大型沉井不排水下沉施工技术

(总第101期)2006年第5期福 建 建 筑FujianArchitecture＆ConstructionVol 101No5 2006

大型沉井不排水下沉施工技术

林　炜(福建二建建设集团公司)

摘　要:沉井法施工在市政工程中应用广泛,而不排水吸砂沉井是指下沉过程中,井内外均不降水,水中挖土带水下沉,在水下封底的一种施工工艺。本文结合福州东南水厂进水泵房的工程实例,介绍不排水吸砂下沉工艺。关键词:沉井基础　不排水沉井　水下混凝土中图分类号:TU753.61 文献标识码:A 文章编号:1004-6135(2006)05-0133-03

TheTechniqueofSunkWellwithoutBailinginLarge-scaleConstruction

LINWeiFujianNo.2ConstructionGroupCompany

Abstract:Sunkwellmethodinconstructionisawidelyusedmethodinmunicipalengineering.Sunkwellwithoutbailingreferstoacon-structiontechniqueofsettlementofearthexcavationinthewaterandsealingofthetremie,whileduringthisprocess,thereisnoprecipitati-oninandoutofthewell.Thispaperwillintroducethetechniqueusedinthesettlementofsunkwellwithoutbailing,usingtheexampleofpumpcompartmentofFuzhouSoutheasternWaterTreatmentPlant.

Keywords:sunkwellfoundation,sunkwellwithoutbailing,underwaterconcrete

1　沉井施工法应用广泛,常用于取水构筑物,排水泵站,大

型集水井,盾构和顶管工作井等工程。而不排水下沉施工是

指下沉过程中,井内外均不降水,水中挖土带水下沉,在水下

封底的一种施工技术。

2　工程概述

福州东南水厂进水泵房是大型取水构筑物,位于闽江北

岸江滨大道北侧,与世贸外滩花园毗邻。工程含钢筋砼沉井

基础和上部泵房。沉井基础总深16.9m,刃脚底标高-

7.9m,底板面标高-4.9m,顶板标高9.0m。井体平面形状为

矩形八孔,尺寸20.5×15.4m,壁厚下节1m,上节0.8m。沉

井总砼量1600m3,沉井总重量约3000T。

本工程场地地表以下20m范围内土层分布:人工填砂层

厚度7-9m,粉质粘土层厚度0.5-0.8m,中细砂层堆积层厚

度12-19m。由于场地位于闽江岸边,地下水丰富,地层透水

性好,渗透系数k=55.87m/d,直径160mm单井涌水量Q=

1064.16m3/d。地下水位埋深3.6-4.0m。

根据设计意图和场地地质状况,沉井下沉过程中将遇到

砂层强大的摩擦阻力作用,层致下沉困难和降水困难,必须使

用不排水下沉施工工艺,而沉井不排水下沉施工的我省尚属

首例。因此,本工程施工工艺具有新、特、难的特点。(如图

1、2所示)

3　主要施工技术

沉井施工主要施工技术包含沉井井壁预制,沉井下沉、沉

井助沉及纠偏、沉井水下封底等若干个技术难点,以下结合工程实例予以说明。图1　沉井结构示意图

图2　进水泵房工艺示意图(总第101期)2006年第5期林　炜 大型沉井不排水下沉施工技术 134

3.1　沉井井壁预制

3.1.1　沉井计算

为使沉井下沉较为顺利,首先应结合外形、重量、下沉深

度、当地水文地质条件等进行计算。

⑴.沉井下沉系数计算如下:

K=Q-P/L(H-2.5)f

其中:K—沉井下沉系数

Q—井壁自重

P—沉井承受的水浮力

H—井壁高度

L—井壁外周长

f—土壤的摩擦系数,对不同类别土层按加权平均

值

⑵.施工中抗浮稳定验算:

Kw=Q+0.5F/P

F—沉井外壁的总摩擦力

Kw—抗浮安全系数,一般取大等于1.1

⑶.按下式计算枕木用量:

n=G/A【P】

n—每米内垫木根数(根);

G—第一节沉井的单位长度的重力(kN/m);

A—每根垫木与地基(或砂垫层)的接触面积(m2);

