简析水力冲吸法在较大沉井施工中的运用问题

时间：2024-05-19

赵炳敏

(邓州市张岗水库管理所，河南邓州 474150)

以笔者接手的某个工程为例，这个工程是某市污水处理的重点工程，它位于某乡的西南侧，周边地下水位比较高，东侧有一个造纸厂，施工降水难度比较大而且成本较高。造纸厂的污水是通过厂外的联络井，经过地下两米的管道流入了厂内污水池，沉井内径面积为25m×18m，下沉深度为8.04m，结构高度是15.6m。从性质上来看，它下沉的土层为细砂层和粘土层，所以需要使用水力机械不排水法沉降，这种方法操作比较简单、使用机械设备的数量较少，加快了施工进程，且保护了施工人员的人身安全。

1 水力冲吸法的施工流程

在设计沉井的井壁时，需要分成两次制作，其中一次是设计下沉。笔者根据经验，将施工流程总结归纳如下：首先需要挖基坑；然后再铺设砂垫层；再安装垫架；再制作底节、第二节沉井、隔墙。这些工序完成后，就可以开始拆除垫架和模板了；然后建筑循环储泥池；开始使用高压水泵冲吸泥浆，促使其排水下沉；使用高压水泵冲吸泥浆，促使其不排水下沉；沉井封底、浇筑钢筋砼底板；最后再制作第三节沉井梁板。

2 选择沉井下沉方案

一般情况下，沉井下沉存在两种方案，其一是沉井下沉有排水，其二是沉井下沉不排水。根据笔者的经验来看，前者比较适用于渗水量不大，稳定性较强的粘性土，或者是渗水量较大的砂砾层，无论是哪种情况，都适用于排水情况较好的时期。后者比较适用处于流砂地层和渗水量大的砂砾层，加上无法排除地下水或者会影响附近建筑物使用安全的大量排水情况。所以本文论述的工程场地，其土层从上到下依次是杂填土、粉质粘土、粉质黏土层(夹细砂)、细砂层。并且这个工程的地下水位在水平面以下三米处，粉质黏土层(夹细砂)也正好处于这个位置，所以容易产生流砂现象，周边地面普遍出现下沉现象，影响了周围建筑物的安全使用，所以当时就使用了不排水下沉方案。

3 沉井下沉

3.1 准备工作

(1)运用水力机械来吸泥下沉时，会碰到大量泥浆，这个泥浆必须立即处理，不然就会影响施工质量。所以，当时在沉井南边设立了一座1250立方米的大型泥浆池，沉井下沉施工开始之后，产生的泥浆通过了排水系统排放到泥浆池内进行沉淀。沉淀之后产生的水开始循环利用，沉在池底的泥浆，可以使用渣土运输车运送到弃土场。

(2)按照施工组织设计的相关规定，进行水力机械设施安装，正常情况下，水力机械包括了调节水箱、水枪、低压取水泵、高压水泵、泥浆泵、水枪操作平台、井上和井下的高压进水管道、低压排泥浆管路等。水力机械的相关设备安装完毕后，就可以开始进行负荷试运转，这主要是为了保证设备可以按照组织设计要求，正常运转。水力吸泥机和水枪都应当经过水压检测，检测出的压力值应当是正常工作压力值的1.5倍。

(3)安装沉井的施工人员，在上下行走扶梯时，需要根据仓内的实际情况来放置简易扶梯，在沉井下沉的过程中，应当根据下沉的深度逐渐割除外井壁环梯踏步。

(4)在处于下沉状态之前，需要在镜内外搭建平台和扶梯，井上需要设置照明栏杆等辅助设施。在沉井四周外井壁周围设置多个下沉高程控制点，这主要是用作观测沉井下沉的喷制水准尺尺花和标高。

(5)为了减小施工过程中沉井与土层之间的摩擦力，保障沉井能够顺利下沉，应当在井外侧周围涂上沥青。

3.2 沉井初沉阶段

在沉井下沉过程中，下沉深度在0—4米之间属于初沉阶段，如果在下沉过程中使用排水法下沉，就需要使用四只高压水枪，分别对准沉井井格中心位置，需要冲出直径为2000—2500毫米的集泥坑。每个泥坑的深度为0.5米左右，然后用水枪在每个方位进行连续冲土，泥坑的形状保持漏斗状，这主要是为了保证泥浆水不会蔓延到吸泥排水系统之外的泥浆池中。随着高压水枪的持续使用，集泥坑的面积也在不断扩大，沉井开始慢慢下沉，沉井的初沉阶段，可以允许有偏差，但是偏差角度不应当过大，这主要是为了防止在后续的下沉阶段碰上突发事件。

3.3 沉井不排水阶段

当沉井的下沉深度接近了地下水位的标高时，应当立即停止排水下沉作业，转而使用水力吸泥法不排水下沉，潜水员需要同步下沉。用两台Q=155m3/h这种流量规格的离心泵，对沉井内部开始注水，直到注水高度达到1米为止。保证沉井内部压力比外部压力大，这主要是为了防止沉井在下沉过程中因井外压力过大，导致大量井外泥浆土流入沉井内，最后导致沉井外侧地面下陷。

水利排土沉井下沉的施工步骤可以按照从中间到两边的顺序开展，分层对称破土、从高到低的原则来开展。在泥浆泵吸水头端口的地方，应当先冲出集泥坑，一般情况下，泥坑的深度应当保持在0.5米左右，然后使用高压水枪在周围冲出多个漏斗状的土坑，促使泥浆水不断的汇集到集泥坑的吸排井周围。沉井外侧的脚边应当保留1米宽左右的土堤，这样是为了防止沉井在下沉过程中，外刃脚处挤土下沉，这样是为了减少对井周围土体的扰动程度。只有当沉井中部的土体全部冲除掉之后，沉井依然不下沉或者是沉井处于纠偏时，绝不能使用水枪清洁外刃脚踏面的土体。在施工过程中，应当使用高压水枪来将泥浆冲到井底，然后再使用吸泥机吸出泥浆和渗漏进来的水。

当水力机械系统处于正常工作状态时，各个部分的水量应当符合相关平衡条件，笔者根据经验将常用的平衡条件总结归纳如下：

Q泵=Q吸机+Q冲

Q泥=Q冲+Q渗+Q土

Q总=Q泥+Q吸机

在上述公式中：Q泵——水泵的出水量，单位为m3/h

Q冲——水力冲泥机的耗水量，单位为m3/h

Q泥——水力吸泥机吸收泥浆的总量，单位为m3/h

Q吸机——水力吸泥机的耗水量，单位为m3/h

Q土——沉井内部排出土的总量，单位为m3/h

Q总——水力吸泥机的总排水量，单位为m3/h

Q渗——渗入沉井内的水量，单位为m3/h

当沉井的倾斜角比较小时，每个井格中的土面高差不能超过一米，这主要是为了让沉井保持均匀垂直的下沉状态。沉井井格中间部分进行钻底的深度应当控制在两米之内。泥浆泵的吸水头应当用绳子吊空，这主要是为了避免吸水头埋在浮泥之中，出现泥沙堵住吸水头的问题。在沉井的设计标高达即将到时，应当更加严格地控制沉井下沉的速度，为了防止出现超沉现象，与此同时，还需要调节纠偏，保证沉井的设计标高和实际标高相吻合。随着沉井下潜的潜水员需要下沉到井底排摸井刃脚底部土层，专门清洗刃脚冲洗不到的地方，保障刃脚底部处于同一水平面。