大型沉井设计施工技术

大型沉井在软弱土中的施工技术摘要：本文以西塘污水处理工程3号提升泵站的园形沉井施工为例，较为详细地介绍了沉井的设计与施工，特别对施工方案的选择，沉井的制作、下沉、封底的施工方案进了行细致的阐述。为以后再次施工更大更深的沉井工程时提供一定的参考。关键词：泵站、提升井、园形沉井、下沉、封底、沉井制作、土层摩擦力、抗浮、1、概述：××污水处理工程3号提升站主要由园形提升井、矩形格栅井组成。提升泵站的主要作用是将整个西塘镇污水管网收集的污水通过格栅井内格栅机除去污水中的漂浮物，再通过提升井内的潜水泵将污水提升到污水处理厂。提升井为一园形埋地构筑物，井内净深(底板上表面到地面)13米，井内径D=17米,提升井地面以上部做成园形车间及值班室。格栅井为长*宽*深=8米*4米*9米和矩形埋地钢筋混凝土水池。原设计格栅井与提升井为一整体筑物，技术设计方案考虑为土方放坡开挖的普通水池施工方法。2、对设计方案的改进得到业主的设计图，经进认真研究和现场实际情况调查，认为原设计方案有如下缺点：（1）离泵站30米左右，是高速公路、高压电杆、民房。普通水池的土方放坡开挖，在此工程中由于开挖深度大（达14米以上），可能危及工程周围的建筑物;（2）土石方工程量巨大，土方施工难度大，施工质量特别是填方质时难以得到保证；工程造价也很高；(3)施工安全隐患大，由于地质土均含水量高的淤泥质土或软弱粘土，基坑开挖深度达15米，即使是放坡开挖也极容易垮塌，从而造成人生伤亡事故；（4）对环境破坏严重，由于放坡面积很大，造成土方大面积开挖，开挖出来的土方也需要找场地堆放，水池完工再运回来回填，需占用大时耕地，同时影响周围环境。基于以上原因，我们认为该方案事实上已不能实施，我们对业主提出改用沉井的设计方案，就避免了以上存在的问题。并要求将提升井和格栅井分开做，两构筑之间相距3~4米，分别做成沉井。完工后，通过顶管施工3-4米长的管道将提升井和格栅井相联结，格栅井内的水通过管道流入提升井内。3、园形沉井的设计根据上述要求，对提升井按沉井施工的方案进行了园形沉井设计。3.1设计条件3.1.1工程概况：井内径d=17m，井壁厚t=900mm，井外径D=18.8m,地面标高为±0.00,底板顶标高为-13.00m,底板厚为950mm,底板垫层厚800mm，垫层下砂石反滤层厚1000mm，刃脚踏面标高为:-15.75m。由于地质较为松软，采用较宽踏面的刃脚，踏面宽c=450mm,刃脚高h=750,刃脚上上口宽同池壁厚。施工时分三次制作，三次下沉。第一节制作高度为4.75m,每二、三节制作高度均为5.50m。3.1.2沉井材料：袖井壁及底插板也C2灵5阴防水砼，难垫绳层龟C1场5寒防水沿砼评,饲d杀≥曲10m旬m叫时，采用纷热轧钢雹筋蜜HRB3击3触5膏。俩3.1.高3肤吗地质资料层：杏地下水位个标叨高嫩-1.0栗m娘，炭±0.0辉0~-0款.5芽m份为耕植土揪，明-0.5锹m~-2倦.5浅m债为亚粘土迅，奇-2.5我m~-9登.撞5觉为淤泥质储土丰,-9.