沉井水力冲吸排水下沉施工技术
摘要：浙江大唐乌沙山发电厂循环水泵房沉井采用水力冲吸排水下沉施工，介绍水力冲吸排水下沉施工工艺、技术要求，论述了施工中的重点及施工过程中的注意事项。
关键词：沉井水力冲吸排水下沉施工
一、工程及地质概况
浙江大唐乌沙山发电厂循环水泵房设计为沉井结构，尺寸为49.55m（长）×31.1m（宽）×20.85（高），并列两座，净间距为12.4m，每个沉井底部设纵横底梁，分成20仓，基础为Φ800mm钢筋砼灌注桩，已提前施工完成。
两座沉井同时制作延时下沉，总下沉深度为17.5m，单井出土量约 6.5万m3（折合泥浆量约为40万m3）。
沉井下沉所穿越土层主要为淤泥质土，该层厚度达17.0m左右，具有含水量高，压缩变形大，强度低等不良工程地质性质，地基承载力特征值50kpa，淤泥质土层以下部分为含粘性土圆粒层。
二、下沉方案的选定理由
本工程下沉原设计是采取水力机械不排水工艺，采用该工艺的不利因素是工期长、水下作业安全系数低、工人水下劳动强度大和纠正井位困难等。
下沉采用水力机械冲吸进行排水方法下沉的不利因素是井体周边淤泥质土体易发生土涌、两井相互影响大和封底防水等。
但其施工进度快和安全系数较水下施工高，因此根据沉井所处地质条件及水文条件，可相应采取技术措施解决问题，根据施工经验，采取深层水泥搅拌桩和劈裂注浆可以对土体进行加固得以解决。
同时为保证沉井下沉的施工安全及砼封底质量，在沉井四周设置了9个降压井，主要用于降低地下孔隙承压水水位，防止封底时井下土体发生水涌，保证施工安全和砼封底施工质量。
因此采取水力机械冲吸进行排水方法是可行的。
三、水力冲吸排水下沉工艺原理
本沉井水力冲吸排水下沉工艺系使用高压水(水泵出口压力宜大于1.2MPa)通过水枪将土体破碎并与水枪的出水混和成一定浓度的泥浆，然后由水力吸泥机或泥浆泵经由输泥管路排出沉井，实现取土下沉的目的。
水力排水沉井施工流程见下图1所示。
图1水力冲吸排水下沉工艺流程图
四、下沉施工主要设备及其布置
根据要工程规模特点，本沉井下沉主要机械设备如下表1所示。
沉井高度20.85m，考虑机械效能问题，井内泥浆排放需要采用2台15m扬程泥浆泵进行二次接力，冲吸下沉设备及管路如下图2示。
表1 水力机械下沉机械设备表
图2 冲吸下沉设备及管路图
五、下沉施工过程简介
本沉井从下沉开始到下沉结束，基本分为初沉、正常下沉、终沉三个阶段： 5.1初沉阶段
本沉井初沉阶段为沉井进尺在5.0m 以内施工过程，初沉阶段主要调整沉井结构预制时产生的偏沉，注意控制取土速度。
初沉时井的下沉系数大、重心高、稳定性差，因此取土一定要均匀、对称。
取土时，先冲吸中部土，后冲吸周边土，井内要将土体冲吸成深0.5～1.0m 的浅锅底，然后再冲吸周围的土体，刃脚下的土塞始终高于中间的土面。
在该阶段控制点的高差容易偏大，必须要重视纠偏工作，纠偏的标准±300mm 。
但当高差值大于150mm 时，就应及时纠偏，对高处多冲吸土，对低处少冲吸土，调整井内刃脚踏面的土反力分布状况，使沉井改变倾斜状态，逐步过渡到垂直方向。
初沉阶段测量要求每隔2小时测一次，平面位移每24小时测一次，当测量报单反映沉井偏差超限时，应及时向挖土人员发出指令，调整冲吸土部位。
但要控制好井内的冲吸土深度，一般冲吸土底面高差不宜大于50cm ，当测量报单四角高差较好时，则对称取土继续保持正常状态下沉，但要限制挖土锅底的深度不宜超过1.0m ，以防沉井发生突沉事故，应做到勤取、勤测、勤纠、取土均匀，控制好高差，确保沉井在初沉阶段能够进入正确的平面位置。
5.2正常下沉阶段
