水冲法沉井在大型取水泵房中的应用.pdf

第3 0 卷2 0 1 0 年l O 月苏州大学学报(工科版)J O U R N A LO FS U Z H O UU N I V E R S I T Y(E N G I N E E R I N GS C I E N C EE D I T I O N)V 0 1 3 00 c t 2 0 l O水冲法沉井在大型取水泵房中的应用王建中1，荣建国2(1 常熟市建筑管理处，江苏常熟2 1 5 5 0 0；2 常熟市建筑设计研究院有限责任公司，江苏常熟2 1 5 5 0 0)摘要：以大型水厂取水工程新建泵房为例，介绍了水冲法沉井施工准备、施工顺序、施工方案和内容，并根据监测结果分析了施工对周围环境的影响。关键词：水冲法；沉井；监测中图分类号：T U 7 5 3文献标识码：A1工程概况我市某水厂取水工程新建泵房位于长江大堤和子堤之间，据原水厂泵房最近距离为4 5 m，泵房地面平面尺寸2 4 6 3 8 3 8 m，地下为2 0 2 3 7 9 m，底板顶面标高为一8 8 m(黄海高程，下同)。拟建场地土层情况详见表l。表1 各土层地质情况2施工方案由于原水厂泵房关系到我市1 0 0 多万人口的生活用水，属于重点保护建筑物，在对比分析大放坡、水泥土桩墙、S M W 法等支护方法的经济、工期、安全方面的因素后，最终决定采用水冲法沉井施工，即先用高压水枪将土冲成泥浆，再用泥浆泵将泥浆排出，沉井则在自重作用下均匀下沉至设计高程。具体做法是用高压水泵通过水枪在井内冲击土体，先将井中间部位冲深1 O m 左右，形成集泥坑，再对称的冲击周围土体，将集泥坑扩大，直至刃脚边缘，形成锅底，同时开启泥浆泵，将泥抽出。随着集泥坑逐渐变深，当锅底比刃脚低l 一1 5 m时，沉井即可靠自重下沉，井将刃脚下土壤挤向中央锅底，继续边冲水边抽泥，使沉井下沉。本工程设计井体为现浇钢筋混凝土结构，中间设地梁和隔墙将沉井底部分隔成2 8 个隔仓。沉井刃脚踏面宽为0 9 m，外井壁厚为1 3 0 8 m(下部刃脚井壁厚为1 3 m，中部井壁厚为1 1 m，上部井壁厚为0 8 m)，中间6 道横向地梁踏面宽均为0 8 m，3 道纵向地梁踏面宽两道为0 7 m，一道为0 8 m。井体顶标高为2 9m，刃脚底标高为一1 1 8 m，沉井总下沉深度约为1 4 7m。搴收稿日期：2 0 1 0 0 8 1 6王建中荣建国：水冲法沉井在大型取水泵房中的应用3沉井施工3 1 沉井准备与技术措施结合现场的土层条件，根据砂垫层的铺设厚度计算、沉井稳定性计算、抗突沉计算等，沉井下沉分两个阶段进行，第一个阶段沉井刃脚深度从原始处沉至8 m 采用干沉法施工，第二阶段从8 m 至设计标高，采用水冲法下沉施工，最后不排水封底。为防止沉井在下沉过程中偏位过大造成纠偏困难，因此在下沉过程中，密切监测四角的高程，严格控制沉井的四角高差，当沉井四角任何两角高差接近或超过2 5 m m，就立即分析原因，并及时采取纠偏措施。同时，为确保原泵房设施的安全，掌握沉井对周边环境的施工影响，在原泵房上设置了1 0 个沉降观测点，当发现异常情况将立即进行处理。当沉井下沉标高接近设计标高时，按沉井当时的下沉速率设定下沉抛高值。由于本工程沉井自重较大，故本工程沉井下抛值设定为1 5 0 m m。3 2 沉井下沉沉井下沉取土顺序如图1 所示，沉井下沉深度在0 3 m 范围内为初沉阶段，此阶段沉井的重心高，容易产生偏斜，因此每间隔4 小时测一次四角高程，当沉井四角任何两角高差接近或超过2 5 m m 时，采取纠偏措施，调整取土仓号或取土部位，由沉井四角处不均匀对称地挖土，利用不同的挖土深度，对高处多挖土，对底处少挖土，调整井内刃脚踏面的土压力分布状况，使得沉井改变倾斜状态，逐步过渡到竖直方向下沉，但是每仓之间的取土深度要严格控制，取土底面高差不宜大于5 0 0 m m。当测量结果显示四角高差较好，则对称仓位取土继续保持正常状态下沉到8 m 深度，第一阶段下沉结束。当下沉到一8 m 深度后，开始第二阶段下沉施工，采用井内灌水，不排水下沉施工方法。井内灌水后，井内外水位差控制在0 5 m，以避免井体下沉过快，采用潜水泥浆泵，潜水员冲吸相配合的形式出土。为稳定井底土体、防止突沉，依次采取了下列措施，一是控制取土速度和取土方位，及时量测井内各区域内的土体深度，保证底部土体高度均匀，严禁掏挖刃脚踏面外土体；二是加强监测水位、沉井周边沉降以及沉井下沉速率等，根据监测结果，合理控制速度及采取措施。沉井施工过程平稳有序，但当沉至离设计标高仅有4 0 c m 时，沉井基本不再下沉。