粉质粘土沉井施工工艺简介
李 悦
[湖北省松滋市建筑工程质量监督检测站, 湖北 松滋 434200]
摘要：本文以粉质粘土地质沉井施工为例介绍沉井施工工艺，为今后同类型沉井施工提供参考。
关键词：沉井 施工工艺 简介
一、前言
某乙烯工程取水设施圆形泵房地下部分采用沉井施工工艺。在实际施工过程中，项目部优化施工工艺，降低施工成本，赶超施工进度，成效显著，可供同类型沉井施工参考借鉴。
二、工程概况
（一）工程简介
某乙烯工程是国家“十一五”重点规划项目，取水设施是乙烯工程重要配套项目，也是后续主体工程施工的前提与基础。
取水设施包括圆筒泵房、引水井、取水头部及相应管线组成，如图1所示。圆筒泵房地面以下构筑物施工采取沉井施工工艺，沉井高度为24.3米（下沉到位后顶标高为22.16米，黄海高程，下同），沉井内径19米，下端壁厚1.5米，中上部壁厚1.2米，钢筋混凝土结构，如图2所示。
图1 取水设施流程图
图2 沉井结构及地质结构图
取水设施工程于2010年3月31日正式开工，拟定2011年9月29日完工。其中泵房沉井施工是第一道工序，计划2010年10月份完工。
（二）施工环境及平面布置图
取水泵房工程位于长江中游，某大桥上游侧1.8公里，沉井中心距离长江干堤约220米。根据地质勘测资料施工地质以粉质粘土为主，沉井底标高距离沙层约7米。施工现场地处城郊，天气属于亚热带湿润季风气候，每年降水集中在6月-8月份，年最大降雨量1894毫米。
取水泵房工程受长江水位影响，枯水季节是施工黄金时节，长江汛期限制动土施工，主汛期（每年7月-9月）禁止动土作业。
三、施工工艺流程，如图3所示。
四、地基处理
根据勘测资料，沉井地基表层土为粉质粘土，其允许承载力为130Kpa。为了保证沉井接高施工地基稳定性，必须对地基进行处理。地基处理采取中粗砂换填夯实的方法。测量放出井位后，开挖基槽，开挖深度为1.5m底宽为2m，如图4所示。基槽开挖并修整成形后，立即分层回填中粗砂，并分层夯（振）实。过干的砂可辅以洒水密实。
图3 施工工艺流程
图4 沉井区地基处理布置图
五、接高施工
1、施工方案综述
为了确保2010年10月份完成泵房沉井施工且已形成沉井构筑物安全度汛，沉井施工分作两个阶段实施：第一阶段于2010年6月30日前（即主汛期到来前）完成10.5米沉井浇筑并下沉到位；第二阶段于2010年10月31日前完成13.5米沉井浇筑、下沉及封底施工。根据泵房结构，第一阶段施工混凝土浇筑分三次，分别浇筑6.2米、1.8米和2.5米，约746方混凝土；第二阶段分三次，分别为1.5米、6米和6米，约885方混凝土。
泵房沉井前期作为顶管施工工作井，需要等顶管施工完成后再进行隔墙浇注，在浇筑壁墙时预埋插筋。
沉井混凝土为C30防水砼，抗渗强度等级为S8。沉井混凝土节段均采用翻模法进行施工，翻模采用国标的定型的高×宽=1.5m×0.3m的钢模板。翻模法一次浇注的高度不大于6m。为保证混凝土施工质量和防水，模板定位对拉螺杆中间带有止水片，拆模后切除螺杆并进行表面修复。 沉井每节段施工预留凹槽，中间敷设止水橡胶条，节段之间不渗水。钢筋均在沉井附近的钢筋加工区进行加工，再利用现场的吊装设备进行安装。施工采用商品混凝土，泵送入模。
2、施工平台搭设
泵房沉井施工中，采用钢管脚手架作为员工施工通道、小型机电设备平台、小型材料临时搁置平台等，不承受结构重量。 沉井井壁为圆形，外径22m，内径19m，脚手架搭设采用内外双侧，14边形封闭结构， 如图5所示， 根据施工高度逐层搭设，上面内外连接。
