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1、南海盐步污水处理厂粗格栅及进水泵房、4#泵站沉井下沉施工方案湖南长沙中格(集团)有限公司沉井施工公司第一章 工程概况南海盐步污水厂处理厂粗格栅及进水泵房、4#泵站是矩形井，井内由钢筋混凝土连系底梁分成2个方格区域，形成刚体的矩形结构。根据该设计结构和地形、地貌以及施工条件，我司决定采用水力机械出土和抓土机抓土相结合，排水下沉和不排水下沉相结合的下沉方法。因下沉系数大，下沉施工时不须考虑减少土体对壁的摩阻力的方法；因施工场地空旷，周围没有对沉降敏感的永久建筑物和构造物，不须过多考虑沉井周围土体塌陷现象对周围的影响。本沉井已采用挖基坑换填中沙，中沙厚度2m，铺设方式为满铺，加垫木制作井壁，还须下沉
2、13m，穿过2m回填沙层，5m厚淤泥，2.5m厚粉砂层，6m厚粗沙层，持力层为粗沙层，沙层主要是渗水层。第二章 下沉操作的主要施工方法第一节 下沉施工方法选用一、不排水下沉是指在沉井下沉过程中不采取措施将井内渗出的地下水排除，沉井下沉过程中，井内水位保持与井外地下水位齐平，该方法主要缺点是下沉出土作业时看不清楚，较难控制下沉稳定性。二、排水下沉是指在下沉时采取降水措施（或隔水措施）使地下水位降低或阻断，使沉井内几乎无地下水渗出。该方法的主要优点：1、由于井内无水，施工人员可以看清井内的下沉出土状况，锅底土面高低和刃脚及底梁与土面的接触状况，便于根据井外的测量报告，安排挖土与纠偏相结合，从而很好
3、地控制下沉质量，控制高差与轴线位移。2、下沉速度快，排水下沉速度可达0.5m/d，是不排水下沉的25倍。3、经济效益显著。采取排水下沉后，可实现干封底，不但提高封底质量，而且节省大量砼和人工。三、本工程选用的施工方法：本工程采取排水下沉法为主同时结合使用不排水下沉法，主要有以下几个原因：1、地质资料反映，沉井下沉穿过渗水速度快，含水率高的沙层，最后座落在沙层。要实现合同工期和质量承诺必须采取排水下沉，加快穿过沙层。2、本沉井体积大，跨度大，井壁薄，如果下沉控制不好，四面高差大，可能危及结构安全，影响交验与使用。3、周围无任何永久建筑物、构筑物。4、力图实现干封底，封底质量有可靠保证及降低成本。
4、基于以上原因，我司将采取排水下沉为主的下沉施工方法。但因该沉井下降过程主要穿过且最后座落在持力层均为沙层，含水率高、持力差易液态化、流质化，下沉系数大，当沉井下沉至离设计标高1m时，加强沉降观测，如果下沉速度为收敛的，我司将继续用排水下沉法下沉至设计标高，如果下沉速度是发散的，必须采取不排水法完成上述工作，以增加浮力，减小下沉系数，防止超沉。第二节 下沉挖土方法一、沉井土方的功能分配根据土方在开挖下沉过程中对沉井的作用分为一般土方和控制土方两类。沉井四周外壁刃脚向内1m区域土方在下沉过程起着控制井身下沉速度，平衡井身，控制偏差，控制轴线位移的作用，所以，我们将它叫控制土方。井内其他土方叫一般土
5、方。一般土方人为挖取，控制土方靠刃脚的挤压而破裂。二、土方开挖方法1、锅底式开采法从沉井中间垂直向下取土，让四周土方在自身重力和外界搅动下破裂，形成边坡，边坡最远处到离沉井刃脚1m处，靠井身自身破坏控制土方而下沉，垂直取土深度根据边坡形成情况确定。2、边角土方挖取方法因为本沉井为矩形，锅底形成在短边和四角处形成死角，无法被底辐射，所以要人工从中间向外围刃脚控制土方区域逐层全面、对称、均匀的冲洗土层，每层厚底1520cm。当沉井下沉量很少或不下沉时，将高差增大至4050cm，冲洗过程不能冲空刃脚踏面下的土层。施工时，应使高压水枪冲入井底的水量和外部渗水量与水力机械出水量保持平衡。3、特殊土方挖取
