淺談不排水下沉法在沉井施工中的應(yīng)用

1、淺談不排水下沉法在沉井施工中的應(yīng)用隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速增長，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)飛速發(fā)展，沉井在城市污水處理 配套管網(wǎng)屮的應(yīng)用日益增多。采用不排水下沉法，避免在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)屮因降水施 工沉井而導(dǎo)致周邊建（構(gòu)）筑物和道路的不均勻下沉。工程概況漳州市污水處理廠配套管網(wǎng)工程是2002年福建省重點(diǎn)國債建設(shè)項(xiàng)目。期間，鋪設(shè)管 道61.60km,設(shè)置大小沉井25個(gè),其中4個(gè)釆用不排水下沉法。在沉井施工過程中,根 據(jù)不同的地質(zhì)條件、現(xiàn)有場地的排水現(xiàn)狀及對鄰近建筑物的安全保護(hù)等方而綜合因素， 既冇采用排水下沉法，亦冇采用不排水下沉法。漳州市兒十年來均采用排水下沉法進(jìn)行 沉井施工，積累了不少實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，而不

2、排水下沉法可謂首次付諸實(shí)施。不排水下沉法的適用條件采川不排水卜-沉法施工沉井，應(yīng)考慮以下兒方面的施工條件。1、當(dāng)沉井在下沉的深度范圍內(nèi)有地下水，降水施工可能引起沉井周邊建（構(gòu)）筑 物地基基礎(chǔ)和道路的不均勻沉陷，從而導(dǎo)致建（構(gòu)）筑物上部主體的傾斜。2、在沉井下沉深度范圍內(nèi)，土層屮存在著承壓水隔水層，沉井下沉破壞隔水層，從 而導(dǎo)致涌土、涌砂、冒水、位移、傾斜以及沉井在終沉階段下躥較快，繼而可能越過設(shè) 計(jì)標(biāo)高，應(yīng)向井內(nèi)灌水。3、沉井下沉系數(shù)及穩(wěn)定系數(shù)是衡量是否采用不排水下沉法的兩項(xiàng)考核指標(biāo)。沉井下沉系數(shù)：t/式屮gk井體h重標(biāo)準(zhǔn)值（kn）fk下沉過程屮地下水浮力標(biāo)準(zhǔn)值（kn）tf井壁總摩阻力（kn）

3、kof沉系數(shù)，一般取值范圍宜在1.051.25。沉井穩(wěn)定性系數(shù)：/、gk fkk0'=（2）tf + r式中r沉井刃腳、隔墻和橫梁下地基土反力之和（kn）k0，穩(wěn)定系數(shù)，一燉取值范圍宜在0.800.90。若下沉系數(shù)超過130,穩(wěn)定系數(shù)小于0.80,宜采用不排水下沉法。4、施工場地應(yīng)滿足機(jī)械収土、吸取泥漿、泥漿外運(yùn)的作業(yè)要求；吸泥機(jī)械吸取的大 量泥漿需?，F(xiàn)場有鮫寬敞的場地設(shè)置泥漿沉淀，曬干后外運(yùn)，這就耍求市區(qū)周邊有適當(dāng) 的卸漿地點(diǎn)，否則必將造成人為的環(huán)境污染。一般來講，沉井內(nèi)排出的泥漿，可棄于沉 井附近低洼z處或填浜造iii，亦可經(jīng)排泥管路或溝槽排至較遠(yuǎn)的地方。只有當(dāng)沉井在深 水處下沉而