经现场观察，结合地质资料、施工记录等情况进行分析，可排除孤石或大块石等障碍物阻碍沉井下沉的因素，该沉井无法下沉的原因主要有以下几个方面：井内灌水后，沉井自重不够，不能克服四周井壁与土的摩阻力和刃脚下土的正面阻力；井壁制作表面可能粗糙，又碰上软粘性土层，摩阻力增大，而未F f 巅卫形彩钐一一掣一o 一一)豳、。，一一c 于L戮Lo 缀钐形耳jo r J 广采取减阻措施。在分析了上述原因后，考虑采取抽水迫1 沉井下沉时。取土顺序遵循从中间向四周均匀对称取降，以减少浮力，借以加重沉井。在抽水迫降过程中，为土，但尽量不挖除四周刃脚下土层。尽量使沉井挤土下沉。防止地表变形过大、流砂及沉井的超沉现象的发生，观测2 根据上述原则将2 8 个隔仓分为1 1 个区域，取土顺序频率加密，由每4 小时1 次监测改为每2 小时1 次，严格为1 6 控制水位，在经过几轮的抽水、灌水后，沉井最终平均下图1 沉井下沉取土顺序示意图沉1 4 8 1 0 m，刃脚平均黄海高程为一1 1 7 0 7 m，与设计要求的刃脚高程一1 1 8 0 0 m 相比仅差9 3 3 r a m，根据建筑地基基础工程施工质量验收规范表7 7 1 0 中主控项目：沉井封底结束后的位置，刃脚平均标高(与设计标高比)允许偏差小于l O O m m。考虑到至封底结束尚有一段时间，沉井将有微量的自沉，因此取土下沉工作结束。第3()眷4 周围环境监测情况为了解沉井过程中，同嗣地面的变化情况，保吐原水厂采房的安伞，对0 C 井施工周围环境进行了综合系统的监测。4 1 周围地面情况地面监测点预先布置2 个(编号为S 1 1、S 1 2)，分别仲于沉井的东西两侧，其中东侧的监测点距离沉井约1 5 m，酲侧的监测点距离沉井约l O m。在沉井下沉一段时问后，在机井东面1 j 原取水泉房之间增 殳地面沉降观测点5 个(编号为$2 3-$2 7)。施工期间沉降变化如图2、图3 所示：洼：为图【；I、；-r 土【I、*。|、L1【|吣5。8飞。l三二三二二_-王三。二j图2 周围地面熏计沉降量一时间曲线图N?f9|图3S Z 6 一S 7 3-S 1 l S 1 2 地面沉降剖面图由图表可知，距离沉井较近的S 1 1、S 1 2 相对沉降量_ =，其最大沉降量(S 1 2)为2 8 22 1 m m，距离沉井略远一点的$2 3、$2 7 沉降量次之，其中最大沉降丝($2 3)为】5 66 0 m m，距离沉j 1 最远的$2 4、$2 5、$2 6 号点沉降虽不大，其中最大沉降量($2 6)为14 3 m m。42 原泵房沉降变化情况原取水泵房共布置机降观测点1 0 尘(编号为S I S I O)、施工期间沉降变化如同4 所示。rI|r 1 r r1直4 原取水泵房累计沉降一时间曲线图i 镕十*t 目：m *a#4 R$B 十月由图表可知，原取水泵房建筑物沉降量不大，仅有5 个点发生了轻微的沉降，一般在2 m m 左右，最大为$1 0 号点，沉降量仅为52 5 柚，属于正常的建筑物沉降，沉井施工对其影响甚微。43 裂缝监测点原取水泵房基础设置有抗浮桩，其施工时采用放坡开挖，四周为回填土，历年来一直有沉降发生，由于原泵房内存在一些裂缝，因此有必要对原有裂缝进行监测，以了解其发展情况，根据裂缝的情况，选取有代表性的地段进行监测，其设置2 7 个监测点。施工期间裂缝宽度变化如图5 所示。1 P 一5。；#；=：；=；。一L。I I 二二!苎翌!竺妻型窭霎錾墼薹茎!蔓n】L IL Ip 1 1 h 1 5j】2 I 目5 裂缝宽鹰一时间变化目由图表可知，原取水泵房厦配电问的裂缝宽度基本保持不变在沉井施工阶段未有明显的增大的现象。5 结论沉井下沉施工是一项工艺较复杂、技术难度较大的作业，要经过必须的计算和分析才能确定方案，由于地质情况的复杂性，沉井施工中有可能会遇到各类影响正常施工的问题，必须先分析清楚同题的原因，采取有效措施。从施工监测成果看，本工程采用水冲法沉井施上基本未对原水厂泵房产生影响，该方案是安全可行的。参考i 越女自镕#I&*I m M】|匕i：十目4 I n m 艋社1 9 9 8J q l 2 0 9 9 t*女p$黼 s c B 舯州一2 0 0 9 建筑I 月拄$S】t I a 拇 m【M 1j 匕自：“*I n 2 海#黼白勺*I I#m 月g 日口自自措施 J m 日t*2 咖3 3(t 3)：1 5 3 一1 5 4#i A 砂性*自镕#*m T n I I Z J *#目n2 唧：2 l O