河边复杂地形、地质条件下大型取水沉井施工技术

河边复杂地形、地质条件下大型取水沉井施工技术

云南省建设投资控股集团有限公司云南昆明650051

摘要:沉井应用广泛,但其施工过程,存在非确定特征。而且不均匀下沉、突沉等施工难题亟需解决。该泵房下部结构设计为钢筋混凝土圆筒型沉井式结构,沉井外壁直径为21.5m,内径为19.5m,高为25.1m。结合现场地形、地质条件,采取分节制作、一次下沉、排水、纠偏等措施,偏移控制在施工允许偏差范围内,成功封底,未有渗水现象。

关键词:大型沉井排水下沉法纠偏

1、工程概况

老挝万象Dongmakhai水处理厂取水泵房沉井工程位于NamNgum河(南俄河)一侧,旱季距NamNgum河河堤约10m,丰水期最高水位至钢筋混凝土沉井顶面下1.5m。该圆筒型泵房沉井结构尺寸:沉井外壁直径为21.5m,内径为19.5m,壁厚1.0m,高为25.1m。沉井自然地面(河岸是斜坡)以下的最小埋深为17.87m(临河边-西侧),最大埋深为24.3m(东侧)。沉井内格仓为:进水池3个、吸水池3个、风井2个、水泵房1个(176m2),格仓墙底梁高1.5m,梁底距周边刃脚底2.5m。

根据地质报告,沉井所处场地地层岩性及特性为:地层由上至下的分布,为第四系坡积层(Q4dl)、第四系冲洪积层(Q4al+pl)、第四系残积层(Q4el)、侏罗系(J)泥岩组成。沉井筒壁岩性粘土、粉质粘土,井筒井底处地层为②1层粉质粘土和④层粘土,均为相对隔水层。

2、工程难点

本项目沉井是给水厂的取水泵房,位于河边,距离10米,受河水影响大;由于选址在河岸较陡的斜坡地形上,各土层分布也呈倾斜分布。井筒内偏离井筒中心轴线1.85m处设有中隔墙(水泵房与其它井室分隔墙),长度19m,厚度0.8m。重达273t(仅考虑第一节7m高度)的隔墙使得沉井结构重心分布呈偏心状,而且是偏向河边方向,在沉井下沉中会产生失衡的隐患,从而加大井身倾斜的可能。

3、应对技术措施

3.1内隔墙分开施工

为了避免重心偏心隐患,经与设计洽商后确定沉井内隔墙后施工,待沉井沉到设计标高后再施工内隔墙。

3.2施工工艺及技术措施

根据工程的特点,采取沉井钢筋混凝土结构分四节制作、一次下沉的方法。沉井第一节制作高度为7.50m(含刃脚部分),第二节沉井高度为9.15m,第三节沉井高度为5.40m,第四节沉井高为3.05m(与顶板一起浇筑)。

该项目沉井施工分为:平整场地,制作沉井的地基、沉井刃脚及第一节沉井制作(高7.5m)、第二节沉井制作(高9.15m)、沉井取土至永久标高、沉井C25砼封底,沉井底板施工、第一节、第二节内隔墙施工、第三节沉井结构施工(高5.4m)、第四节沉井及沉井顶结构施工(高3.05m)八个阶段。

3.2.1在沉井内部设置排水坑,通过水泵,边挖边抽水。为了确保沉井不发生向河道倾斜,在沉井西侧的外围设置钢筋混凝土地锚,用两根揽风钢绳拉接在井筒预埋拉结点上。在下沉同时连续排水,疏干沉井附近地层水。取土开挖分层进行,由于靠河边的西侧土质较软,挖土时都先开挖距河边远的东侧。

用素砼垫层法支设刃脚。垫层可以均匀传递沉井上部的重量,使沉降均匀,以免井身或刃脚出现破坏性裂缝,并保持井身垂直。

先在基底处铺设砂垫层,砂垫层上垫木方(50*100mm),靠河边半圆部分1米/根,另一边1.5米/根;木方上垫黄沙,在黄沙上方浇筑水泥砂浆垫层,垫层上方浇筑30cm厚高度混凝土圈梁。对准圆心沿刃脚圆弧铺设垫架。刃脚垫层设置示意图如下:

3.2.2沉井下沉施工准备:

