雨水泵站沉井施工工艺优化

郭晏华

河北科技学院

摘  要以新建张唐铁路团瓢庄站至唐遵铁路遵化南站联络线工程（简称“团遵联络线工程”）GTZK55+008处右侧雨水泵站为例，本文比较了传统开挖支护与沉井方案的差异，并确定该处雨水泵站采用沉井方案更为适合。结合工程施工现状，本文对传统方法进行了优化，介绍了优化后沉井施工的方法和工艺。这一成功实例将为今后类似工程提供参考。

Abstract

Taking the right rainwater pumping station at GTZK55+008 of the new Zhangtang Railway Tuanhouzhuang Station to Tangzun Railway Zunhua South Station Liaison Line Project (referred to as "Tuanzun Liaison Line Project") as an example, this paper compares the difference between the traditional excavation and support and the sunken well program, and determines that it is more suitable to adopt the sunken well program for the rainwater pumping station. Combined with the current situation of engineering construction, this paper optimizes the traditional method and introduces the method and process of sinkhole construction after optimization. This successful example will provide a reference for similar projects in the future.

Key words: Sinking well; Rainwater pump station

 

第一章  引言

1.1研究背景及意义

在工程项目施工过程中，常遇到一些半地下建（构）筑物，如雨水泵站等；泵房泵井在地下部分较深，如采用传统开挖法，易使边坡塌陷，对基坑进行支护，又需考虑经济效益及施工工期要求。采用沉井法，可不需要特殊设备，避免了大量的土方开挖和支护工程，施工方法简便，施工场地占用小，适用土质范围广。对周围环境影响小。结合当前工程施工现状，在满足原设计要求及雨水泵站的功能要求的同时，优化沉井施工工艺，有效的降低了项目成本，加快了施工进度。

1.2工程概况

本工程位于河北省唐山市，泵站建于GTZK55+008处右侧，泵站沉井为钢筋混凝土圆形构筑物，内壁半径2m，外壁半径2.4m，壁厚0.4m，井筒内面积约16.61m2，井内挖方约207m3。刃脚至地面高度为12.45m。沉井底部构造要求250mm厚的C15素混凝土垫层，沉井深度较深，采用分两节预制，一次下沉的方法施工，第一次预制高度为5m，第二次预制为7.65m沉井下沉采用干取土法，利用自重下沉。

1.3地质水文条件

本工点位于冲洪积平原地带，地形平坦。土壤最大冻结深度：1.17m，排水管内底埋深不小于1.02m，地震动峰值加速度：0.10g，地震基本烈度为Ⅶ度。水文地质勘察期间地下水埋深3.7~12.5m，本工点段地下水在化学环境下具硫酸盐侵蚀性，环境作用等级为H1，在盐类结晶环境作用下具有侵蚀性环境作用等级Y1。

表 1地层特征

地层编号	底层深度(m)	底层高程	层厚（m）	地层名称及其特征
②20	1.50	41.48	1.50	粉质黏土：黄褐色，硬塑含铁锰质氧化物及云母，0.0~0.3m为杂色质填土，含碎石子。
②11	3.00	39.98	1.50	黏土：黄褐色，硬塑，含铁锰质氧化物。
②21	10.90	32.08	7.90	粉质黏土：黄褐色，硬塑，5.6m以下软塑，含铁锰质氧化物。
②101	12.00	30.98	1.10	细圆砾土：黄褐色。稍密，饱和，卵砾石成分以灰岩为主，含云母，一般粒径2~10mm，最大45mm，含少量泥质。
②83	16.50	26.48	4.50	砾砂：褐黄色，密实，饱和，主要成分以长石石英为主，含云母，砾石含量30%，一般粒径2~10mm最大45mm含少量泥质。
③102	22.00	20.98	5.50	细圆砾土：黄褐色，中密，饱和，卵砾石成分以灰岩为主，含云母，一般粒径2~15mm，最大50mm，含少量泥质。
③83	24.00	18.98	2.00	砾砂：褐黄色，密实，饱和，主要成分以长石石英为主，含云母，砾石含量30%，一般粒径5~15mm，最大60mm，含少量泥质。
③102	25.00	17.98	1.00	细圆砾土：褐黄色，中密，饱和，卵砾石成分以灰岩为主，含云母，一般粒径5~15mm，最大60mm，含少量泥质。