4、水流甚急吋，或沉井位于河灘地段吋，方能在沉井附近排棄泥漿。此時(shí)，最 好排棄于沉井卞游一側(cè)。5、施工場地周邊擁有充足的供水點(diǎn)，以保證高壓水槍的用水來源。有時(shí)，沉井下沉施工地點(diǎn)距離水源較遠(yuǎn)，但又要求水力機(jī)械具冇很高的水壓力。這時(shí)，常采用水泵串聯(lián) 的方法來解決，前級用壓力較低的水泵設(shè)在水邊，通過供水管路向設(shè)在沉井上（內(nèi)）的 后級高壓水泵供水。不排水下沉法的沉井施工要領(lǐng)和質(zhì)量控制*不排水下沉方法沉井施工主要有沖抓錐（或抓斗）在水屮取土下沉和水力機(jī)械沖土 下沉兩種。1、沖抓錐（或抓斗）挖土對于小型單孔沉井，在沉井鍋底均勻抓土，沉井便可下沉。沉井若山多個(gè)井孔組成 時(shí)，每個(gè)井孔宜配備一臺(tái)沖抓錐（或抓斗）。如

5、用一臺(tái)沖抓錐（或抓斗）抓土?xí)r，應(yīng)對稱 逐孔輪流進(jìn)行，使其均勻下沉，各井孔內(nèi)土頂面高差應(yīng)不人于0.50mo當(dāng)抓十設(shè)備數(shù)量有 限時(shí)，可用一套設(shè)備逐孔輪流抓土，抓土次序視沉井傾斜和土質(zhì)情況而定。在井面上搭架放置沖抓錐或用吊車配合抓斗先挖掘井內(nèi)中央部分的土體，沿沉井刃 腳四周保留土堤，使沉井?dāng)D土下沉，再續(xù)挖刃腳周邊的土堤，如此往復(fù)，最終使沉井底 面形成鍋底。我們在實(shí)施屮認(rèn)識到，在砂或礫石類土中，一般當(dāng)鍋底比刃腳低11.5m時(shí), 沉井即可靠自重下沉。在粘質(zhì)土或中粗砂層中，刃腳下土體不會(huì)向中映塌落，則應(yīng)配以 射水管松土。同時(shí)，沉井用抓土斗抓土下沉?xí)r，抓土機(jī)具的生產(chǎn)率隨下沉深度增加而降低，這不 僅因?yàn)樽ネ炼?/p>

6、升降時(shí)間增長，還因沉井下沉很深時(shí)，抓土斗的鋼絲繩互相絞纏，影響抓 土效率。此外，地層土層的性質(zhì)對抓土生產(chǎn)率也有影響，一般砂質(zhì)土抓土后坑壁即會(huì)向 坑底坍塌。而泥質(zhì)土不易坍塌，往往形成深坑，使抓泥斗不易落正，抓土往往不能滿斗, 影響抓土的生產(chǎn)率。因此，要求施工人員在操作時(shí)十分注意。有吋，為了使抓土斗能在井孔靠邊的位置上抓土，如圖1所示，可在井孔頂部周圍預(yù) 埋兒根鋼筋掛鉤。偏抓時(shí)，肖抓土斗落至井底后，將抓斗張口用的鋼絲繩掛在鋼筋鉤上, 并將抓土斗提起后突然松下，抓土斗即偏向井壁落下，再收緊閉口用的鋼絲繩，如此即 可達(dá)到偏抓的目的。另外，當(dāng)抓淤泥時(shí)，抓土斗將近被淤泥吸住，當(dāng)提抓斗時(shí)，須注意圖i掛鉤偏抓

7、示意圖不要用力過猛，并要考慮抓土機(jī)具適當(dāng)?shù)某d安 全系數(shù)，抓鏟需加足夠的配重，以防機(jī)具傾覆。采用沖抓錐（或吊車配合抓斗）取土不排水卜沉施工，在水卜作業(yè)壞境中不利于挖土均勻，下沉至淤泥層時(shí)，易造成下沉速度過快及扭斜等 質(zhì)雖事故。由于沖抓錐在漳州市水利樞紐工程、防洪排 澇工程中得到普遍應(yīng)用，因此在沉井周邊缺乏充 足的供水點(diǎn)或不具備水力機(jī)械沖土設(shè)備的條件 下，適合采用沖抓錐進(jìn)行不排水作業(yè)。2、水力機(jī)械沖土原理在沉井下沉施t中，實(shí)現(xiàn)水力機(jī)械化，即用 高壓射水沖碎土層后，用水力吸泥機(jī)將泥漿及土的碎塊排到井外，使沉井下沉。這種施 工方法，設(shè)備簡單，效果顯著，采用這種方法進(jìn)行沉井下沉，可以達(dá)到加快就工進(jìn)度的

