城市污水处理厂沉井施工技术

2024-02-03 31点热度 0人点赞

随着社会经济建设的快速发展,城市建设规模不断扩大,污水处理厂作为城市基础设施建设的一部分,担负着净化污水的任务,对改善城市水环境、提高城市居民的生活质量具有重要作用。沉井作为建造地下工程构造物和深埋基础施工的一种方法,是一项实践性较强的施工技术,具有施工安全、质量可靠、操作方便、施工工期短和经济效果显著等优点。在城市污水工程项目的建设过程中,沉井施工技术贯穿于工程建设的全过程,特别是污水管道和进水泵房的建设,对完善污水处理厂的使用功能具有重要意义。

1.工程概况

南庄污水处理厂首期工程,进水泵房采用钢筋混凝土沉井结构,建筑平面尺寸为15.9m×13.3m,高度15.98m,沉井刃脚标高-12.7m,下沉深度约14.6m,井壁厚度0.90m。

2.施工方案

2.1 开挖基坑,降低初沉标高,减少下沉深度

根据沉井部分的地质状况,为保证沉井初沉阶段的均衡下沉,将沉井预制及初沉标高设为0.1m,这样可创造两个有利条件:

(1)将预制及初沉平台设在未挠动粘土层上,土层均匀,承载力大,利于沉井预制及初沉平稳;

(2)基坑开挖,缩短了下沉深度。第一节沉井下沉至设计标高后,其上沿高出基坑底30cm,以利于接打第二节混凝土及防止基坑内积水溢人沉井中。

2.2 降水固砂,确保安全顺利下沉

由于沉井下沉过程中穿越一层粉质粘土及一层粗砂,这两种地层透水性好,井内土体开挖后,地层在渗流水的作用下易形成流砂及管涌,受振动后易液化。这些现象的发生,极易造成沉井下沉过程中的偏沉、游走及突沉,对沉井的下沉安全构成威胁。因此,必须消除地层渗水。

3.沉井施工过程

3.1 沉井制作

(1) 砂垫层及刃脚垫木

为使地基均匀承受沉井墙身重量,不致在混凝土浇筑过程中突然下沉或倾斜,导致墙身刃脚裂缝破坏和便于支设模板,在沉井下部铺设垫木。垫木采用方木(150mm×150mm×2000mm)作支撑垫木。

N=G/Af

式中:G——第一节沉井单位长度的重力(124.73kN/m)

A——每根垫木与地基或砂垫层接触的底面积(m2);A=0.15×2.0=0.30m2

f——砂垫层的承载力特征值(180kN/m2)

N=124.73/(0.30×180)=2.3根

间距:0.43cm 取值:0.40cm

沉井刃脚需铺设垫木数量:74.3/0.40=186根

地基上铺设砂垫层,可减少垫木数量,将沉井的重量扩散到更大的面积上,避免制作中发生不均匀沉降,同时易于找平,便于铺设垫木和抽除。

h=(G/f-l)/2tanθ

b=l+2htanθ

式中:G——沉井单位长度的重力(124.73kN/m)

f——地基的承载力特征值(110kN/m2)

l——垫木长度(2.0m)

θ——砂垫层的压力扩散角,不大于45°

h=[124.73/(0.40×110)-2.0]/(2×tan30°)=0.72m,取75cm

b=2.0+2×0.75×tan30°=2.87m,取3.0m

在施工平台顶面沿沉井刃脚铺设砂垫层作为调平层及受力加强层,砂垫层厚度为75cm,砂垫层用砂为中砂,含泥量小于3%,砂垫层采用平板振动器振捣并洒水,控制干密度≥1.56t/m3,地基整平后,铺设垫木,使顶面保持在统一水平面上,用水准仪控制其标高差在10mm以内,并在其孔隙中垫砂夯实,垫木埋深为其厚度一半。铺垫完成后,在垫木上面测量放出精确的轴线和沉井刃脚轮廓线。在轮廓线外适当位置放出检查点,便于控制和检查沉井位置。

(2) 模板支设和钢筋绑扎

沉井制作的模板支设和钢筋绑扎与普通结构施工要求一样,只不过由于是在软基上施工,所以要均匀对称施工,以防止不均匀沉降。

(3)混凝土浇筑

混凝土采用商品混凝土,并用混凝土输送泵,送至沉井浇筑部位,沿井壁均匀对称浇筑。浇筑采用分层平铺法,每层厚30cm,将沉井沿周长浇筑,保持均匀下料,避免一侧集中浇筑,使沉井倾斜,每层混凝土要求2h内浇筑完毕。

(4) 第二节沉井预制

两节混凝土的接缝处设凸型水平施工缝,上节混凝土须待下节混凝土强度达到70%后浇筑,接缝处经凿毛及冲洗处理,并浇10cm厚减半石子混凝土。

3.2 沉井下沉

(1)准备工作

沉井下沉前,应将沉井内支撑破除,并做好各项准备工作,包括人员、机具等的准备。沉井下沉前,应采用1台经纬仪控制沉井的中线位置。并在沉井的4个角上各设置一个水平观测点,在下沉过程中用水平仪不断监测沉井的下沉速度和下沉深度,根据测量结果调整下沉方式。

