污水处理工程中沉井工艺的应用

 

 

　　 随着我国经济的飞速发展，人们对环境的要求越来越高，特别是城市中的污水处理问题成了环境治理的重中之重。近年来，针对城市污水问题，国家斥巨资建立了多个污水处理厂并投入运营。在铺设截污管线的时候，受地理环境、地上建筑等条件的影响，不能直接挖沟埋管，而是采用顶管法进行施工。这样就需要用到沉井施工来完成顶管工作井、接收井和提升泵房的建设工作。

 

　　 一、沉井工艺原理及分类

 

　　 1.沉井工艺原理

 

　　 沉井工艺是地下工程和深基础工程的一种施工方法．也是深基础工程的一种结构形式。其原理是：将位于地下一定深度的建筑物或建筑物基础，先在地面以上制作，形成一个井状结构，然后在井下不断挖土，借助井体自重而逐步下沉，下沉到预定设计标高后，进行封底，并根据需要构筑井内底板、梁、内隔墙、顶板等构件，形成一个工作空间或地下建筑物。沉井在施工中具有独特优点：占地面积小，不需要进行边坡围护，与大开挖相比较，挖土量少对邻近建筑物的影响较小操作相对简便，无需特殊的专业设备。

 

　　 2.沉井分类

 

　　 沉井的类型很多，按制作材料分类有混凝土、钢筋混凝土、砖混等多种类型，应用最多的是钢筋混凝土沉井。钢筋混凝土沉井按平面形状分类有圆形沉井、矩形沉井、椭圆形、端圆形沉井。工程中用的最多是钢筋混凝土的类型。

 

 

　　 沉井制作主要是底模的处理和刃脚的模板方案，其余的可按常规的钢筋混凝土工程进行施工。沉井所在场地先整平夯实，根据现场土质情况确定做砂石垫层的厚度，并铺方木作为垫木，每米垫木数量按下式计算：

 

　　 式中：W一每米沉井井壁自重，单位kN

 

　　 L一垫木长度；

 

　　 b一垫木宽度；

 

　　 [R]一表土承载力。

 

　　 考虑施工荷载等安全因素，垫木间距可比计算稍密，沿井壁刃脚均匀铺设在砂石垫层上。

 

　　 枕木之间空隙位置，壁板底模采用1：2水泥砂浆做平枕木面。

 

　　 池壁模板工程、钢筋工程以及混凝土工程可按常规土建方法施工。井壁先立内壁板模板，后扎壁钢筋，封外壁模板，浇筑井壁混凝土。然后不间断淋水养护，养护时间不少于14天。

 

　　 1.沉井下沉施工

 

　　 根据沉井深度以及地质条件，决定采用排水下沉还是不排水下沉。

 

　　 待井壁混凝土达到设计强度后，即进行刨砂抽垫木，垫木应根据挖土顺序对称抽出，最后抽定位垫木。刨砂时在沉井内用人工慢慢开挖砂石垫层。为保证平稳下沉，需在沉井内划分挖土范围，并且要求挖土工人从中部向周边对称均匀挖土，如发现沉井有侧斜则及时在侧斜的相反方向即下沉量较小的一侧加速挖土，辅助以局部加载，而且倾斜一侧暂缓挖土，使得倾斜得到矫正。抽取垫木的顺序与挖土顺序一致。

 

　　 沉井下沉时对称在井内挖土，在分层挖除土的过程中，沉井即逐渐下沉。当刃脚下沉与沉井中部土面大致齐平时，即可在中部先向下挖深400～500mm，并逐渐向四周均匀扩孔，到刃脚约1米处，再分层挖除刃脚内侧的土台。开挖刃脚下的土时，用跳槽法，即沿刃脚周长等分若干段，每段长约1m，先隔一段挖一段，然后挖剩下的各段。并随时观察孔位是否倾斜或偏移，垂直度误差控制在1%以内；如遇有偏差时，应采取相应的措施纠偏。开挖时，在每个挖土周期中，首先选择适当位置挖掘较深的集水坑，以便抽水。

 

　　 挖土下沉速度的控制由技术人员根据测量数据进行统一指挥，同时根据沉井的大小，安排合适的工人挖土。挖出的土装入吊斗，用吊机运走。井上安排一人指挥。如地下水量过大而影响挖土时，暂停挖土待抽水后，再继续挖土。下沉速度视工作量大小，控制平均为0.5～1.0m/d，当沉井下沉深度距设计深度500mm左右，对其垂直度及标高进行连续观测，并适当放缓挖土速度，使沉井平稳下沉，当刃脚平均埋深距设计标高尚差50～100mm时停止挖土，待静止24小时观测其下沉稳定在20mm内，然后平整井内基底，浇C15混凝土垫层150厚，然后浇筑封底混凝土。

