1工程概況。
東涌鎮(zhèn)污水處理廠首期工程污水提升泵房采用沉井位于廣州市東涌鎮(zhèn)（番禺區(qū)中部），北隔沙灣水道與石基，石樓，石橋相望，南隔騮崗瀝水道與魚窩頭相接，東臨珠江口，是一個(gè)三面臨水的狹長地域，地質(zhì)為沿海軟弱土層。本污水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為8萬m 3 /d，污水(水處理微波工藝)泵站遠(yuǎn)期旱季水量為8萬m 3 /d，雨季水量為12萬m3 /d，共設(shè)5臺(tái)泵。本泵站為鋼筋混凝土沉井矩形結(jié)構(gòu)，幾何尺寸為18.1514.95，為節(jié)省投資，本沉井分隔設(shè)置。
2地質(zhì)概況。
根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，本工程沉井穿過的土層分別為：素填土，土層厚度0.90m~2.50m；#淤泥，土層厚度15.60m~ 17.500m；淤泥質(zhì)黏土，土層厚度6.30m~13.90m；%中粗砂，土層厚度2.60m~8.50m；沉井剛好落到淤泥土層上，故需軟基處理后才能滿足沉井承載力的要求。
3沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算。
3.1壁板厚度的確定。
根據(jù)泵房使用，工藝等要求，本工程沉井內(nèi)部凈尺寸確定為16.15m12.95m13.45m，沉井壁厚根據(jù)抗浮，下沉及經(jīng)濟(jì)要求由下式初步計(jì)算。
抗浮系數(shù)：kfw= G1k Fb fw，k &1.00（1）。
下沉系數(shù)：kst= G1k-Ffw，k Ffk &1.05（2）。
下沉穩(wěn)定系數(shù)：kst，s= G1k-Ffw，k Ffk+Rb =0.80~0.90（3）。
其中，G1k為沉井自重；Fb fw，k為基底的水浮托力；Ffw，k為下沉過程中水的浮托力；Ffk為井壁總摩阻力；Ffw，k為驗(yàn)算狀態(tài)下水的浮力；Ffk為驗(yàn)算狀態(tài)下井壁總摩阻力；Rb為沉井刃角，隔墻和底梁下地基土極限承載力之和。
根據(jù)式（1）~式（3）初步判斷壁厚自下而上為1000mm~ 500mm，刃角底寬取600. 3.2沉井地基承載力的計(jì)算。
沉井作為深基礎(chǔ)，一般要求下沉到堅(jiān)實(shí)的土層上，本工程沉井卻剛好落入淤泥土層上，故必須對其進(jìn)行軟基處理，方可滿足承載力要求，經(jīng)過綜合考慮采用500單管旋噴樁復(fù)合地基，樁距1600mm1455mm，樁端持力層為中粗砂層。要求經(jīng)過深度修正后的地基承載力特征值達(dá)到150kPa. 3.3沉井內(nèi)力計(jì)算。
1）封底混凝土厚度的確定。封底混凝土主要受地下水浮力產(chǎn)生的反力作用，由公式h= 5.27M bft +300=2.51m，綜合考慮本工程取封底混凝土厚度2.7m.2）刃角計(jì)算。沉井在下沉過程中，刃角切入土中時(shí)受到向外彎曲應(yīng)力；挖空刃角下的土?xí)r，刃角受到外部土，水壓力作用而向內(nèi)彎曲。一般情況下，刃角內(nèi)側(cè)切入土中深度約1.0m，沉井上部露出地面時(shí)向外彎曲應(yīng)力最大；當(dāng)沉井已下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，刃角下的土已挖空且尚未澆筑封底混凝土?xí)r，刃角作為根部固定在井壁上的懸臂梁來計(jì)算時(shí)有最大的向8運(yùn)行效果。
改造前蒸汽用量約為1.64萬m 3；改造后蒸汽用量約為0.27萬m3，蒸汽價(jià)格為66元/m3，現(xiàn)每年需蒸汽輔助加熱交采暖費(fèi)為18萬元，每年節(jié)省資金90萬元，每年節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤約為1800t.經(jīng)過兩年的運(yùn)行，基本滿足車間和辦公室采暖要求。
外彎曲應(yīng)力。沿井周邊取1m寬計(jì)算，刃角產(chǎn)生最大向外撓曲彎矩為194.36kN（m，刃角產(chǎn)生最大向內(nèi)撓曲彎矩為104.9kN（m.配筋內(nèi)外側(cè)垂直配筋均為18@100（由裂縫控制）。3）井壁受力計(jì)算。a.井壁水平內(nèi)力計(jì)算。當(dāng)沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，刃角下的土已被掏空且尚未澆筑混凝土?xí)r，作用于井壁上的水平內(nèi)力為最大，按照前述刃角向內(nèi)撓曲計(jì)算方式計(jì)算井壁上水，土壓力，將沉井井壁視為水平框架，計(jì)算井壁各分段的內(nèi)力及水平鋼筋。以刃角根部以上高度為其寬度的一段井壁計(jì)算，水平框架上均布荷載P1s=P1+P，其中，P為刃角傳來的水平荷載，44.8kN/m；P1為直接作用于水平框架上主動(dòng)土壓力和水壓力之和，為54.3kN/m，故均布荷載q=99.1kN/m，則通過計(jì)算得出沉井支座彎矩設(shè)計(jì)值為1243.0kN（m，軸壓力設(shè)計(jì)值為-654.8kN，并考慮水平腋角作用，配筋計(jì)算為3794mm2，實(shí)配25@100（由裂縫控制）。b.井壁垂直受拉計(jì)算。沉井下沉過程中，上部有可能被四周堅(jiān)硬土體夾住，而刃角下的土已被挖除，井壁阻力假定近似呈倒三角形分布，此時(shí)最危險(xiǎn)截面在沉井入土深度的一半處，其豎向最大拉力為沉井總重的1/4，故井壁有足夠的豎向鋼筋來承受拉力，可按構(gòu)造要求直接配置。本工程豎向鋼筋實(shí)配22@150. 4沉井施工。