(2) 承垫木抽除

当模板拆除后,沉井混凝土强度达到设计要求强度70%,方可下沉。沉井完全支撑在垫木上。抽除垫木是沉井下沉的开始,是沉井下沉的重要工序之一。抽除垫木时,必须统一指挥,及时、迅速的将垫木抽出。

(3) 取土下沉

沉井挖土下沉采用人工挖土、摇头扒杆取土,由于挖土施工困难,研究沉井下沉的安全控制,沉井下沉速度控制为30cm/d。   沉井处于淤泥质及淤泥土层取土时,下沉系数远大于1.15,如果下沉时挖土处理不当,可能出现沉井下沉过快现象。挖土顺序应遵从先中后边,逐步扩挖至刃脚附近,使沉井平稳、均衡地徐徐挤土下沉。中心“锅底”深度应从严控制,谨防“锅底”过深发生“突沉”。每层挖土厚度为0.4m~1.5m。必要时利用沉井井格底梁与沉井刃脚一起挤压土下沉。

沉井处于粉质粘土层时,采用台阶形挖土自重破土方式。从中间开始向四周逐渐开挖,并始终均衡对称地进行。相邻格仓面高差不应超过0.5m。刃脚处留1.2m~1.5m宽土垅,用人工逐层全面、对称、均匀地削薄土层,每人负责2m~3m一段,方法是顺序分层逐渐往刃脚方向削薄土层,每次削5cm~15cm,当土垅挡不住刃脚的挤压而破裂时,沉井便在自重作用下破土下沉,削土时应沿刃脚方向全面、均匀、对称地进行,使均匀平衡下沉,刃脚土方开挖方法如图1所示。

沉井下沉中,如遇到砂砾石或硬土层,当土垅削至刃脚,沉井仍不下沉或下沉不平稳,则按平面布置分段的次序,逐段对称地将刃脚下掏空,并挖出刃脚外壁10cm,每段挖完后用碎石填满夯实,待全部掏空回填后,再分层挖掉回填的碎石,可使沉井因均匀地减少承压面而平衡下沉。

3.3 下沉观测

沉井位置的控制是在井外地面设置纵横十字控制桩、水准基点。下沉时,在井壁上设十字控制线,并在四侧设水平点。

4.终沉控制及沉井封底

当沉井刃脚踏面下沉至离设计标高还剩lm左右时,即进入终沉阶段,应切忌“深锅底”,因为过深的锅底,可能导致刃脚下土体大量向井内涌入,易发生突然下沉或超沉。应先挖刃脚附近的土体,形成“反锅底”,然后视情况再挖中心部位土体,控制好下沉速度,务求沉井缓缓挤土下沉到位。

沉井下沉到位后,观测沉井在8h内累计沉降量小于l0mm时,方可进行封底。沉井封底有排水封底和不排水封底两种方案,本沉井对封底质量要求严格,不允许出现渗漏,再者涌水量不大,井底土质密实,因此确定采取排水封底方案。如沉井不稳定,可采取分仓封底措施加以控制。

5.沉井施工中涌土处理及经验体会

5.1 涌土及处理

沉井在下沉至距离粉质粘土层0.5m时,由于倾斜和多次纠偏,西侧井壁中间部位出现刃脚悬空,雨水顺井外壁流入井内,出现涌土现象,共有3处,且造成井外坍塌,影响了沉井开挖、下沉。处理措施主要是对坍塌处进行及时回填,使沉井刃脚埋入粉质粘土层1.5m,形成一个沿刃脚的土堤,以阻碍土体从井外向井内涌入,有效的稳定井外土体。

5.2 经验与体会

(1)涌土的危害

细格栅及曝气沉砂池距沉井6m,沉井下沉至约10.5m时细格栅曝气沉砂池在进行锤击桩桩基施工,桩基振动使井内出现涌土、井外土体坍塌,造成桩基暂停施工,影响了细格栅曝气沉砂池施工进度安排。

(2)沉井过程对周边施工便道、建筑物的影响

涌土的出现对周边环境影响很大,距离沉井7m的施工便道下沉近1m,附近15m内,地面均有不同程度的下沉。但施工场地附近没有建筑物,未造成更大的影响。

6.结语

沉井施工是一项系统性的工程,其施工质量直接关系到污水处理厂的正常运作。因此,施工人员在施工前应充分了解施工现场的水文地质和工程地质条件,并严格按照相关规范及设计要求的规定进行施工,同时要加强施工过程中的监测力度,避免对周围建筑物造成不必要的影响。只要我们规范施工、精心组织,相信沉井施工技术在污水处理工程项目的应用将会更加广泛。

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