8、 目的。（1）運(yùn)行機(jī)理主耍是利用高壓水泵將高壓水流通過進(jìn)水管分別流進(jìn)沉井內(nèi)的高壓水槍和水力吸泥 機(jī)，利用高壓水槍射出的高壓水流沖刷土層，使英形成一定稠度的泥漿匯流至集泥坑， 然后卅水力吸泥機(jī)（或空氣吸泥機(jī)）將泥漿吸出，從排泥管排出井外。特別強(qiáng)調(diào)的是，沖粘性土?xí)r應(yīng)使噴嘴接近90o角沖刷立面，將立面底部沖成缺口使二塌落。沉井水力機(jī)械除土的主要特點(diǎn)是利用高壓射水來代替人工進(jìn)行沉井下沉的全部作 業(yè)，它包括土的切割、沖刷、攪動(dòng)及所形成泥漿的排除，如圖2所示。沉井下沉所使用的水力機(jī)械設(shè)備主要由水泵、進(jìn)水管路、水力沖泥機(jī)、水力吸泥機(jī) 以及排泥管路等組成。一般情況下，每套6英寸水圖2沉井水力機(jī)械施工示意圖rf

9、iftiiihtjb!力機(jī)械包括:一臺(tái)6da型水泵、水力沖泥機(jī)（水槍）12臺(tái)、水力吸泥機(jī)（直徑150mm） 1臺(tái)及相應(yīng)的管路。高壓射水是由高壓水泵供給的，水力沖泥機(jī)及水力吸泥機(jī)可由同一高 壓水泵供水，也可以由兩臺(tái)高壓水泵分別供水。（2）取土順序和泥漿平衡取土順序?yàn)橄戎醒牒笏闹?，并沿刃腳留土臺(tái)，最后對稱分層沖挖，不斷沖空刃腳踏 面下的十層。施工時(shí)，應(yīng)使高壓水槍沖入井底的泥漿量和滲入的水量與水力吸泥機(jī)吸出 的泥漿量保持平衡。在使用高壓水槍沖刷井內(nèi)土層的作業(yè)中，應(yīng)將各種土調(diào)制成為適宜 的稠度,其泥漿密度的掌握指標(biāo)為：砂土類為1.08-1.18；粘性土為1.091.20。當(dāng)水力機(jī)械系統(tǒng)正常工作時(shí)，各部

10、分水量應(yīng)符合下列平衡條件：q泵二q沖+q吸機(jī)q總-q吸機(jī)+q泥q泥二q沖+ q 土+q滲式中q泵一水泵出水量（米引小時(shí)）；q沖一水力沖泥機(jī)的耗水量（m3/h）；q吸機(jī)一水力吸泥機(jī)的耗水量（m3/h）；q總一水力吸泥機(jī)總排水雖（m 3/h）；q泥一水力吸泥機(jī)吸入的泥漿量（in 3/h）；q 土一由沉井內(nèi)排出土的數(shù)量（m 3/h）；q滲一滲入沉井內(nèi)的水最（m 3/h）o山水泵站供給水力吸泥機(jī)、水力沖泥機(jī)的高壓水與滲進(jìn)沉井內(nèi)的水量之和，應(yīng)與水 力吸泥機(jī)的排水量平衡。（3）水力沖泥機(jī)的應(yīng)用凡水力機(jī)械化除土法，普遍采用水力沖泥機(jī)（水槍）。使用水力沖泥機(jī)時(shí)，不僅利用 其射流來沖刷切割土層，而tl還利用射流

