浅析城市污水处理厂沉井施工技术

 【摘 要】沉井是建造地下工程构造物和深埋基础施工的一种施工技术，目前在城市污水处理厂的建设中得到广泛的应用。本文结合南庄污水处理厂实例，围绕沉井施工方案、工艺流程、受力计算等方面探讨了沉井施工技术，并归纳了沉井下沉过程中应当注意的问题，以供类似研究参考。 

　　【关键词】工艺流程图；施工方案；沉井技术；受力计算 

　　随着社会经济建设的快速发展，城市建设规模不断扩大，污水处理厂作为城市基础设施建设的一部分，担负着净化污水的任务，对改善城市水环境、提高城市居民的生活质量具有重要作用。沉井作为建造地下工程构造物和深埋基础施工的一种方法，是一项实践性较强的施工技术，具有施工安全、质量可靠、操作方便、施工工期短和经济效果显著等优点。在城市污水工程项目的建设过程中，沉井施工技术贯穿于工程建设的全过程，特别是污水管道和进水泵房的建设，对完善污水处理厂的使用功能具有重要意义。 

　　1.工程概况 

　　南庄污水处理厂首期工程，进水泵房采用钢筋混凝土沉井结构，建筑平面尺寸为15.9m×13.3m，高度15.98m，沉井刃脚标高-12.7m，下沉深度约14.6m，井壁厚度0.90m。 

　　2.施工方案 

　　2.1 开挖基坑，降低初沉标高，减少下沉深度 

　　根据沉井部分的地质状况，为保证沉井初沉阶段的均衡下沉，将沉井预制及初沉标高设为0.1m，这样可创造两个有利条件： 

　　（1）将预制及初沉平台设在未挠动粘土层上，土层均匀，承载力大，利于沉井预制及初沉平稳； 

　　（2）基坑开挖，缩短了下沉深度。第一节沉井下沉至设计标高后，其上沿高出基坑底30cm，以利于接打第二节混凝土及防止基坑内积水溢人沉井中。 

　　2.2 降水固砂，确保安全顺利下沉 

　　由于沉井下沉过程中穿越一层粉质粘土及一层粗砂，这两种地层透水性好，井内土体开挖后，地层在渗流水的作用下易形成流砂及管涌，受振动后易液化。这些现象的发生，极易造成沉井下沉过程中的偏沉、游走及突沉，对沉井的下沉安全构成威胁。因此，必须消除地层渗水。 

　　3.沉井施工过程 

　　3.1 沉井制作 

　　（1） 砂垫层及刃脚垫木 

　　为使地基均匀承受沉井墙身重量，不致在混凝土浇筑过程中突然下沉或倾斜，导致墙身刃脚裂缝破坏和便于支设模板，在沉井下部铺设垫木。垫木采用方木（150mm×150mm×2000mm）作支撑垫木。 

　　N=G/Af 

　　式中：G——第一节沉井单位长度的重力（124.73kN/m） 

　　A——每根垫木与地基或砂垫层接触的底面积（m2）；A=0.15×2.0=0.30m2 

　　f——砂垫层的承载力特征值（180kN/m2） 

　　N=124.73/（0.30×180）=2.3根 

　　间距：0.43cm 取值：0.40cm 

　　沉井刃脚需铺设垫木数量：74.3/0.40=186根 

　　地基上铺设砂垫层，可减少垫木数量，将沉井的重量扩散到更大的面积上，避免制作中发生不均匀沉降，同时易于找平，便于铺设垫木和抽除。 

　　h=（G/f-l）/2tanθ 

　　b=l+2htanθ 

　　式中：G——沉井单位长度的重力（124.73kN/m） 

　　f——地基的承载力特征值（110kN/m2） 

　　l——垫木长度（2.0m） 

　　θ——砂垫层的压力扩散角，不大于45° 

　　h=[124.73/（0.40×110）-2.0]/（2×tan30°）=0.72m，取75cm 

　　b=2.0+2×0.75×tan30°=2.87m，取3.0m 

　　在施工平台顶面沿沉井刃脚铺设砂垫层作为调平层及受力加强层，砂垫层厚度为75cm，砂垫层用砂为中砂，含泥量小于3%，砂垫层采用平板振动器振捣并洒水，控制干密度≥1.56t/m3，地基整平后，铺设垫木，使顶面保持在统一水平面上，用水准仪控制其标高差在10mm以内，并在其孔隙中垫砂夯实，垫木埋深为其厚度一半。铺垫完成后，在垫木上面测量放出精确的轴线和沉井刃脚轮廓线。在轮廓线外适当位置放出检查点，便于控制和检查沉井位置。 

　　（2） 模板支设和钢筋绑扎 

　　沉井制作的模板支设和钢筋绑扎与普通结构施工要求一样，只不过由于是在软基上施工，所以要均匀对称施工，以防止不均匀沉降。 

　　（3）混凝土浇筑 

　　混凝土采用商品混凝土，并用混凝土输送泵，送至沉井浇筑部位，沿井壁均匀对称浇筑。浇筑采用分层平铺法，每层厚30cm，将沉井沿周长浇筑，保持均匀下料，避免一侧集中浇筑，使沉井倾斜，每层混凝土要求2h内浇筑完毕。 