4.1基坑開挖。
由于此沉井基礎(chǔ)剛好落到淤泥土層上，故需用單管旋噴樁進(jìn)行軟基處理，由于采用不排水下沉法施工，故不必考慮止水。沉井制作采取在現(xiàn)有地面上挖除500mm并換填中粗砂，以減小地面下沉深度，鋪設(shè)砂層的寬度為沿井壁外各1.5m. 4.2沉井制作。
該沉井采用鋪承墊木的方法，避免沉井混凝土灌注后，在尚未達(dá)到一定強(qiáng)度前產(chǎn)生不均勻沉降使沉井結(jié)構(gòu)開裂。制作第一節(jié)沉井時(shí)，首先要對位置進(jìn)行測量定位，平整場地并在現(xiàn)有地面上鋪500mm砂墊層，分層灑水夯實(shí)，振壓密實(shí)。這樣可避免制作過程中發(fā)生不均勻沉降，易于找平，便于鋪設(shè)墊木和抽除。鋪設(shè)墊木時(shí)應(yīng)使頂面保持在同一水平面上，墊木擺放時(shí)要先在縱，橫軸中心線上擺放兩組定位枕木，后對稱擺放其他枕木，枕木縫間用砂填平。沉井混凝土達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方能抽撤墊木，抽撤墊木過程中應(yīng)在沉井上下左右各設(shè)觀測點(diǎn)一個(gè)，觀察其下沉情況，如在抽墊過程中發(fā)生傾斜，回填的砂擠出，墊木壓斷，下沉急速增加等異�，F(xiàn)象應(yīng)及時(shí)處理。
4.3沉井下沉。
沉井混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%時(shí)可拆除模板，拆除模板過程中對井壁進(jìn)行詳細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)處理。下沉施工時(shí)先在中部下挖400mm~500mm，并逐漸向四周對稱，分層，同步的擴(kuò)挖。
刃角處留1.2m~1.5m寬土攏，當(dāng)土攏擋不住刃角的擠壓而破裂時(shí)，沉井便在自重作用下破土下沉，沉井在下沉過程中隨時(shí)進(jìn)行觀測，保證下沉速度和垂直度，挖土?xí)r對稱進(jìn)行，刃角處不得挖土，發(fā)生傾斜達(dá)到50mm時(shí)立即停止作用，進(jìn)行糾偏。
4.4沉井封底。
沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，經(jīng)觀測在8h內(nèi)下沉量小于10mm或沉降速度在允許范圍內(nèi)時(shí)方可封底。沉井采用水下混凝土封底前，井內(nèi)水位不低于井外地下水位，并且先由潛水員整理沉井中央鍋底，清除沉積于表面的浮泥，超挖部分用300mm左右石塊壓平井底，鋪砂，由潛水員在水下整平。水下混凝土用導(dǎo)管法灌注，導(dǎo)管需進(jìn)行密封性能試驗(yàn)，通過后方能用于施工，導(dǎo)管的間隔及根數(shù)，根據(jù)導(dǎo)管作用半徑及封底面積確定，間距一般為2.5m~ 3.0m.水下混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%后方能抽水，然后在無水條件下，進(jìn)行鋼筋混凝土底板的澆筑。
5沉井施工中遇到的問題及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。
1）傾斜問題，軟土地基中比較常見這種情況，常用措施是加強(qiáng)下沉過程中的觀測和資料分析，發(fā)現(xiàn)傾斜及時(shí)糾正；在刃角高的一側(cè)加強(qiáng)取土，待正位后再均勻分層取土；在刃角較低的一側(cè)適當(dāng)回填砂石或石塊，放慢下沉速度及時(shí)清理?xiàng)壎淹�，防止�?cè)壓不勻。2）偏移問題，沉井偏移大多由于傾斜引起，糾偏的方法為有意使沉井向偏位的相反方向傾斜，當(dāng)幾次傾斜糾正后，即可恢復(fù)到正確位置或有意使沉井向偏位的一方傾斜，然后沿傾斜方向下沉，直至刃角中心線與設(shè)計(jì)中心線位置相吻合或接近時(shí)，再傾斜糾正。3）下沉過快問題，沉井下沉過快，遇到軟弱土層，土體壓強(qiáng)過小，使下沉速度超過挖土速度時(shí)比較常見這種情況，常用措施為在定位墊加墊木給以支承，并重新調(diào)整挖土，在刃角下不挖或部分不挖土和在沉井外壁與土壁間填粗糙材料，或?qū)⒕餐馔馏w夯實(shí)，增加摩阻力；如沉井外部的土液化發(fā)生沉降坑時(shí)，可填碎石處理。
6結(jié)語。
1）根據(jù)抗浮系數(shù)kfw，下沉系數(shù)kst及下沉穩(wěn)定系數(shù)初步確定壁板厚度（考慮經(jīng)濟(jì)因素可選用變截面），從而更加經(jīng)濟(jì)合理，節(jié)省造價(jià)。2）根據(jù)初步計(jì)算的井壁厚度，分別對沉井刃角及井壁進(jìn)行內(nèi)力分析計(jì)算，從而進(jìn)一步確定此井壁厚度是否滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。3）提出了沉井施工的一般步驟及在施工過程中的注意事項(xiàng)，同時(shí)提出了對沉井施工中經(jīng)常遇到的傾斜，偏移及下沉過快問題進(jìn)行分析，總結(jié)，對沉井以后的施工具有一定的參考價(jià)值。 |