【P】—砂垫层(或地基土)的承载力设计值(kN/m2)

3.1.2　沉井预制

沉井一般有一次制作一次下沉,或多次制作,制作下沉交

替进行等方案。通过计算,本工程采用分节预制成型,一次下

沉的施工方案。即第一节刃脚,第二、第三节和底梁、隔墙分

次浇筑制作成型,待达到设计强度后,一次下沉到位,然后水

下封底,满足抗浮条件后,浇筑沉井底板、顶板。原因一、沉井

体型大,总高度高,应分节预制。原因二、沉井摩阻力、浮力

大,下沉系数偏小,宜加大总重,采用一次下沉。原因三、沉井

内涌水量大,地下水位高,拟采用不排水下沉,不排水下沉过

程中若再加节制作,不可预见因素多,施工难度大。

施工中首先将沉井制作场地平整,或开挖基坑(基坑深

度高于地下水位0.5米以上)以减少下沉深度。沉井自重较

大时,刃脚下应铺设垫木,垫木应平面上对称布置,并应使其

顶面保持在同一水平面上,用水准仪找平,水平误差应小于

10mm,垫木下铺砂垫层,垫架内外均应布设排水沟。井壁模

板可采用组合式定型钢模板或钢木组合模板,但均应保证朝

混凝土面光滑平整。

3.2　沉井下沉

3.2.1　沉井预沉

当沉井的混凝土强度应达到设计值的100%时,才能拆除垫架。拆除垫架的顺序:对圆形沉井应先抽掉一般承垫架,后拆除定位垫架;对矩形沉井应先抽掉内隔墙下的垫架,第二

步分组对称地抽除外墙两短边下的垫架,第三步对称抽除长

边下的垫架,最后同时抽除定位垫架。采用人工或机械在沉

井内挖土,形成锅底形状,预沉至水位以下,以便安装设备,开

始不排水法下沉。

3.2.2　不排水下沉

⑴首先安装吸砂系统吸砂系统主要包括吸砂机组、补水

系统、供电系统、砂水排放管路、砂浆沉淀池、助沉设施等,参

见图1。做好吸砂系统的设备检查、验收、测试工作,并做好

该系统的操作规程的技术交底工作,根据工艺要求搭配好各

工种操作人员,做到分工明确、各司其职,严格遵守操作规程。

准备潜水员班组进行潜水作业。吸砂泵的电机与水面要保持

一定的距离,防止水流进入电机,引起短路;同时要保证叶轮

在工作时始终在水面以下,避免空抽。

⑵由潜水员在水中控制吸砂头,保证设备按指定位置进

行吸砂作业。

⑶吸砂中应用有效的水下测量工具(如水下测绳、潜水

深度计、水准仪、经纬仪等)检测水位标高、“锅底”标高和下

沉深度,利用所得的量测数据指导下沉工作。

⑷在吸砂下沉过程中必须执行“定位正确、先中后边、对

称吸砂、深度适当”的原则,分层、均匀、对称地进行。

⑸在吸砂过程中,应不断往井筒内灌水,保持井筒内水位

高于地下水位,水位差不小于0.5米,以避免在吸砂过程中引

起流砂现象。

⑹“锅底”深度由土质、沉井平面确定,当沉井有多个分

格时,在吸砂过程中,一定要对称均匀地进行抽吸,相邻仓的

“锅底”高差应控制在2m以内,防止沉井发生倾斜下沉。

4　助沉及纠正

4.1　沉井助沉措施:用泥浆泵在沉井壁外侧注入触变泥浆,

减小井壁与土体之间的摩擦阻力。本工程采用膨润土制作自

凝触变泥浆,但在泥浆中掺入固化剂和缓凝剂,沉井下沉达到

设计高程后,使泥浆在一段时间后自行凝固,保持沉井的稳

定,减少沉井附近地面沉降。也可利用振动机作用在井壁上,

振动促使沉井下沉。本工程尝试采用适当减小井内外水压差

的方法助沉,取得实效。

4.2　纠正倾斜措施:当沉井发生倾斜时,可以用砂石袋对下

沉较慢的一侧加荷,或在吸砂时在该侧多抽吸,使其摩擦力减

小,以加快该侧的下沉速度,直到纠正倾斜;当沉井位置发生

偏移时,应有意使其向相反方向倾斜,然后纠正倾斜,如此反