11、來攪動(dòng)土層，使z形成泥漿。因此，須以高壓 （1015kg/cm2以上）的水流供給水力沖泥機(jī)，當(dāng)高壓水流通過噴嘴時(shí)，貝有很大的速 度，能產(chǎn)牛相當(dāng)大的破壞力。如圖3所示。水力沖泥機(jī)的作用是將土沖成泥漿使z流向集泥坑，但在沖除顆粒較大或較堅(jiān)喚的 土層吋，一部分大顆粒土塊可能沉淀，流不到集泥坑中。在這種情況下，須用水力沖泥 機(jī)將己沉淀的土塊沖至集泥坑，以便用水力吸泥機(jī)將這些土塊及泥漿排到井外。實(shí)際影響水力沖泥機(jī)效能的因黔*3）水力沖泥機(jī)乩地質(zhì)構(gòu)造及土的性質(zhì)，粘性小的土較易沖刷，所需的水壓較小，水量也少；b.射流水柱和沖刷面之間的相互關(guān)系，如減少至沖刷面的距離及增加水柱和沖刷血的交角，則沖刷強(qiáng)度就增大。

12、c.噴嘴處的水壓力、水力沖泥機(jī)的射水量以及射流 的性能，如有高水壓及大量的水，就能得到大的沖擊力。另外，尚需說明的是由于考慮水力沖泥機(jī)在沉井內(nèi) 移動(dòng)方便，常用高壓橡皮管向水力沖泥機(jī)供應(yīng)高壓水。 若水壓過人時(shí)橡皮管的剛性也人，這時(shí)不但操作閑難， 還往往容易發(fā)生橡皮管彈傷人，所以應(yīng)將水力沖泥機(jī)固 定。（4）水力吸泥機(jī)的應(yīng)用水力吸泥機(jī)的作用是將沉井內(nèi)所沖成的泥漿排到井 外，使沉井下沉。水力吸泥機(jī)由噴嘴、混合管、喉管及 擴(kuò)散管等組成。這些部件對水力吸泥機(jī)的工作效率影響 很大。施工經(jīng)驗(yàn)證明，工作水流和吸入泥漿水流，僅在混 合管至喉管這段范圍（混合室）內(nèi)混合，在擴(kuò)散管內(nèi)工作水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)槟酀{水流的位能，

13、這樣才能將泥漿排到井外。水力吸泥機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：構(gòu)造簡單、木身沒有運(yùn)動(dòng)部件因而不易損壞，同時(shí)易于加工制 造、裝拆簡便。定型的150mm水力泥機(jī)的構(gòu)造如圖4所示。一般來說，在水力吸泥機(jī)的應(yīng)用方而，若每小時(shí)壓嘗躲労孵，機(jī)可吸出泥漿量約 為5l()m3,揚(yáng)泥高度354()m，噴射速度約為34m/s?；蛉氤隽粻澖歉邏核髁?，約 與吸入泥漿量相等；吸入的泥漿和高壓水混合以后所形成的稀釋泥漿，在管路內(nèi)的適當(dāng) 流速應(yīng)不超過23m/s。噴嘴處的高壓水流速一般應(yīng)控制在3040m/s。吸泥器配備數(shù)量視 沉井大小及土質(zhì)而定，一般為26套。水力機(jī)械沖土?xí)r不受水深限制，但其出土率則隨水壓、流量的增加而提高，必要時(shí) 應(yīng)向井內(nèi)