6、方法当土方按上述办法挖至刃脚，沉井仍不下沉或下沉不平衡，须按布置分段的次序逐段对称地将刃脚下掏空，并掏出刃脚外壁10cm，每段挖完用小卵石填塞夯实，待全部回填后，再分层去掉回填小卵石，可使沉井均匀减少承压面而平衡下沉。4、遇至岩层的土方挖取方法风化或软质岩层可用风镐或铲由中间向刃脚的次序开挖，较硬的岩层打炮孔，进行松动爆破，炮孔深1.0m，以1m1m梅花形交错排列，刃脚处炮孔伸出刃脚口外1530cm，以便开挖宽度超出刃口510cm，下沉时顺刃脚分段顺序每次挖1m宽即回填，如此分段进行，至全部回填后，再去土堆，使沉井平稳下沉。5、沉至设计标高时，土方挖取方法在井开始5m以内下沉时，要特别注意保持
7、平面位置和垂直度正确，以免继续下沉时不易调整，在距离设计标高20cm时，应停止取土，依靠沉井自重和下沉习惯下沉至设计标高。在井开始下沉并将要下沉至设计标高时，周边开挖深度应小于30cm，避免发生倾斜。第三节 下沉出土方法及机具选择按上节介绍的土方开挖方法开挖后，土方如何运出沉井是下沉操作中的难点，我司采用液压抓斗和水力机械出土相结合的办法出土。一、结构施工对下沉操作的施工配合从现开挖回填制作刃脚的基坑面计算，井身还须下沉13m，为保持现有基坑支护面和减少扬程损失，降低能耗，同时减少沉井后期下沉系数，我司计划将井壁施工高度至13m。二、抓斗挖土施工用抓机直接挖掘中央部分的土，使沉井形成锅底，然后
8、刃脚切土下沉。在回填沙层时，锅底深度1.52m，沉井即可靠自重量下沉，而刃脚的土体挤向中央锅底处，再从锅底中继续抓土，沉井即可继续下沉。在砂质粘土层中，刃脚下的土不易向中央坍落，则配以射水枪松土。因我司配备抓土机机臂可辐射所有部位，可对称逐孔轮滚挖掘土方，使其均匀下沉，各分格中内土面高差控制不大于0.5m。二、水力机械出土1、我司自行研发的冲泥机，每个配备48个高压枪头，利用高压水枪射出的高压水流冲刷土层使其形成一定稠度的泥浆汇流至集泥坑，然后，用水力吸泥机吸出，冲粘土时，将喷嘴搁至900角冲刷立面，将底部冲成缺口使之坍落。2、水力机械布置及操作使用方法本沉井采用一次下沉。下沉过程将分为两个阶
9、段。第一阶段在预留进水洞口未入土封堵前，所有排泥管路都从预留洞进出，以减少爬升井墙面的扬程损失。第二阶段在预留洞封堵入土后，所有管路移至井墙顶面，采用串联接力的方式将泥输至事先围好的围塘中。计划按沉井几何尺寸，分区均布，四套水力机械，日出泥量400m3。第四节 下沉控制措施本工程采用抓土和水力机械出土的方法，为确保出土效率和沉井均匀下沉，将采取一系列控制措施，主要有：1、自中间向外逐步扩散的出土程序。2、严格控制刃脚处土基，保证沉井均匀受力如刃脚支承不能下沉须在刃脚取土时，做到均匀对称、层层剥离，循序渐进。3、对下沉量、四角高差、偏位测量，实时掌握下沉速度，及时纠偏，保证沉井初始阶段形成良好下
10、沉轨道。4、通过电测手段，获得基底反力及沉井结构应力，应变数据，及进消除非正常受力现象，确保沉井结构安全受力。5、控制降水，严防井底涌砂现象，在粘土层不宜降水过低，既增加降水能耗，又增加粘土塑性，影响冲泥和出泥效果，从而影响下沉。6、对周围布点监测，掌握降水对周围的环境影响。7、沉至粘土层时，提高水压，加大破土力量。8、必要时潜水员配合施工。9、及时轮流冲井格泥土，提高出土效率，必要时配备4台潜水绞吸机，破坏土层。10、必要时启用已预埋触变泥浆助沉，减少井壁磨擦阻力。第三章 沉井封底第一节 排水封底沉井下沉至设计标高，经过观测8h下沉量不大于1cm，或沉降率在允许范围内，说明下沉已经稳定即可进