复操作数次,直至倾斜一侧井体的位置得到有效的纠正。

5　水下混凝土封底施工阶段操作要点

5.1　当沉井沉到设计标高,经观测8小时,其累计下沉量不

大于10mm时,即可进行水下砼沉井封底施工。(总第101期)2006年第5期林　炜 大型沉井不排水下沉施工技术 135

5.2　保持井内水位不低于井外水位。清理井底浮泥,超吸部

分先用30cm左右的块石垫平后,再按设计要求铺设砼垫层。

5.3　试配水下砼时,应考虑采用具有早强、缓凝、抗渗、抗水

下分离、坍落度较大等性能的砼。

5.4　灌注水下混凝土,可采用导管法或泵送法进行,但必须

保证一次连续浇筑完毕,同时注意在浇筑中应持续不断地向

管内加入混凝土,混凝土浇筑完毕后进行拔管应做到均速慢

拔。

5.5　当水下封底混凝土达到设计规定强度,且沉井满足抗浮

要求时,方可从沉井内向外排水。

5.6　井内的水抽出后,应检查封底混凝土是否有渗漏水处,

如有应及时修补,然后将混凝土表面的松散清除整平。

6　主要施工设备

6.1　吸砂机组:由一台小型的潜水钻机和一台吸砂泵组合而

成。吸砂管采用150毫米尼龙加筋软管,可以弯曲,并且应保

证在吸砂作业时不会由于大气压的作用而被压扁。

6.2　供水设备:根据工程规模选用吸砂机组的数量,计算吸

砂机组的抽水速度,以确定多级水泵的设置台数。

6.3　供电系统:吸砂机组功率为40～50KW/台左右,可由施

工变电所送电到沉井现场,现场配电箱应设有电压表、电流表

等仪表,可直接反映吸砂泵在水下工作时的负荷状况,以便有

效地控制吸砂机组的工作状态。

6.4　提升设备:可以根据施工单位的实际情况选用必要的提

升设备,该设备的提升力必须大于吸砂机组重量的1.5～2

倍。

6.5　排砂管路:应采用承压的钢管,管径宜在150～200mm

之间,用螺纹套接或法兰盘对接,尽量按最短排放线路布设管道,保持管道呈直线或平滑曲线,以减少水压损失,造成管路

堵塞,排砂管道尚应合理设置检查排放口。(如图3所示)

1.提升设备　2.钢支架　3.滑轮组　4.操作平台　5.吸砂主机　6.叶轮　7.吸砂头　8.潜水员　9.小船　10.吸砂软管　11.输送管　12.供水泵　13.沉砂池图3　沉井吸砂作业示意图

7　施工效果

福州东南水厂进水泵房大型沉井基础采用不排水下沉施

工技术,出砂效率高,施工速度快,下沉质量好。沉井周边地

表沉降量仅7cm,节省边坡支护费用近百万元。施工过程中,

距沉井仅2m的1200给水管和距6m的原泵房均安然无事,

始终保证正常供水,取得良好社会效益。终沉各项指标均符

合规范和设计要求,该沉井工程的施工质量等级评定优良。

参考文献

⑴.孙连溪主编,实用给排水工程施工手册,中国建筑工

业出版社,1998年(206—284)。

⑵.福建省省级工法,编号RJGF(闽)—02—2001。

⑶.GB5007—2002建筑地基基础设计规范。

作者简介

林炜:男,1971年出生,项目经理。

(上接第132页)

RCFmax=Ssinθ2sinα+Sbcosθ2csinα+MN2csinα=237.44kN(拉)

3)DF杆的内力极值

θ2=arctanc(d-2d1)2ch-bd=-10.8°

RDFmax=Ssinθ(d-2d1)2dsinβ+Scosθ(2ch-bd)2cdsinβ+MN(2c-d)2cdsinβ

=-110.23kN(压)

4)DE杆的内力极值

θ3=arctan-d1h=-34.5°

RDEmax=Sd1sinθdsinγ-Shcosθdsinγ-MNdsinγ=-135.6kN(压)7　总结