第二章  方案选择

3.1常见方案对比

常见方案主要有传统基坑开挖法及沉井法，采用传统基坑开挖法，本工程存在以下困难：

（1）埋深大，开挖基坑需对基坑进行支护；

（2）左侧为既有铁路，工作面较小，受到限制；

根据地质水文资料及现场情况调查，项目部采用沉井法进行施工。沉井法是指，在井筒设计位置，绑扎钢筋并支模浇筑混凝土，形成沉井，待混凝土达到强度后，开始挖土，使其依靠自身重力均匀沉入土中，达到设计标高后，进行封闭。本工程采用沉井法有如下优点及缺点：

优点：

（1）雨水泵站左侧为既有铁路，对周边范围影响小；

（2）无需开挖大量土方，施工周期短；

（3）无需对基坑进行支护，节约施工成本。

缺点：

（1）需使用抓斗式挖掘机，增加额外机械进出场费用；

（2）对地下管线影响大，需要提前探明管线走向并进行保护；

（3）沉井施工法需要保证井筒的垂直度和水平度，精度要求较高。

3.2方案选择及优化

综上所述，沉井法具有施工周期短、施工成本低、适用性广、施工过程简单等优点，但也存在施工精度要求高、对地下管线影响大、施工过程中存在安全隐患等缺点。针对以上优点及缺点，并结合设计资料及工程现场实际情况，对沉井法进行优化，使其更适合本次施工。优化方案如下：

（1）通过人工操作替代抓斗式挖掘机进行开挖，并在完成后将物料放入吊篮，随后由吊车进行吊运。这种做法可以有效减少额外的机械进场需求，从而降低施工成本。

（2）人工挖土，在挖掘作业中，人工操作相对较慢，但其挖掘过程具有较高的均匀性，从而确保了作业的精确度。根据最近的地质勘探资料，该作业地点地质状况稳定，地下水位较低。因此，在施工前，我们可以利用挖掘机在指定位置挖掘一个3米深的基坑，并采用放坡防护措施以降低3米的下沉深度。这一基坑不仅可用于其他配套设施的施工，从而减少开挖次数并提高整体施工进度。