图5 脚手架搭设平面图
（1）根据施工方案，沉井施工分两个阶段，脚手架搭拆两次。
第一阶段：根据沉井分三次浇筑10.5米施工方案要求，脚手架第一次搭设5.4米，第二次加高至7.2米，第三次加高至10.8米。然后待模板拆除后拆除内外脚手架。内外均采用钢管落地脚手架。
第二阶段：根据沉井第二阶段分三次浇筑13.5米的施工要求，脚手架第一次搭设1.8米，第二次搭设至9米，第三次搭设至14.5米。在这个施工阶段沉井内已经开挖至地面10米以下，内脚手架采取钢管悬挑脚手架，外侧采取落地钢管脚手架。
脚手架拆除采取从上到下逐层拆除方法。
（2）搭设要求
落地式脚手架搭设要求（第一阶段内外脚手架和第二阶段外脚手架，结构如图6所示）。
落地脚手架搭设的工艺流程为：场地平整、夯实→基础承载力实验、材料配备→纵向扫地杆→立杆→横向扫地杆→小横杆→大横杆→剪刀撑→连墙件→铺脚手板→扎防护栏杆。
图6 落地式脚手架结构简图
悬挑式脚手架（第二阶段沉井内脚手架搭设，结构如图7所示）
悬挑脚手架搭设步骤：焊接牛腿→铺设安全网→铺设通道→纵向扫地杆→立杆→横向扫地杆→小横杆→大横杆→剪刀撑→连墙件→铺脚手板→扎防护栏杆。
在第一阶段第三次浇筑混凝土的时候在沉井内壁上相对于沉井韧脚底标高上10m处预埋12mm厚的20cmX20cm预埋件，预埋件的水平间距为1.5m，竖向间距为0.8m，然后用Q235a型I12的工字钢焊接在预埋件上作为内脚手架的牛腿，作为悬挑脚手架支撑，如图8所示。
为了方便人员上下，内外脚手架设置上下通道。沉井外通道采取落地脚手架搭设,斜度9:20，斜道宽1米，长2米。斜道采用单木跳板加装防滑条，用小横杆固定。
沉井内上下采用爬梯。沉井内从脚手架悬挑开始沿垂直方向每隔1.8米预埋12mm厚的20cmX20cm预埋件，共5块。在预埋件上焊接牛腿，牛腿长2.8米，牛腿沉井侧1.5米和脚手架大横杆连成一体，外端制作上下爬梯平台。爬梯下端和平台焊接，上端与大横杆连接并固定。
图7 悬挑脚手架结构简图
图8 牛腿结构及安装示意图
3、钢筋加工
竖向钢筋和井壁与隔墙之间的钢筋采用滚轧直螺纹套筒连接，其余钢筋接头采用绑扎或单面焊焊接连接，并在钢筋安装施工中严格按规范（JTJ041-2000）执行处理，同一断面接头数不超过全断面的50%。
钢筋在钢筋加工区进行加工，加工完成后利用平板车将钢筋运输到沉井施工现场，利用吊车进行吊装，按先竖向后水平再拉钩筋、从下往上的顺序进行安装。
4、模板加工
沉井壁墙采用组合钢模板作为沉井节段接高施工模板，井壁和隔墙腋角连接段采用木模板，木模板采用竹胶板后加10X15cm的红松木方@30cm作为横楞，竖楞采用双扣的Φ48X3.5mm的脚手架钢管@60cm。模板采用组合钢模板，外加槽钢作为外围檩进行加固。模板系统主要由内外模板、拉杆、围檩、外部背楞组成。内外模板采用止水对拉螺杆固定，在内外脚手架上设置工作平台以方便钢筋绑扎及混凝土浇注施工。
5、混凝土施工
混凝土采用商品混凝土，根据设计要求，沉井混凝土为C30防水砼，抗渗强度等级为S8。在施工准备阶段进行配合比实验，施工中按照配合比进行搅拌。根据沉井结构特点，每节段混凝土浇筑施工分区、分层、均匀、连续浇筑，分层振捣，每层厚约30cm。
六、沉井下沉施工
1、概述
沉井为普通钢筋混凝土圆形结构，内径19m，壁厚1.2m～1.5m。泵房沉井高24.2米，分二节接高下沉，第一次下沉接高至10.5m，在2010年主汛期来临前下沉到位；第二次下沉接高至13.7m，汛期过后两个月内完成。
