污水处理厂进水泵房沉井不排水下沉施工技术

污水处理厂进水泵房沉井不排水下沉施

工技术

摘要：在污水处理厂土建工程施工中，进水泵房多采用沉井方法施工。沉井不排水下沉施工技术主要用在土质差、地下水埋藏较浅、土质透水性强等情况下的大型沉井。通过商丘市第二污水处理厂一期土建工程进水泵房建设，介绍水力冲挖不排水下沉施工工艺。

关键词：进水泵房、沉井、不排水下沉、水力冲挖。

1引言

目前，我国很多城市污水处理厂进水泵房广泛采用沉井施工技术。传统的沉井排水下沉施工方法在土质差、地下水埋藏较浅、土质透水性强情况下的大型沉井，下沉过程中容易出现涌水、涌砂等风险，客观上增加了成本投入，需要通过不排水下沉施工方法，提高沉井施工的保证率。

2 工程概述

商丘市第二污水处理厂一期工程位于商丘市城乡一体化示范区内，一期工程建设规模10万m³/d。进水泵房为长27.2m，宽13.9m的矩形井，总高度17.2m，沉井部分高度为13.6m，地面后浇段3.6m。沉井部分刃脚厚度为0.9m；井壁厚度0.7m。混凝土为C30砼，抗渗标号为S8，抗冻标号F150。沉井下沉自上而下分别穿越①粉土、②粉质黏土、③粉质黏土、④细沙层。场区地下水位埋藏较浅，且④层细沙在②层、③层粉质黏土相对隔水作用下，具有一定承压性，沉井挖土时存在流砂、突涌风险。

3主要施工技术

沉井不排水下沉施工技术主要包括：沉井制作、冲挖设备安装、初始（无水）冲挖、水下冲挖下沉、沉井就位、清理混凝土接触面泥浆及铺设碎石垫层、水下

混凝土封底。以下结合工程实例予以说明。

3.1沉井制作

3.1.1砂垫层及混凝土垫层

本工程换填厚1m、宽3.2m的砂垫层，C20混凝土垫层厚25cm，宽1.5m。根

据文献[1]进行验算：

——砂层底部地基土的承载力设计值，根据地勘报告①粉土承载力为130（K）。

——砂垫层的厚度（m）。

——沉井井壁单位长度重量（KN/m）。

——砂的天然容重（KN/m³）；取15 KN/m³。

L——素混凝土的宽度（m）。

a——砂垫层的压力扩散角（°），取30°。

计算得：

P=130KPa≥+15×1=90.46 KPa，满足稳定性要求！

砂垫层换填分层摊铺碾压，分层厚度不大于30cm,采用20t压路机碾压。为

方便沉井下沉时混凝土垫层破除，混凝土垫层按每2m设置一条断缝。

3.1.2沉井制作

在混凝土垫层上立模浇筑沉井。沉井分三节浇筑，第一节浇筑高度3.3m；第

二节浇筑高度5m，；第三节浇筑高度5.3m。

3.2冲挖设备安装

在沉井旁设蓄水池及沉淀池，蓄水池安装4台15KW高效率三相异步电动机，DN55mm橡胶管连接水枪(喷嘴口径φ15mm)。井内安装两台22KW潜水泵用于吸泥。连接输水管路和泥浆输送管路，在沉井顶部搭设设备控制台。

图3.1设备安装平面布置图

3.3初始（无水）冲挖

高压水枪，在沉井中央冲出一个集水坑，将泥浆泵的吸泥管置于集水坑内。

按照“先中间，后四角，先锅底，后刃脚”的原则对称冲挖进行。以沉井中心点

为中心，形成中心大锅底的形状，再由中心梯度向四周扩展，锅底深度保持1m

左右，四周刃脚土埂保留80cm左右。沉井由于自重而下沉。整个沉井对称开挖，每2小时测量一次下沉量，控制沉井四个角高差不大于20cm。冲挖至沉井下沉

3.5m（地下水位标高），结束初始（无水）下沉施工，拆除泥浆泵、设备控制台。往井内注入清水至刃脚面上1m，保持沉井稳定。

图3.3-1初始（无水）冲挖示意图

3.4水下冲挖下沉

3.4.1水下冲挖装置设计

在两台25KW潜水泵两侧对称安装两支水枪喷头(喷嘴口径φ15mm)，并在顶部加装吊装连接件。

图3.4.1水下冲装置设计图

3.4.2水下冲挖设备安装

15KW高效率三相异步电动机，通过DN55mm橡胶管连接至水下冲挖装置的水枪喷头；排泥管与水下冲挖装置出水口连接。采用两台16t汽车吊分别将改装好

的冲挖装置放入沉井底部。沉淀池安装1台9.2KW的潜水泵，并将DN125水管接

至沉井顶部。

3.4.3水下冲挖下沉

利用高压水枪冲挖土体，25KW潜水泵抽排泥浆。通过16t汽车吊控制牵引绳

移动水下冲挖装置，遵照“先中间，后四角，先锅底，后刃脚”的原则，以整个

沉井的中心点为中心，形成中心大锅底的形状，由中心梯度向四周扩展，每个下

沉循环锅底深度保持1m左右，四周刃脚土埂保持40cm左右。整个冲挖过程利用

沉淀池安装的9.2KW的潜水泵往井内补水，保持井内水位高于地下水位1m以上。

图3.4.3水下冲挖下沉示意图

完成一次开挖后（每次开挖深度1m），关闭高压进水泵，停止补水。保持水

下冲挖装置抽排井内泥浆，降低井内水位，使沉井依靠自重下沉。降水时同步测

量沉井四角下沉情况，如沉井不均匀下沉，优先冲挖下沉较慢的角下原先保留的

土埂，然后冲挖两条边下土埂，控制沉井对边高差不大于20cm。一次下沉完成后

往井内注水，保持井内水位高于地下水位1m以上。如此重复冲挖使沉井持续下沉。

3.5沉井就位

沉井刃脚踏面距设计位置1m左右时（最后一次冲挖前）。根据沉井累计偏差，做一次调平冲挖，本次冲挖下沉控制在50cm左右。沉井调平后冲挖下沉至设计标高上3cm。往井内注水至地下水位，保持井内外水压平衡后进行8小时的连续观测，累计下沉量小于10mm，沉井就位稳定。

3.6清理混凝土接触面泥浆、铺设碎石垫层

安排潜水员下底摸排、冲洗与封底混凝土接触的刃脚面泥浆，在沉井底部铺设一层30cm厚的粒径为40～150mm粗碎石垫层。

3.7水下混凝土封底

本工程水下封底厚度为1.43m，根据文献[2]可得采用水下C30混凝土封底满足抗浮及强度要求。

制作两根水下混凝土浇注导管。每根导管由6根2m和1根1.5m的

Q235aDN300mm钢管制成，导管用法兰连接；料斗混凝土容量为4.8m³。采用两根32b工钢稳定料斗，导管口距碎石垫层30cm。按照隔墙和底梁位置将封底混凝土分成10个仓，整体从西侧依次往东侧逐仓浇注，第一仓和第二仓采用一根导管浇注，第二至第十仓采用两根导管同时浇注；混凝土面高于底板凹槽底10cm。水下混凝土养护14天后抽除井内水，凿除10cm混凝土浮浆，进行钢筋混凝土底板施工。