在初沉阶段末期，沉井的技术指标良好，便可进入正常下沉阶段。
此时适当增加沉井锅底深度，加快冲吸土的深度和数量，减少土反力来降低下沉的阻力，提高施工进度。
初沉阶段末期，由于沉井下沉已形成一定的土塞，侧向阻力较大，纠偏因难，所以四角控制点
大海
1#沉井
2#沉井蓄水池注:
1、48扬程高压取水泵布置在蓄水池边，共24台，为两个井共用。
2、每个井布设12台泥浆泵，其中井底吸泥用6台，平台接力用6台，两井共24台。
3、每个井高压水枪12套，两井共计24套。
4、接力用平台标高为-6，与临时封堵墙型钢焊接。
5、取水管及排泥浆管路在沉井顶部敷设。
排泥浆用临时栈桥
蓄水池
接力平台
的高差大于100mm，即要求纠偏。
纠偏时井内挖土高差小于1m为宜，不得过大。
刃脚下的土塞一定要控制好，特别是外侧井壁刃脚下土塞必须控制好，该土体被破坏极易产生涌土，所以挖靠井壁时，锅底位置应控制好，稳定好井壁外圈的土体，同时对井壁外圈流失的土体应及时回填好。
做好沉井下沉中的记录工作，画出下沉速率图，并整理好与沉井下沉相对的关系图，为终沉阶段的施工提供可靠数据依据。
5.3终沉阶段
沉井下沉离设计标高2m左右时就进入到终沉阶段，这时要严格控制井内土体高差。
以防止井内土过多挖除，导致井的突沉和超沉，造成灌注桩基的偏位。
冲吸土锅底形状由“凹”面逐步过度到“凸”形反锅底，并且适当放慢冲吸土速度和数量，严格按照均匀对称的原则布置挖土范围，基本以纠偏为主。
测标下沉趋势和自沉惯量，测量2小时一次，高差控制100mm，随着沉井继续下沉，可采用大石块抛填刃脚下,并逐渐形成挤土下沉。
待沉井离设计标高50cm时需停止冲吸并观察6小时，一般以每小时1cm左右的速度将沉井慢慢进入设计标高，确保沉井平稳。
沉井进入设计标高后需继续观察，待沉井全部稳定,以8小时内沉井下沉不大于10mm，即可进行沉井封底。
六、下沉施工操作要点
6.1水力机械设施安装好后应进行负荷试运转，要保证设备正常运转，吸泥泵及水枪均应经过水压检验，检验压力为工作压力的1.5倍。
6.2为保证水力破土效果和吸泥泵的正常工作，及时将井底杂物垃圾清除干净。
6.3水力冲吸排水下沉施工应按“先中后边、分层对称破土、先高后低、及时纠偏”的原则进行操作。
6.4沉井刃脚边一般应保留lm宽左右的土堤，使沉井刃脚处挤土下沉，以减少对井周土体的扰动程度。
只有当沉井中部土体全部冲除而还不下沉时或纠偏时才可适当冲除刃脚处土体，但仍严禁用水枪掏刷刃脚踏面外侧土体。
6.5在施工过程中应及时做好各项施工监控工作，特别要注意在沉井下沉影响范围内的地面构筑物和地下管线的沉降观测和现场监护工作。
七、安全操作要点
7.1在下沉施工开始前应对各项机电设施进行全面安全检查。
7.2沉井内应设置工人操作平台，其构造应考虑当沉井突沉时操作平台防止被涌土盖没。
7.3沉井内各种设施均应架设牢固，井顶四周及大型孔洞均应设有防护栏杆，人员上下用爬梯应装设防护圈。
7.4在进行水枪冲土操作时严禁用水枪冲击井壁，栏杆、操作平台等，以防高压水反射伤人。
八、综合评价
通过宁波乌沙山电厂沉井施工实践证明，水力冲吸排水下沉在软土地层中是可行的沉井施工工艺。
通过水力机械设施，将沉井内土体由高压水破碎混合成泥浆后吸排出沉井，从而使沉井逐步下沉到位。
该工艺进度快、污染可控制，具有技术成熟、经济合理、操作简便，劳动强度低、施工安全可靠、下沉质量容易控制等优点。
省去大型挖土和起吊设施，节省设备使用费，降低工程成本。
本工艺可广泛适用于淤泥、淤泥质粘土、粘土、粉质粘土、粘质粉土、砂质粉土、粉砂、细砂等地层的沉井工程。