【摘要】沉井是建造地下工程構造物和深埋基礎施工的一種施工技術，目前在城市污水處理廠的建設中得到廣泛的應用。本文結合南莊污水處理廠實例，圍繞沉井施工方案、工藝流程、受力計算等方面探討了沉井施工技術，并歸納了沉井下沉過程中應當注意的問題，以供類似研究參考。
隨著社會經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，城市建設規(guī)模不斷擴大，污水處理廠作為城市基礎設施建設的一部分，擔負著凈化污水的任務，對改善城市水環(huán)境、提高城市居民的生活質量具有重要作用。沉井作為建造地下工程構造物和深埋基礎施工的一種方法，是一項實踐性較強的施工技術，具有施工安全、質量可靠、操作方便、施工工期短和經(jīng)濟效果顯著等優(yōu)點。在城市污水工程項目的建設過程中，沉井施工技術貫穿于工程建設的全過程，特別是污水管道和進水泵房的建設，對完善污水處理廠的使用功能具有重要意義。
1.工程概況
南莊污水處理廠首期工程，進水泵房采用鋼筋混凝土沉井結構，建筑平面尺寸為15.9m×13.3m，高度15.98m，沉井刃腳標高-12.7m，下沉深度約14.6m，井壁厚度0.90m。
2.施工方案
2.1開挖基坑，降低初沉標高，減少下沉深度
根據(jù)沉井部分的地質狀況，為保證沉井初沉階段的均衡下沉，將沉井預制及初沉標高設為0.1m，這樣可創(chuàng)造兩個有利條件：
?。?）將預制及初沉平臺設在未撓動粘土層上，土層均勻，承載力大，利于沉井預制及初沉平穩(wěn)；
（2）基坑開挖，縮短了下沉深度。第一節(jié)沉井下沉至設計標高后，其上沿高出基坑底30cm，以利于接打第二節(jié)混凝土及防止基坑內積水溢人沉井中。
2.2降水固砂，確保安全順利下沉
由于沉井下沉過程中穿越一層粉質粘土及一層粗砂，這兩種地層透水性好，井內土體開挖后，地層在滲流水的作用下易形成流砂及管涌，受振動后易液化。這些現(xiàn)象的發(fā)生，極易造成沉井下沉過程中的偏沉、游走及突沉，對沉井的下沉安全構成威脅。因此，必須消除地層滲水。
3.沉井施工過程
3.1沉井制作
（1）砂墊層及刃腳墊木
為使地基均勻承受沉井墻身重量，不致在混凝土澆筑過程中突然下沉或傾斜，導致墻身刃腳裂縫破壞和便于支設模板，在沉井下部鋪設墊木。墊木采用方木（150mm×150mm×2000mm）作支撐墊木。
N=G/Af
式中：G——第一節(jié)沉井單位長度的重力（124.73kN/m）
A——每根墊木與地基或砂墊層接觸的底面積（m2）；A=0.15×2.0=0.30m2
f——砂墊層的承載力特征值（180kN/m2）
N=124.73/（0.30×180）=2.3根
間距：0.43cm取值：0.40cm
沉井刃腳需鋪設墊木數(shù)量：74.3/0.40=186根
地基上鋪設砂墊層，可減少墊木數(shù)量，將沉井的重量擴散到更大的面積上，避免制作中發(fā)生不均勻沉降，同時易于找平，便于鋪設墊木和抽除。
h=（G/f-l）/2tanθ
b=l+2htanθ
式中：G——沉井單位長度的重力（124.73kN/m）
f——地基的承載力特征值（110kN/m2）
l——墊木長度（2.0m）
θ——砂墊層的壓力擴散角，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
在施工平臺頂面沿沉井刃腳鋪設砂墊層作為調平層及受力加強層，砂墊層厚度為75cm，砂墊層用砂為中砂，含泥量小于3%，砂墊層采用平板振動器振搗并灑水，控制干密度≥1.56t/m3，地基整平后，鋪設墊木，使頂面保持在統(tǒng)一水平面上，用水準儀控制其標高差在10mm以內，并在其孔隙中墊砂夯實，墊木埋深為其厚度一半。鋪墊完成后，在墊木上面測量放出精確的軸線和沉井刃腳輪廓線。在輪廓線外適當位置放出檢查點，便于控制和檢查沉井位置。
（2）模板支設和鋼筋綁扎
沉井制作的模板支設和鋼筋綁扎與普通結構施工要求一樣，只不過由于是在軟基上施工，所以要均勻對稱施工，以防止不均勻沉降。
?。?）混凝土澆筑
混凝土采用商品混凝土，并用混凝土輸送泵，送至沉井澆筑部位，沿井壁均勻對稱澆筑。澆筑采用分層平鋪法，每層厚30cm，將沉井沿周長澆筑，保持均勻下料，避免一側集中澆筑，使沉井傾斜，每層混凝土要求2h內澆筑完畢。
（4）第二節(jié)沉井預制
兩節(jié)混凝土的接縫處設凸型水平施工縫，上節(jié)混凝土須待下節(jié)混凝土強度達到70%后澆筑，接縫處經(jīng)鑿毛及沖洗處理，并澆10cm厚減半石子混凝土。
