挖土来纠偏.（3）当沉井下沉过快时，在沉井外壁间填粗糙材料或将井筒外的土夯实，加大摩阻力。
　　4.4 封底
　　 沉井下沉至设计高程及时进行沉井封底，封底采取干封，砼一次性浇筑，为防止有地下水上涌，我们准备了一些自来水管插入砼中让其集中排水，待封底砼成型后，对水管进行封堵。
　　4.5 监测措施：
　　 沉井下沉过程进行了监测，在确保工程质量的前题下，以防对宁连路的影响。
　　 （1）在宁连公路的路肩及坡脚处各布设3点，对宁连公路的高程及位移情况进行监测。
　　 （2）监测回灌井的水位变化情况。
　　 在沉井下沉过程中，因管井需要正常降排水。故每天从早晨6时开始，每隔4小时用全站仪、水准仪，对宁连路边木桩的坐标、高程测量一次，回灌井的水位检查，从数据来看，点位的坐标值、高程只有1~2mm的偏差，回灌井的水位在下沉过程中基本没有变化。
　　参考资料：
　　1 雄州西三期雨水提升泵站施工图设计
　　2 雄州西路三期雨水提升泵站地质勘察报告
　　3《基础工程》北京：清华大学出版社，北方交通大学出版社，2005年
　　4《建筑与市政降水工程技术规范》JGJ/T111-98
　　5《建筑基坑工程技术规范》YB9258-97
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。