（3）经过检测，沉井所挖出的土方符合路基填筑的标准，可以倒运至改唐遵线路基填筑区域进行填筑施工。

（4）在施工过程结束之后，需要回填基坑，此时可使用涵洞基坑开挖土方进行回填。

第三章  施工步骤

4.1开挖基坑

（1）根据施工雨水泵站图纸及现场实际情况，确定开挖位置和尺寸。

（2）根据方案要求，采取机械或人工开挖方式进行土方开挖作业。在此过程中，我们需确保基坑边坡的稳定性，以防止坍塌事故的发生。

（3）根据项目其他工点的需求，挖出的土方需要进行相应的处理，如将其倒运至路基填筑工点或指定场地。

4.2第一节沉井制作

沉井工程进入了实施性的阶段。该阶段的主要工作内容可概括为以下几方面：

（1）对开挖的沉井基坑测量定位和抄平，完成沉井刃脚的砂垫层和支垫架工作。

（2）第一节沉井的钢筋绑扎和支模，其中穿插进行安装预埋预留的配合工作。

（3）第一节沉井的混凝土浇捣、拆模与养护。

4.3第二节沉井制作与下沉阶段

主要施工内容有：

（1）根据设计和规范的有关要求，完成上下节沉井之间的施工缝处理工作。

（2）第二节沉井的钢筋绑扎和支模，其中穿插进行安装预埋预留的配合工作。

（3）第二节沉井的混凝土浇捣、拆模与养护，同时完成沉井下沉的有关准备工作。

（4）沉井下沉，逐步下沉至设计要求的底标高，其中包括井筒内的挖土、明排水及井筒外的深井降水。

（5）沉井过程中的测量复核和纠偏措施，包括对周边环境的监测与监控措施。

（6）沉井的稳定监测，同时完成沉井封底的有关准备工作。

表 2预埋件数量及用途

编号	单位	数量	用途
M1	个	8	固定钢梯1和钢梯2及水泵滑道
M2	个	4	固定扬水管管支架及钢梯2
M3	个	4	安装中间平台上栏杆
M4	个	26	安装机械格栅
M5	个	2	安装活动格栅平台，预埋于平台内
M6	个	2	安装活动格栅平台，预埋于井壁内
M7	个	4	安装活动格栅滑道
M8	个	2	安装箱型钢梁
M9	个	4	安装人孔盖板与活动格栅盖板

4.4沉井封底与收尾阶段

沉井下沉至设计的底标高后，必须进行观测检查，其稳定性被确认满足设计与规范后，见下表。方可进行封底和后续工序的施工。该阶段的施工内容主要有：

（1）沉井底部的整平与垫层施工，同时完成井壁的清理与施工缝的处理工作。

（2）底板钢筋绑扎和底板混凝土浇捣、养护。

（3）测量弹线，落实井筒内的墙、柱、板等结构施工的准备工作。

（4）完成井筒内的结构施工，为机电安装作业创造条件。

（5）沉井工程的质量检查与验收。

表 3沉井终沉后允许偏差

序号	检查项目		允许偏差或允许值	检查数量		检查方法
				范围	点数
1	刃脚平均标高（mm）		±100	每个	每个	全站仪
2	刃脚中心线位移（mm）	H3≥10m	＜1%H3	每边	每边	全站仪
		H3＜10m	100	每边	每边	全站仪
3	四角中任何两角高差（mm）	H2≥10m	＜1%L2,且≤300	每角	每角	全站仪
		H2＜10m	100	每角	每角	全站仪

注：L2为矩形沉井两角的距离，圆形沉井为互相垂直的两条直径（mm）；H3为下沉总深度（mm）。

4.5回填夯实

根据现场施工的实际情况，涵洞与雨水泵站将同步进行施工。经过检测，涵洞开挖的基坑中所挖出的土方，其土质良好，能够满足回填的要求，因此可以将其倒运至此并进行回填。

在实施回填夯实操作之前，首要步骤是清理坑内的一切杂物，并确保土壤表面保持平整。完成回填后，需利用夯实机进行夯实，在此过程中，操作夯实设备时必须规范操作流程，夯实过程应均匀且有序，以防止出现夯实效果不均的情况。在操作过程中，必须参照操作手册进行，以确保夯实效果达到预期。另外，安全问题是不能忽视的，操作过程中要避免因夯实设备造成人员伤害。

结束语

经过优化的沉井法相较于传统的开挖及沉井法，具有更好的施工条件，更安全、更经济，且开挖方量更小。此外，该方法无需进行专门的基坑围护，对雨水泵站旁的既有铁路影响也较小。结合工程现状，对施工工艺进行优化后，经过实际施工验证，取得了良好的效果。因此，对于类似的工程，该方法具有普遍的借鉴意义。不过，在选择该方法施工前，需要综合考虑工程地质水文情况、环境条件、造价、工期等多方面因素。

参考文献

[1]申翔,岑畅明.洪吉泵站地下水池沉井法施工【J】.国外建材科技,2007,No.130(03):128-129.

[2]刘士敏.沉井在LNG取水泵房中的应用【J】.中国水运(下半月),2023,23(10):143-145.

[3]刘吉林.浅析沉井法在循环水泵房施工中的应用【J】.安徽建筑,2005,(06):29-31.