14、注水，以加高井內(nèi)水位。在淤泥或浮土中使用水力吸泥機(jī)時(shí)，應(yīng)保持沉井內(nèi)水位高出井外水位12m。3、水力機(jī)械化施工主耍方法定位點(diǎn)沉井下沉使用的水力機(jī)械，由水力沖泥機(jī) 和水力吸泥機(jī)，以及相應(yīng)的高壓供水管路和排 泥管路組成。沉井的每個(gè)井孔(格)最好使用 一套水力機(jī)械。水力機(jī)械在沉井內(nèi)除土?xí)r的操 作方法，主要有三個(gè)要點(diǎn)。作業(yè)過程如圖5所 zj j(1) 沖泥時(shí)，町先在水力吸泥機(jī)的吸泥龍頭下方(一般均選在鍋底屮央)，沖挖出一個(gè) 直徑約為2.02.5m的集泥坑。然后用水力沖泥 機(jī)開拓各個(gè)方向通向集泥坑的水溝24條，溝的縱向坡度35%。此后，即可向四周開挖鍋圖5井內(nèi)水力除土示意圖底，為了防止沉井突然下沉，引起很

15、大的偏差，以及減少井外土的免動(dòng)航等情況， 可在沉井四周刃腳旁保留寬().5l.()m的土堤。待鍋底開挖完畢后，再逐步均勻地沖挖土 堤，第一步先沖除四角處的土堤，第二步再?zèng)_除四周土堤，最后沖除定位點(diǎn)處土堤, 使沉井下沉。(2) 對于多孔(格)沉井的施工，亦可參照上述順序進(jìn)行開挖，各井孔z間，在沉 井偏斜不人時(shí)，應(yīng)力爭同時(shí)沖挖。如果沉井偏斜較大時(shí)，井孔之間的開挖情況應(yīng)根據(jù)偏 斜情況加以調(diào)整。(3) 對于離集泥坑較遠(yuǎn)的井孔(格)，當(dāng)沖沉井四角和井壁處土堤時(shí)，泥漿從 那里流到集泥坑有時(shí)是很困難的，為了不使集泥坑和集泥水溝之泥砂沉淀，經(jīng)常用一個(gè) 水力沖泥機(jī)反復(fù)沖刷和攪動(dòng)。一方血用它將沉井最遠(yuǎn)處的泥砂沖至

16、集泥坑；另一方面還 可以把集泥坑沖深，攪動(dòng)泥漿，并清除堵塞在吸泥龍頭網(wǎng)罩上的雜物。利用上述方法能夠提高水力吸泥機(jī)的排泥量，尤其是在沉井的下沉初期，泥漿中常 混雜著建筑垃圾，如石塊、碎木塊等，采用上述措施亦屬必要。根據(jù)工程中實(shí)測情況，當(dāng)水壓為1520kg/cm2 w，水力沖泥機(jī)的有效沖刷半徑約為 68m,在此范圍內(nèi)的泥漿一般均可流至集泥坑內(nèi)。水力吸泥機(jī)的吸泥龍頭的網(wǎng)罩應(yīng)低于泥漿而約5l()cm,這樣町吸入較多的泥漿。當(dāng)吸泥龍頭的網(wǎng)罩或吸泥管內(nèi)被雜物堵塞時(shí)，亦可用反沖法來清除吸泥管或吸泥龍 頭的堵塞物。其方法是關(guān)閉水力吸泥機(jī)的進(jìn)水閥門，這時(shí)排泥管內(nèi)的水體便倒流入井內(nèi)， 把吸泥龍頭及吸泥管中的朵物沖出來，有吋上述的方法尚需重復(fù)數(shù)次，始能將堵塞物清 除干凈。4、沉井封底不排水封底即在水下進(jìn)行封底。封底前，井內(nèi)水位不應(yīng)低于井外的地下水位。潛水 員應(yīng)潛入井內(nèi)水下，使用高壓水槍按設(shè)計(jì)要求將井底面整理成鍋形，并將井底浮泥清除 干凈，新老混凝土接觸面應(yīng)用水沖刷干凈。封底混凝土采用水下不分散混凝土，水泥用量宜為35040()kg/m3,砂率為4550%, 宜采用屮、粗砂，水灰比不宜人于().6(),