3.2沉井下沉
?。?）準備工作
沉井下沉前，應將沉井內支撐破除，并做好各項準備工作，包括人員、機具等的準備。沉井下沉前，應采用1臺經(jīng)緯儀控制沉井的中線位置。并在沉井的4個角上各設置一個水平觀測點，在下沉過程中用水平儀不斷監(jiān)測沉井的下沉速度和下沉深度，根據(jù)測量結果調整下沉方式。
?。?）承墊木抽除
當模板拆除后，沉井混凝土強度達到設計要求強度70%，方可下沉。沉井完全支撐在墊木上。抽除墊木是沉井下沉的開始，是沉井下沉的重要工序之一。抽除墊木時，必須統(tǒng)一指揮，及時、迅速的將墊木抽出。
?。?）取土下沉
沉井挖土下沉采用人工挖土、搖頭扒桿取土，由于挖土施工困難，研究沉井下沉的安全控制，沉井下沉速度控制為30cm/d。
沉井處于淤泥質及淤泥土層取土時，下沉系數(shù)遠大于1.15，如果下沉時挖土處理不當，可能出現(xiàn)沉井下沉過快現(xiàn)象。挖土順序應遵從先中后邊，逐步擴挖至刃腳附近，使沉井平穩(wěn)、均衡地徐徐擠土下沉。中心“鍋底”深度應從嚴控制，謹防“鍋底”過深發(fā)生“突沉”。每層挖土厚度為0.4m～1.5m。必要時利用沉井井格底梁與沉井刃腳一起擠壓土下沉。
沉井處于粉質粘土層時，采用臺階形挖土自重破土方式。從中間開始向四周逐漸開挖，并始終均衡對稱地進行。相鄰格倉面高差不應超過0.5m。刃腳處留1.2m～1.5m寬土垅，用人工逐層全面、對稱、均勻地削薄土層，每人負責2m～3m一段，方法是順序分層逐漸往刃腳方向削薄土層，每次削5cm～15cm，當土垅擋不住刃腳的擠壓而破裂時，沉井便在自重作用下破土下沉，削土時應沿刃腳方向全面、均勻、對稱地進行，使均勻平衡下沉，刃腳土方開挖方法如圖1所示。
沉井下沉中，如遇到砂礫石或硬土層，當土垅削至刃腳，沉井仍不下沉或下沉不平穩(wěn)，則按平面布置分段的次序，逐段對稱地將刃腳下掏空，并挖出刃腳外壁10cm，每段挖完后用碎石填滿夯實，待全部掏空回填后，再分層挖掉回填的碎石，可使沉井因均勻地減少承壓面而平衡下沉。
3.3下沉觀測
沉井位置的控制是在井外地面設置縱橫十字控制樁、水準基點。下沉時，在井壁上設十字控制線，并在四側設水平點。
4.終沉控制及沉井封底
當沉井刃腳踏面下沉至離設計標高還剩lm左右時，即進入終沉階段，應切忌“深鍋底”，因為過深的鍋底，可能導致刃腳下土體大量向井內涌入，易發(fā)生突然下沉或超沉。應先挖刃腳附近的土體，形成“反鍋底”，然后視情況再挖中心部位土體，控制好下沉速度，務求沉井緩緩擠土下沉到位。
沉井下沉到位后，觀測沉井在8h內累計沉降量小于l0mm時，方可進行封底。沉井封底有排水封底和不排水封底兩種方案，本沉井對封底質量要求嚴格，不允許出現(xiàn)滲漏，再者涌水量不大，井底土質密實，因此確定采取排水封底方案。如沉井不穩(wěn)定，可采取分倉封底措施加以控制。
5.沉井施工中涌土處理及經(jīng)驗體會
5.1涌土及處理
沉井在下沉至距離粉質粘土層0.5m時，由于傾斜和多次糾偏，西側井壁中間部位出現(xiàn)刃腳懸空，雨水順井外壁流入井內，出現(xiàn)涌土現(xiàn)象，共有3處，且造成井外坍塌，影響了沉井開挖、下沉。處理措施主要是對坍塌處進行及時回填，使沉井刃腳埋入粉質粘土層1.5m，形成一個沿刃腳的土堤，以阻礙土體從井外向井內涌入，有效的穩(wěn)定井外土體。
5.2經(jīng)驗與體會
?。?）涌土的危害
細格柵及曝氣沉砂池距沉井6m，沉井下沉至約10.5m時細格柵曝氣沉砂池在進行錘擊樁樁基施工，樁基振動使井內出現(xiàn)涌土、井外土體坍塌，造成樁基暫停施工，影響了細格柵曝氣沉砂池施工進度安排。
?。?）沉井過程對周邊施工便道、建筑物的影響
涌土的出現(xiàn)對周邊環(huán)境影響很大，距離沉井7m的施工便道下沉近1m，附近15m內，地面均有不同程度的下沉。但施工場地附近沒有建筑物，未造成更大的影響。
6.結語
沉井施工是一項系統(tǒng)性的工程，其施工質量直接關系到污水處理廠的正常運作。因此，施工人員在施工前應充分了解施工現(xiàn)場的水文地質和工程地質條件，并嚴格按照相關規(guī)范及設計要求的規(guī)定進行施工，同時要加強施工過程中的監(jiān)測力度，避免對周圍建筑物造成不必要的影響。只要我們規(guī)范施工、精心組織，相信沉井施工技術在污水處理工程項目的應用將會更加廣泛。
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