　　（4） 第二节沉井预制 

　　两节混凝土的接缝处设凸型水平施工缝，上节混凝土须待下节混凝土强度达到70%后浇筑，接缝处经凿毛及冲洗处理，并浇10cm厚减半石子混凝土。 

　　3.2 沉井下沉 

　　（1）准备工作 

　　沉井下沉前，应将沉井内支撑破除，并做好各项准备工作，包括人员、机具等的准备。沉井下沉前，应采用1台经纬仪控制沉井的中线位置。并在沉井的4个角上各设置一个水平观测点，在下沉过程中用水平仪不断监测沉井的下沉速度和下沉深度，根据测量结果调整下沉方式。 

　　（2） 承垫木抽除 

　　当模板拆除后，沉井混凝土强度达到设计要求强度70%，方可下沉。沉井完全支撑在垫木上。抽除垫木是沉井下沉的开始，是沉井下沉的重要工序之一。抽除垫木时，必须统一指挥，及时、迅速的将垫木抽出。 

　　（3） 取土下沉 

　　沉井挖土下沉采用人工挖土、摇头扒杆取土，由于挖土施工困难，研究沉井下沉的安全控制，沉井下沉速度控制为30cm/d。 　　沉井处于淤泥质及淤泥土层取土时，下沉系数远大于1.15，如果下沉时挖土处理不当，可能出现沉井下沉过快现象。挖土顺序应遵从先中后边，逐步扩挖至刃脚附近，使沉井平稳、均衡地徐徐挤土下沉。中心“锅底”深度应从严控制，谨防“锅底”过深发生“突沉”。每层挖土厚度为0.4m～1.5m。必要时利用沉井井格底梁与沉井刃脚一起挤压土下沉。 

　　沉井处于粉质粘土层时，采用台阶形挖土自重破土方式。从中间开始向四周逐渐开挖，并始终均衡对称地进行。相邻格仓面高差不应超过0.5m。刃脚处留1.2m～1.5m宽土垅，用人工逐层全面、对称、均匀地削薄土层，每人负责2m～3m一段，方法是顺序分层逐渐往刃脚方向削薄土层，每次削5cm～15cm，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，削土时应沿刃脚方向全面、均匀、对称地进行，使均匀平衡下沉，刃脚土方开挖方法如图1所示。 

　　沉井下沉中，如遇到砂砾石或硬土层，当土垅削至刃脚，沉井仍不下沉或下沉不平稳，则按平面布置分段的次序，逐段对称地将刃脚下掏空，并挖出刃脚外壁10cm，每段挖完后用碎石填满夯实，待全部掏空回填后，再分层挖掉回填的碎石，可使沉井因均匀地减少承压面而平衡下沉。 

　　3.3 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。 

　　4.终沉控制及沉井封底 

　　当沉井刃脚踏面下沉至离设计标高还剩lm左右时，即进入终沉阶段，应切忌“深锅底”，因为过深的锅底，可能导致刃脚下土体大量向井内涌入，易发生突然下沉或超沉。应先挖刃脚附近的土体，形成“反锅底”，然后视情况再挖中心部位土体，控制好下沉速度，务求沉井缓缓挤土下沉到位。 

　　沉井下沉到位后，观测沉井在8h内累计沉降量小于l0mm时，方可进行封底。沉井封底有排水封底和不排水封底两种方案，本沉井对封底质量要求严格，不允许出现渗漏，再者涌水量不大，井底土质密实，因此确定采取排水封底方案。如沉井不稳定，可采取分仓封底措施加以控制。 

　　5.沉井施工中涌土处理及经验体会 

　　5.1 涌土及处理 

　　沉井在下沉至距离粉质粘土层0.5m时，由于倾斜和多次纠偏，西侧井壁中间部位出现刃脚悬空，雨水顺井外壁流入井内，出现涌土现象，共有3处，且造成井外坍塌，影响了沉井开挖、下沉。处理措施主要是对坍塌处进行及时回填，使沉井刃脚埋入粉质粘土层1.5m，形成一个沿刃脚的土堤，以阻碍土体从井外向井内涌入，有效的稳定井外土体。 

　　5.2 经验与体会 

　　（1）涌土的危害 

　　细格栅及曝气沉砂池距沉井6m，沉井下沉至约10.5m时细格栅曝气沉砂池在进行锤击桩桩基施工，桩基振动使井内出现涌土、井外土体坍塌，造成桩基暂停施工，影响了细格栅曝气沉砂池施工进度安排。 

　　（2）沉井过程对周边施工便道、建筑物的影响 

　　涌土的出现对周边环境影响很大，距离沉井7m的施工便道下沉近1m，附近15m内，地面均有不同程度的下沉。但施工场地附近没有建筑物，未造成更大的影响。 

　　6.结语 

　　沉井施工是一项系统性的工程，其施工质量直接关系到污水处理厂的正常运作。因此，施工人员在施工前应充分了解施工现场的水文地质和工程地质条件，并严格按照相关规范及设计要求的规定进行施工，同时要加强施工过程中的监测力度，避免对周围建筑物造成不必要的影响。只要我们规范施工、精心组织，相信沉井施工技术在污水处理工程项目的应用将会更加广泛。 

　　参考文献： 

　　[1] 胡志莲.循环水泵房沉井施工技术探讨[J].长江工程职业技术学院学报.2012年第02期. 

　　[2] 史亚东.某污水处理工程进水泵房沉井施工[J].建筑科学与监理.2011年第04期.