(1)井筒砼达75%设计强度时,拆除井壁模板与刃脚砖模。

(2)下沉前,用钢板按要求封堵洞口。

(3)下沉前,在井壁上,先内外各弹出4条对称垂线,并在内部垂线的顶端,挂上垂球,将标盘设在刃脚位置,下沉时,随时观测偏斜状况,并予纠偏。沿4条外壁垂线,绘水平测量标尺,并在相对位置设指示标尺(见下图),测下沉量及偏差。

(4)安排好运土车、吊车、照明等设施。

3.2.3沉井取土下沉:

沉井内部挖方和吊运土方,采用机械配合人工的方法。根据其施工特点,配备W-1001履带式5吨起重机一台,处理中间部分的土方。井边土方则人工开挖,以防土层超挖。井内土体经排水后较为干燥,采用了两台小型挖掘机配合两班工人作业,以减少劳力和提高工效。井筒外两台汽车吊使用钢筋骨架制作的吊篮吊运土方。

其施工,包括四个阶段,准备阶段、初沉、中沉、终沉。下沉前,先排除刃脚下的施工措施梁,清理沉井内杂物,逐步让沉井进入初沉阶段。沉井初沉阶段要根据“沉多挖少,沉少挖多”的原则在开挖中纠偏。在井内先采用小型挖掘机挖土,从中间开始挖向四周,先形成小锅底,然后再逐步形成大锅底,挖土厚度每层0.5米,刃脚处留宽土台1.0米,逐层用人工切削。每次5厘米-15厘米,若土垅受刃脚挤压而裂,沉井便在自重作用下破土下沉,刃脚处的土台与沉井中心保持约0.5米的高差。

沉井下沉过程中分别在井筒的东、南、西、北方位设四个点进行监控测量。

3.2.4纠偏

在沉井取土下沉过程中,出现井筒下沉不均匀、井筒垂直度偏差超过规范允许偏差要求,项目部积极采取边纠偏边下沉,在取土过程中对靠河边一侧(西边)采取不挖或少挖,尽量让土质硬的部位(东边)先挖先下沉(对于常规土质均匀的沉井,是从井筒重心向外取土),使井筒的垂直度偏差在施工规范允许范围内。随着井筒按施工进度在可控范围内缓慢下沉,在入土深度慢慢加深,井内的土呈窑泥的青褐色,非常稀软含水量大、以至于小型挖掘机履带下铺垫木头、钢板增大受力面积还时常出现下陷。从井筒外壁往井筒内的涌水量也越来越大,水流夹带着泥沙呈浑浊颜色,针对于井筒内涌水量大,现场紧急采取编织袋装土沿井筒内壁封堵水流。井筒内水抽排现场最高峰采用8台大功率抽水机。井筒内采用两台小型挖掘机配合两班现场工人作业,井筒外两台汽车吊使用钢筋骨架制作的吊篮吊运土方。

3.2.5沉井结构封底

本工程设计为干封底。当井底距设计标高300mm即停,使其自然下沉2~3天,沉至底部的设计标高,稳定后封底。

4、结束语

本项目的沉井,严格控制其下沉偏差在规定范围内,尤其是从制作混凝土结构沉井开始,到其下沉全部完成,始终没有形成裂缝,克服了沉井在下沉过程中,容易产生裂缝的施工质量通病。总结施工中的不足,吸取工作中经验,在沉井施工过程中应认真做好以下几方面的工作:

(1)地质资料必须详细,包括地下土质、土体的各项分布指标,为砂垫层宽度,道木铺设数量,下沉稳定性,防沉措施的设置提供各项数据。

(2)大体积沉井的防沉措施,是相当重要的。在同类工程中还应在井内圆心点设置直径大于2米的钢板使用¢25的钢筋呈对称放射状与刃脚连接,增加刃脚的道木数量以增大刃脚处的受力面积的方式较为稳妥。

(3)做好抽排水工作,现场必须事先准备好满足抽排水使用的备用发电机和备用抽水机。井筒内水位上涨不能及时排除,刃脚位置的泥土被水长时间浸泡也将出现井筒不可控制的下沉倾斜。

参考文献:

[1]关于皂市水电站下游水位计及水位井的更新改造[J].刘茂盛,刘震,付元.科技风.2012(24)

[2]建筑施工手册[M].中国建筑工业出版社,《建筑施工手册》(第四版)编写组[编],2003

[3]特种结构地基基础工程手册[M].中国建筑工业出版社,鞠建英主编,2000

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