疲5精以下为粉真砂或粉土躬。由于地疗基土渗透乞系较小，咱所以沉井尼下沉和封亮底时不考任虑降水，伏按排水施办工方法考苏虑。纠3.2昂词沉井下沉葬验算住3.2.令1邪覆沉井自重张井壁钢筋完砼重度再按尿25KN些/m扬3橡计算，沉躁井壁重量悦为：帅G丹K伯=(18犯.8*1粪8.8-饶17*1棋7)*3拐.14/或4*0.延85*1两5.75浑*25=浴1792秩6kN可3.2.移2洪减摩阻力负基坑开挖严深度座为殊2均m酷，则标铃高工-2.0耀0纱m虹以上不考枝虑摩阻力牛，标蝶高值-2.0躁0m~-盼7.00细m择井壁侧面汽的摩阻力贪按三角形尚分布。单秒位摩阻力怕按《上海主市地基基运础设计规搅范》规定票：宾f=15前~20k役N/m舰2业,瞧本处取上踩限。声摩阻力计陈算高度：描h司k班=1/2威*5+(都17.7勺5-7)肥=13.赢25m构井壁总摩务阻力：霸F荣fk做=13.孔25*1迟8.8*悼3.14绿*20=跳1564淹3kN代3.2.悦3洁踩下沉系数团，考虑排兽水下沉施聪工，狗下沉系伟数隶:k砖st仅=G枕K书/F叶fk衣=179身26/1惹5643食=1.1臂46>1携.05斯满足《给酿排水工程洽钢筋砼沉酷井结构设兆计规程谦》耳CECS岗137-燕200欣2浴下沉的要管求。裕3.3响果沉井抗浮各验算侍3.3.暮1思组沉井自重提封底后，失沉井抗浮夫验算时，钳沉井重除词井壁重量补外，尚应柴包括封底每素混凝土泥、底板重辆量。素砼晶容重耕按龙24kN拥/m负3动唯计算。旷井壁测重况:179霜26kN避封底重秤：便17*1莲7*3.悉14/4上*(0.钩95*2鹊5+0.薄8*24左)=97接43kN塑总重订：品1792锅6+97域43=2棉7669盆kN隆3.3.劣2取基反摩阻力公计算反摩云阻力时，共单位摩阻命力按《上她海市地基指基础设计龙规范》取京值直：顽f=10界kN/息m漫2宵。稳F怨f厦k积反羞=(15聚.75-考2.5)术*10*怠18.8格*3.1砍4=78戏21kN付3.3.铲4钳走浮力植F全fw录k州浮狗=(15持.75-及1.0)求*18.止8*18波.8*3鼻.14/立4*10买=409配23kN婶3.3.烫5悟场抗浮系数合k准fw句=(G+扎F亦f敌k昆反呢)/F厨fw丝k资浮艘=(27渡669+拉7821己)/40谣923=井0.87体<1.0协(纸不安夏全床)歉3.3.球6式都采取的技劳术措施：永在标负高重-2.0津0虏m叼处的沉井莲四周增设么钢筋砼抗商浮板，抗呢浮板司宽巩2.绘7饿米，播厚创400m程m允，通过抗净浮板上的条土方重量践和抗浮自凶重来阻止盲沉井上浮跃。土方容夜重史按叶19kN慧/m柏3葛计，水容考重抬按南10kM含/M摆3窄计，其抗尊浮板的抗虹浮能力为选：骡F极kfb朱=挨抗浮板自来重柏+案抗浮板上供土方压循=((2慢.7*2牺+18.陕8)*(歉2.7*报2+18批.8)-勤18.8馅*18.瓣8)*3贩.14/挣4*(0什.4*(颈25-1孝0)+1苗.0*(跃19-1抗0)+1犁.0*1宽9)=(袍585.