11、行封底。封底方法有两种，本沉井力图排水干封底，如遇特殊情况用不排水封底。一、排水干封底在沉井底面平整后，刃脚四周经过处理后无渗漏水现象，然后将新老混凝土接触面冲刷干净或打毛对井底进行整理，使之成为锅底形。如有少量渗水，可采用排水沟或排水盲沟挖成由刃脚向中心的放射形，沟内填以碎石作为滤水盲沟，在中间的集水井，降水深度在底板下2.5m，并与盲沟连通，插入400四周带孔眼的钢管，四周填以碎石，使井底的水流汇集井中，用泵抽除，保证水面低砼底板1m以下。1、清理基坑要求：将基底土层做成锅底形坑，要便于封底，各处清底深度均应满足设计要求。2、清理基底土层的方法：在不扰动刃脚下面土层的前提下，可人工清理、射
12、水清理、吸泥或抓土清理。3、清理基底风化岩方法：可高压射水、风动凿岩工具配合抓斗或吸泥机清除。本沉井封底砼为20cm厚的素砼，达到设计强度50%后，绑扎底板钢筋，如垫层以下有承压水，应做好引流槽引流，防止破坏底板砼浇注底板钢筋砼，砼浇筑应在整个沉井面积上分层不间断进行，由四周向中央推进，每层厚度3050cm，并振捣密实，砼采用自然养护，养护基间应继续不间断抽水。待底板砼强度达到70%后，对集水井停止抽水，封堵。封堵方法：将井中水抽干，在井内迅速用硬性高标号砼堵塞并捣实，然后上法兰盘，用镙栓拧紧焊牢，上部用砼抹平。第二节 不排水封底本沉井持力层为砂质粘土，在下沉过程井外部分土体被挤压变形，在水力
13、作用下易液化。降水不但易造成管涌，而且沉井自重大，排水下沉干封底易造成超沉，如后期下沉速度发散，须加水增大浮力减少下沉系数，用水下砼封底。不排水封底即在水下进行封底，要求沉井底浮泥清除干净，新老砼接触面用水冲刷干净，并铺碎石垫层。在沉井锅底可以抛入块石，后再在上面铺碎石垫层。封底砼用导管法灌注。为防止上浮力较大而破坏砼，可在水下设置引渗漏的导管，待水下封底砼达到需要的强度后，从沉井中抽水，然后施工底板钢筋砼。第四章 测量控制与观测第一节 下沉测量控制与观测沉井平面位置与标高的控制是通过在沉井四周的地面土设置纵横十字中心控制线和水准点进行的。沉井的垂直度是在沉井井筒内按4等分标出垂直轴线，以吊线
14、锤对准下部标板进行控制。在挖土时，随时观测垂直度，当线锤距离墨线达50mm时，或四面标高不一致时，应及时纠正沉井下沉的控制：在井外壁上的两侧用白油漆画出标尺，可用水平尺或水准仪观测沉降，加强平面位置、垂直度和标高、沉降值的观测，每班至少测量两次，每次下沉检查一次，并作好记录，如有倾斜、位移和扭转，应及时通知值班负责人，指挥操作人员纠偏，使偏差控制在设计允许范围内。第二节 沉井工程测试设计一、测试目的1、确保结构安全2、确保按时到达设计标高3、信息化施工4、积累经验提供沉井设计依据二、测试内容及布置1、结构服务1) 侧向土压力20个点2) 沉井钢筋应变48个点3) 沉井钢筋应力40个点4) 沉井
15、刃脚反力16个点2、施工服务1) 沉井周边土体位移4个断面2) 沉井下沉量及不均衡沉降量监测系统一套3) 地下水位降水测量4) 接高稳定性测试第五章 沉井下沉施工常见问题的原因分析 预防措施及处理办法通过大量沉井施工，我司总结沉井施工常见问题和预防处理方法：常见问题原因分析预防措施及处理方法沉井倾斜1、沉井刃脚下的土层软硬不均匀；2、没有对称地抽地抽出承垫木或没有及时回填夯实，井外四周的回填土夯实不均匀；3、没有均匀挖土，使井内土面高差悬殊；4、刃脚下无悬空大多，沉井突然下沉，易产生倾斜；5、刃脚被障碍物挡住，未及时发现和清除；6、排水开挖时，井内涌砂；7、井外弃上或堆物，井上附加荷载分布不均匀，造成对井壁的偏压1、加强下沉过程中的观测和资料分析，发现倾斜及时纠正；2、对称均匀抽出承垫木，及时用砂或砂砾回填夯实；3、在刃脚高的一侧加强取土，待正位后再均匀分层取土；4、在刃脚较低的一侧适当回填砂石或石块，放慢下沉速度；5、不排水下沉，在靠近刃脚低地一侧适当回填砂石；在井外射水或开挖、增加偏心压载以