沉井下沉过程中所穿过的土层有粉质粘土、淤泥状粉质粘土、粉质粘土等土层，如图2所示。根据地质结构，第一次下沉采用挖机取土，吊车转运方式进行；第二次采用水冲吸泥方式进行。
2、挖机取土施工
在第一节段混凝土浇注至10.5米并达到设计强度100%是开始沉井下沉施工。首先拆除砖胎模，并回填中粗砂。
沉井内取土采用两台0.4方小型挖机进行，先中间后四周分层对称开挖。每层不易超过0.5米。开挖至两米以下进入淤泥状粉质粘土，挖机履带容易陷入淤泥层中，采用22mm厚的150cmX600cm钢板铺地继续进行开挖。挖出泥土装入200CMX150CMX200CM（长X宽X高）泥斗内用50吨汽车吊转运出围挡外，如图9所示。
3、水冲吸泥取土施工
沉井第二阶段下沉因沉井内积水较多，泥质水塑性较强，不适合挖机取土，这时采用水冲吸泥施工方案。
水冲吸泥施工利用高压水泵的高压水流冲刷切割和稀释土体，并形成相应稠度的泥浆，汇流向集水坑，通过泥浆泵排出，如图10所示。泥浆泵采用NL150-16型，共布置4台，配套布置8套高压射水设备。
冲泥时，对称布置水冲设备，先中间后四周分层冲刷，形成锅底积水，再用污泥泵抽至井外沉淀池。含泥污水经沉淀池沉淀后，清水流至清水池，再用水泵抽至井内循环使用。沉淀池内沉淀泥土定期挖出并转运到指定地点。
图9 吊车转运泥土示意图
图10 水冲吸泥施工示意图
4、测量控制
为了保证沉井均匀下沉，垂直度及方位受控，需定时观测，及时纠偏。通常可采用在沉井外地面轴线位置设置水平标尺，分别测出下沉时刃脚踏面的高程，前、后两次比较获得下沉量。同时两个相对点高差读数正、负差表示沉井倾斜的方向及倾斜程度。
5、存在问题及应对措施
（1）倾斜、偏移
加强观测，预防为主，一旦沉井发生倾斜或倾斜趋势立即开始纠偏。
①挖机取土纠偏：在刃角高的一侧抓土，使沉井向偏位方向倾斜，逐步调正。
②水冲吸泥纠偏：沿沉井高的一侧井壁外面的土体中高压射水，以破坏土层结构，降低摩擦系数。
（2）沉井突沉
沉井下沉过程中由于挖土过快或地质骤变，或下雨井内积水过多等使下沉失控，产生过大的下沉。预防措施是：了解土层情况，控制挖土速度，及时排除井内积水。一旦发生突沉，可立即在刃脚斜面回填砂。
（3）管涌
随着长江水位的涨高，沉井内水位和长江水位落差逐渐加大，有可能产生管涌。 预防措施：定期观测长江水位，合理安排施工进度。施工中出现管涌迹象，立即停止施工作业，转移人员机械，并在沉井底铺上一层土工布，回填中粗砂，向沉井内回灌水。
七、沉井封底施工
泵房沉井需要封底净面积约360m2，根据地质情况采用降水混凝土干封底施工工艺。 当沉井刃脚下沉至设计标高上2m时，开始对刃脚及隔墙下的土层进行清理。清基时，严格控制沉井刃脚高程，既要达到设计要求，又不能过分扰动刃脚下及进内土层，不应有深坑、陡坡、陡坎。
浇筑沉井底板混凝土时，在集水井处预埋带止水环的法兰钢管，其内径为60cm左右。法兰钢管盘面的高程低于底板混凝土面20-30cm，通过法兰钢管用水泵排除地下水。待底板混凝土强度达到设计要求，且满足抗浮要求时，停止抽水，将排水泵从法兰钢管中拔出，并迅速盖上法兰盖和止水垫圈，用螺栓拧紧至不漏水，然后将该处底板混凝土补齐。
八、总结
某乙烯工程取水设施沉井施工工艺简洁，成本节省，进度超前，集中体现在以下几个方面：一是两次下沉到位工艺简单；二是下沉中不断纠偏确保精度；三是水冲吸泥节省降水费用；四是挖机取土赶超进度；五是注重细节保证安全。
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