组64-3恒53.4浅4)*3拖.14/逆4*(6尊+9+1树9)=6坚197k广N锦3.3.说7著梨再次验算也抗浮系数极：采k辛fw增=(G+碌F距f浓k思反来)/F苹fwk朗=(27微669+柱7821滑+619龄7)/4弊0923祝=416名87/4菜0923违=1.0洁19>1烟.0韵采取此措础施后，抗圆浮验算合足格。返若不设抗粗浮板，在强沉井底板纳浇筑后，检底板中间刺的集水井盛可不封闭库，可大大骑减小地下乏水对沉井搭的浮力，征待沉井顶瞧（或盖）鹅板和沉井挪上部房屋讲主体结构密施工后再道行封闭集芦水井。这栽样可节省革抗浮板的延施工费用洪，但要增三加抽水的竞费用。沉驻井顶板和特上部建筑紧的重量为最：茄G族上妥=煤顶板将重有+冠四周墙体慨重碌+府屋顶尝重俘=18.绢8*18霉.8*3啦.14/听4*0.恳25*2锤5*2待(易顶板及屋柳顶论)+18毒.8*3纷.14*增4.5*爬0.24遇*20=倚3468舞+127炊5=47侮42kN步根据上述合计算，不昆设抗浮板糟即使把上仔部建筑施友工完成再剂封闭集水每井，抗浮勒也是不能劲满足江要求的，既但可以减侮少抗浮板俗的工程量程。本工考踩虑设置抗批浮板抗浮陈的设计方向案。把上蔬部建筑的痰重量作为暂抗浮的安丢全储备。另3.4染半结构验算最，包括：币3.4.匀1榆沉请井竖向弯布曲计算于主要考虑碍沉井在开耀始下沉特秒别是在抽撒垫木时会叙产生较大裹的弯曲应牺力，以防顽此时过土陈的弯曲应蓝力拉裂井袭壁。摆3.4.洒2域隔井壁抗拉颠计算渗3.4.冲3雷式刃脚配筋照计算隙3.4.处4昼霜底板配筋邀计算才3.4.拨5缓柄若井内设某置隔墙或撞水平框架灾也应进行迈内力计算扮和配筋计胳算。张以上结构固验算由于俩篇幅较长曲和与沉井阁施工无多耍大关系，料在本文不执再赘述。姨4塌秃施工工艺释及方案选连择闭4.1渐硬沉井的制均作子4.1.拣1锡橡基坑的开碍挖谢沉井制作障前，应根鸟据设计图舞提供的坐灶标，放出笨沉井纵横阴两个方向驶的中心轴刊线和沉井包的轮廓线秒，以及水豆准标高等啦，作为沉桨井的施工住依据。基盛坑开挖深渡度，视水愤文地质条仪件和和施绒工机械设钟备以及第五一节沉井俘的浇筑高何度而定，努本工程的职开挖基坑受深度润为当3.视0兼米。基坑金底部的平页面尺寸，讨一般比沉教井设计的拼平面尺寸煤要大一些辱，以便于余支模、抽欢承垫木、很和设置基弊坑排水明请沟。本工欺程沉井外础径系D=1驳7推米，园形倾基坑直径吧为车:奋沉井外浩径芳+馆支模操作总面贤*2嚼+将排水沟眉宽酷*2=1常7+1.肾5*2+脸0.5*跨2=2央1狱米。礼4.1.敌2副狂基坑排水乎及排水泵般的设置划基坑底部奥设坡度牵为献1闭%殊的排水明伐沟舍,炕排水沟内谁净宽相为圈0.2果5误米，并在像四周设置漠四个方形刻集水井，风集水井大并小阳为谎0.6m驾*0.6辽m撕,驼集水井比病排水沟底饭低范0.额5健米，排水尿沟坡向集箭水井。唤若坑底为帐渗透系数籍较大的砂孤质含水层猾，集水井件及排水沟返应做成渗兄透型的井茅或沟，以尾便于引出逐含水层内块的水。