 

　　 2.测量控制与观测

 

　　 沉井下沉前，为保证沉井在挖土时平稳下沉，控制好轴线位置，在沉井的池壁内外各个方向标划出一条垂线，并在壁外地面设置对应控制点，用经纬仪随时检查沉井垂直度及轴线偏移。为方便检查，在池内每条垂线边均挂一个较重的线锤，在沉井外壁每隔200mm划一道水平线，这样在下沉过程中很容易发现沉井是否有倾斜。当线锤离开墨线50mm，或四面标高不一致时，即应调整。

 

　　 3.沉井施工注意事项

 

　　 沉井下沉四周影响区域内，不宜有高压电线杆、地下管道、固定式机具设备和永久性建筑物。必须设置时，应采取安全措施。

 

　　 沉井的制作高度不宜使重心离地太高，以不超过沉井短边或直径的长度为宜，一般不应超过12m。特殊情况允许加高但应有可靠的计算数据，并采取必要的技术措施。

 

　　 抽承垫木时，应有专人统一指挥，分区域，按次序进行。抽承垫木及下沉时，严禁人员从刃脚、底梁和隔墙下通过。

 

　　 4.沉井施工质量标准

 

　　 沉井下沉完毕，其偏差应符合以下规定：

 

　　 标高偏差：刃脚平均标高与设计标高偏差不得超过100mm。

 

　　 水平位移偏差：刃脚平面中心的水平位移不得超过下沉总深度的1%，当下沉总深度小于10m时，水平位移允许100mm。

 

　　 倾斜偏差：矩形沉井四角（圆形沉井为相互垂直两直径与圆周的交点）中任何两角的刃脚底面高差，不得超过该两角水平距离底1%，且最大不得超过300mm，如两角水平距离小于10m，其刃脚底面高差允许为100mm。

 

　　 5.止沉封底有关措施

 

　　 针对刃脚所处的持力层能否满足井体不超沉，若土质较差，可以采用了深层搅拌桩复合地基作为沉井的持力层，保证沉井到设计深度不再下沉，防止沉井超沉。

 

　　 沉井封底施工时，可采用5mm厚钢板制作1300的带法兰盘的圆形井管（集水井）若干个，在浇筑底板混凝土时不间断抽水，至混凝土底板达到设计强度时，才停止抽水，最后封闭集水井。

 

　　 6.沉井应急措施

 

　　 沉井的土层是一种地下状况，为确保施工能顺利进行，必须准备一些应急措施。具体如下：

 

　　 （一）、地下水丰富，降水不下，难以排水下沉。应急处理措施：在沉井前计划，在沉井外施工深层搅拌桩，同时在止水帷幕内外均设置降水井，防止大面积强降水内外水压相差引致流沙现象出现。

 

　　 （二）、沉井下沉不均匀，出现倾斜现象。应急处理措施：用事前联系好的钢锭在下沉较慢一侧进行局部加载，同时该侧加快挖土速度，下沉较快一侧暂缓挖土或者停止挖土。在处理过程中必须注意连续对沉降进行观测，防止出现反向倾斜。

 

　　 （三）、周边出现大面积下沉现象。应急处理措施：在沉井周边预先按2m一条的间距打入钢花管，用150泵作回灌，回灌采用泥粉开浆。甚至出现倾斜时可以利用花管在沉得较慢一侧注入触变泥浆，降低摩阻力，加快该侧的下沉。

 

　　 （四）、封底时地下水丰富，浇筑混凝土困难。为避免地下水汇集形成较大浮力，顶裂封底混凝土，可在底板上均匀布置Φ300的带法兰盘的钢管渗水井若干个，钢管渗水井外包纱网，并以渗水井为中心向四周做辐射状碎石育沟引水，井深3米，不间断抽水，直至底板浇筑后混凝土达到一定强度后再封堵渗水井。

 

　　 （五）、沉井期间安排专人值班，定期观测沉井的沉降量。发现突变及时通知相关技术人员，马上进行应急解决。

 

　　 （六）、为防止沉井标高与设计标高不一致，在沉井池壁施工时，若池壁有预留套管，最好能改为预留孔洞。

 

 

　　 社会发展，人们环保意识不断加强，城市的规划越来越严格，城市污水处理量越大，需要建设的污水厂以及集污管网不断增加。过去，人们受施工现场条件控制，很多时候很难开挖，或无法穿过河道等困难，污水管道敷设处处受制。随着顶管法以及沉井法的日渐成熟，以上问题可迎刃而解，污水管道的布置可以越来越灵活，可极大满足人们对污水处理的要求。沉井法施工也随着顶管法施工将成为市政工程施工中的一种常用工艺。