脱每个集水留井设潜水青泵一台，笼潜水泵的矮大小视基唉坑涌水量洁大小以及忧是否处于穷暴雨季节蚂施工而定捏。本工程标处于冬季域施工可选旬取较小的栗潜水泵，扮本工程选狼用四台型须号店为秀QY-1回5受的潜水泵迅，其流量却为赏25m盘3滚/创h搬。胁4.1.龄3兵运采用有承诵垫木施工末和无承垫级木施工和甜选膊择得:变这两种方垂案的优缺编点如下慕：贿(1)研刊无承垫木惊施工优点腥：可节省北大量木材佛；工作面荣充裕；可耗一次浇完拜整个沉井滩，节省施直工时间；厉刃脚地基君均匀，可阵按弹性地页基梁性来重分析刃脚奖的受力，离可以改善骄沉井井壁朝的受力情累况。悉（纸2屯）无承垫稻木施工的载缺点：在懒刃脚下的窑砼垫层开细始下沉时泛，容易造镇成下沉过耻快和下沉粗量过大的瞎情况，从挪而产生倾门斜和沉井禾轴线移位河等不良后统果。迟（摊3远）有垫木歉施工的优扑点：由于剩采用垫木暮支承制作往沉井，可谅加大与地盏基的受力尾面积，在掩沉井制作坡过程中不姓产生较大流的下沉和络不均匀沉撇降。业（慨4词）有承垫离木施工的珠缺点：浪纵费木材，搁工序比较陕麻烦，施额工进度较光为缓慢，螺沉井下沉桑前抽出承碑垫木时虽雀然有组织最有计划，收容易造成毅沉井倾斜辫、下沉不春均匀，从肠而造成沉高井开裂。碗根据上述景两种方案认的分析和围现场的实课际情况，烫决定采无吧承垫木的嗓施工方案殊，沉井刃腰脚下采蝇用粘C1北5俗砼垫层来技支承每一祸节沉井的敬重量。计题算简图如智下控图策1零：世混凝土厚香度计算可做按下式进尿行计算：托h角=崖=(酬G兰0住/R-c男)/冷2饶h---亏-致-纵砼厚唉度邮(m聪)抚，米乓于朱G养0迫--示-况第一节沉吃井单位长姥度重量母（缸kN/狭m拖）般,菌c--屋-杀刃脚踏面断宽度柔，遵超递友R---技-剂砂垫层允增许承载力盆，一般促取签100k表N/m潮2讨本工程第倾一节沉井先制作高度勾为玉5.75执m甘,丧沉井厚设度蜡t=90赌0mm疯,静则忆G材0旬=4.7宣5*0.锅9*25徐=106叛.9k箱N/m复刃脚踏面似宽被度取c=0.离45m,收经计算砼北厚券度境h=(1桶06.9葵/100临-0.4途5)/2宅=0.3材m追，弹若砼高灰度字h>0.含3m准,拔则应调整颤第一节沉妇井制作高惊度和踏面码宽度，否时则砼垫层职高度过大蜡，在沉井逐开始下沉县时，事先煎敲碎素砼拾垫层的带货来很大困傅难，同时赞也要影响期进度，也夏不经济。使4.1.桂4珍腐确定砼垫溉层下砂垫滋层的厚度票：业砂垫层厚温度主要是劝解决基坑舅内土质较在差与第一言节沉井砼往重量较大惑之间的矛邻盾，防止照第一节砼强浇筑后产糟生地量的筒沉降，影捏响沉井砼捉的质量。刷砂垫层的终厚度与沉异井的重量球和地基土宝的承载力异有关，对堪于无垫层贡施工，其降计算简图甚如下骄图访2裳：玩砂垫层厚千度挡H辨的推导过毕程如下：滨G跌0经=(2h洽+c+2榜*H*t赏a芝n猪φ剧)f龄地姑式中榜：宪f核地奉为地基的绘承载力，生本工程地隙质较软，开根据地勘耳报告，米取铜70k弹N/m右2踪；接h裕为砼垫层滔厚，根险据式4.1.兴3两春的计算，计其值职为斧0.3贩m骆；坦c胃为刃脚踏螺面宽，本滑处画为貌0.45异m于φ拼为砂的内果摩擦厌角丝,槽取烛巧轮22.5过°队；权对上式运灿算可得：延H=(病G愁0停/f残地添-2h液-c)/年(2*孩ta杠n盛φ筐)熔H=(1商06.9毫/70-子2*0.织3-0.牧45)/监(2*t打an22党.5°)蚁=0.5抗7m优,涝取杯0.闷6闷米。谷4.1.丝5断锣池壁砼的陆制作：咽沉井池壁椅钢筋制作祥绑扎，模购板制安，宇砼浇筑与牲普通钢筋多砼施工工紧艺相差无久几，主要呆差别是模禾板的拉杆汤必须用止的水拉杆或德在普通拉霞杆中间加匹焊止水板揪。走4.1.示6培音沉井接却高异:疫劣本工程沉慨井下沉时仰采用分节销制作分节川下沉的施该工工艺，济沉井接高跌应注意以英下事项；浴(1)筋啄沉井接高恶时，必须柴确保沉井将的下沉系掠数小释于丢1.节0知，以保证就接高时沉赛井不下沉设。为此，露常在井内订灌水或填旺黄砂（如鱼下图）等止临时措施植，用以提控高地基承轮载力，避针免产生突贸沉或过大腿的变形。农(2)怕晴当沉井底绍节在偏斜性状态时，填为保证施识工质量和薪避免下沉屯困难，严隐禁竖直向隙上接高。封应将底节目沉井纠偏越正位后，窜再行接高后。铺(3)纵蜡接高沉井爱前，应先先将底节沉画井壁顶结酒合面清理滴干净，并方将混凝土跃浮浆和松蒜动的混凝轨土凿除，走用清水冲乞洗干净后英，再行接西高。抵(4)狂区立接高沉偷井模板时浸，其支承饶不宜直接洪支承在地懂面上，以份避免沉井坚因自重增形加而有微暮量下沉时纵，将使新返浇筑的混察凝土井壁亲产生拉力梦而发生裂封缝。鸭4.2戚员沉井的下耐沉至4.2.甜1有驱第一次下将降刘下沉前先愧凿除刃脚讨下的素砼劝垫层。凿查除砼垫层阻时应先内锤后外，并纺应分区域敲对称地按忘顺序凿除恼素砼垫层冰。凿断线像应与刃脚赞底边平齐嘴，凿断的蜓砼板应立宜即清除，循及时运出算井外堆放盼。凿除素删砼的刃脚盖空穴处立器即用砂或公砂夹石回藏填。对素月砼的定位炕支点应最峰后凿除，食但不得漏逼凿。朴4.2.众2险锋下沉方案找的选择：询由于本工恰程地基土途的渗透系煌数小，土港层透水性畜很低，因剂此采用井遗内排水下谎沉，人工辨配合抓铲掩挖土机的残挖土施工袄方案。在弊挖土下沉蛋过程中要高注意以下辅事项：给(1)达察采用明挖赚法下沉过唇程中，应鸟尽可能地盘将井内的迅积水（通摆过设置临鹊时集水井各、排水沟踢）抽干；逃(2)条纷由于是在征软土上下肆沉沉井，敞挖土时应效先用抓铲坏挖土机沉形井锅底中严间部份，策沿沉井四嫁周保留一田定宽度的勇土堤，然飘后再用人晃工对称分石层逐步削脑平井壁四毅周的土堤孝，一般是杰在挖除土鸟堤过程中没，边挖边涝沉，直到版沉井下沉诸到位为止以。粱(3)每主沉井下沉垃过程中，荒若出现沉抽井偏斜、沟突沉、底跑部产行严冠重的翻浆镰、冒泥和专流砂等现页象，应立梦即停工挖视土下沉并扁找出原因美，提出处倦理方案并若处理可靠悔后方能继誓续施工。许4.3唐脊沉井封底裳本工程采锹用排水下麻沉干封底梢的施工方惹案之4.3.画1蹲筐沉井封底希的条件亩当沉井下迷沉至设计卧标高的要押求范围内赚，经沉降泡观测，其授沉降率（御待矮8撞小时内沉想井自沉累洗计不大计于垦10m勺m座）在允许绕范围内，孤即可井行逐封底。轻4.3.狂2零佳排水干封火底设施竭至排水工作筋是沉井干快封底的关合键，由于贴新浇筑的瘦封底素砼逝在未达到胸设计强度凉之前，是经不能承受翼地下水道布压力的，券因此在素币砼封底和漫浇筑钢筋吉砼底板过摇程中，都硬应重视沉荡井的排水功工作。在枕该工程施范工中，在搭井底设最置杆1减m祥厚的砂夹略石反滤层哗，在沉井毁中间设一钓集水井，纺集水井水用信D800意*候6轻厚钢管做蔑成，钢管虑长优L耽=令反滤层工厚摄+欲封底素砼坏厚美+绒钢筋砼底双板买厚竹-0.4杀m=1.摆0+0.般8+0.奏95-0水.4=2奏.35弹m只，钢管底史部斥1先m盒范围内钻旁直径汽为第2c汪m箩的小孔若蚊干，以保三证地下水抱能渗透到凡集水井中踢。集水井鸡钢管顶部萍焊接一法揉兰盘，以刮便封闭集妈水井时使除用。同时武集水井钢筝管还应设颈计置两道楚止水环，驰分别位于炮封底素砼消中部和钢尤筋砼底板顶中部。钢妹管集水井贷的做法详候下辈图算3娃。律为便于收书集反滤层吨的中地下麻水，在砂百石反滤层肆底部埋设旷四敲根拖D15篇0冬的钢管，填钢管上半掩部钻成孔欧网状，钢队管沿集水智井分四个悬方向埋设独，并与集祸水井相接谅，另以疑D15糕0辉钢管收集腿的水流向贤钢管集水假井。具体妥设计详喘图宪4栗。斩在集水井允中设置一他潜水泵，缺设一留守岁人员，随桃时抽干集放水井中的索不，防止霞集水井中撇的水溢出蚁影响封底炉和钢筋砼许底板的施横工。预4.3.苍4示盟集水井封薪堵撑在砼底浇盼筑完成之禽后并且砼暑强达到设互计强度之肯后，方可界封堵集水夸井。封堵陕钢管集水酷井的方法祖很简单，优只须用钢投制盲法兰雹与集水井元钢管顶部输的法兰用坑螺栓联结途即可。然渡后把上面沟未浇筑的存小块钢筋骡砼浇筑完议即成。删4.3.档5作输沉井底板缸砼的选常择句阁为保证工科程质量和拒工程进度桨，决定采负用商品砼玉浇筑底板翼，采用抗贩渗等级炮为耕P8对勒具有早强摄性能栽的誉C2牌5绕商品砼。霉由于在冬振季施工，须要注意砼古的保温养邀护工作。嚼5席塌特殊情况驻的处理及屯预防逮5.1欧桃井壁摩阻午力过大莫一般情况脱下，考虑吊依靠沉井拨的自重在肆井内不停断挖土，沉需井就能顺廉利下沉到堤位。但对远较深的沉叹井，随着枪下沉深度走的增加，脊土层与井策壁的摩擦羡力增大等象原因，沉句井可能出护现沉不下坦去的现象落。此时可绞用增加沉拢井重量或笼降低井壁丙与土层的手摩阻力来故解决。例敬如在沉井委上部加压般重块；或梳在沉井外降壁抹光或崇涂油涂腊馆；水力机诚械施工用缝高压水冲晚射刃脚下宁的土层；次不排水下植沉时在井捐内排水减担小浮力等感措施。对艘于超深沉赞井，在沉海井方案设回计中甚至腿可采泥浆惧护壁套的汽施工方案稿。办5.2磁鄙井壁摩阻妖力过小栽在沉井下淹沉到接近污标高而土铲层较弱时鹊，沉井可趴能因自重塘下沉而不钟能稳定，丧或井壁与侧土层摩阻哀力过小，落即使停止