广东某污水泵站沉井设计

广东某污水泵站沉井设计广州市市政工程设计研究院张吉波510000摘要:随着我国的社会经济发展,人口的增长,越来越多的污水收集、处理设施正在兴建。由于城市用地的紧缺,某些污水泵站的建造只能采用少占地,对交通影响小的施工工艺—沉井。本文对泵站沉井设计作了简要介绍,在含水丰富的粗砂土层沉井周围使用了水泥搅拌桩止水,取得了不错的工程效果。关键词:沉井;泵站;水泥搅拌桩Abstract: Along with our country's social and economic developmentpopulation growth, sewage collection, treatment facilities, more and more isbeing built. Because the city land shortage, some sewage pumping station canonly be built using less land, construction technology of small impact on trafficOpen caisson This paper gives a brief introduction to the pumping stationcaisson design, in the surrounding water rich sand soil using cement mixingpile sinking, and achieved good effect of engineeringKey words: open caisson; pumping station; cement mixing pile中图分类号:m99.25文献标识码:文章编号沉井是修筑深基础和地下构筑物的一种施工工艺。施工时先在地面或基坑内制作开口的钢筋混凝土井身,待其达到规定强度后,在井身内部分层挖土运出,随着挖土和土面的降低,沉井井身藉其自重或在其他措施协助下克服与土壁间的摩阻力和刃脚反力,不断下沉,直至设计标高就位,然后进行封底。沉井施工工艺的优点是:可在场地狭窄情况下施工较深(可达50余米)的地下工程,且对周围环境影响较小;可在地质、水文条件复杂地区施工;施工不需复杂的机具设备;与大开挖相比,可减少挖、运和回填的土方量。其缺点是施工工序较多;技术要求高、质量控制难。在给排水工程中,沉井被广泛的运用在埋深较大的取水泵站和排水泵站中。1、工程概况该工程为污水整治工程配套提升泵站,根据使用要求,沉井被分为两大格,因为跨度较大,在中间设置钢管对撑。下沉到位后再进行次混凝土浇注。沉井顶面高出地面0.3m。最高地下水位使用阶段位于地面下2.50m,施工阶段位于地面下1.00m。沉井制作高度6.05m+2.8m,采用两次制作,一次下沉。第一节的制作高度为6.05m。本工程上部结构釆用现浇钢筋混凝土框架结构。2、地质情况地质条件如表1-1所示,地下水位较高,并且沉井主要位于中粗砂层,施工采用不排水法一次下沉。土层示意图4.500杂填士中租秒地下水表1(根据地勘资料)土层标高(相对标高)土层土层厚度0.00-1.50杂填土1.50-11.80中粗砂10.30m11.80-16.90粉质粘土5.10m表2重度精聚力内摩擦角单位摩阻载力综RKN/m3 kPa度kPakPa杂填土中粗砂182020240粉质粘土202724252503、计算过程沉井计算简图如上图所示,沉井施工顺序为:先开挖基坑至4.5m(绝对标高)处,再开始制作沉井,沉井分两次制作,制作完毕再一次下沉至设计-5.55m绝对标高处。(1)使用阶段抗浮验算沉井自重:G1=14573kN①施工阶段地下水位取1m(绝对高程),水浮托力标准值:Fwk=9120kN,沉井抗浮系数:k=Gu/Fmk=14573/9120=1.6>1.0②使用阶段地下水位取3.5m(绝对高程),水浮托力标准值FA=12601kN,沉井抗浮系数:k=G/Fm=14573/12601=1.16〉1.0(2)下沉验算①多层土的加权平均单位摩阻力标准值沉井从中砂层开始下沉:f=20kPa②沉井外壁为阶梯式,根据沉井规程,取台阶以上摩阻力为0.5f,井壁摩阻力标准值为:Fn=6338kN③下沉过程中水对沉井的浮力标准值施工中,内外水差为0,F=3633kN④沉井下沉系数计算k,=ou-h=096<105,不满足要求。考虑加载650kN,此时下沉系数为kGki-Ffv-k=1.06>1.05,满足要求。(3)下沉前井壁竖向弯曲计算(采用每边2个支点)支座弯矩:M=274kN·m;跨中弯矩:M4=1220kN*mL。=10.75/8.85<2,按照深梁进行设计,构造配筋即可。(4)刃脚计算沉井在施工中,刃脚受水压力、土压力、自重、侧摩阻力、刃脚下土反力等外力作用,可能产生向内或向外挠曲弯矩。一般情况下,当沉井刚下沉时,刃脚向外挠曲弯矩为最大,而当沉井沉至设计标高时,刃脚可能产生最大向内挠曲弯矩。沿井周边取1m宽计算,刃脚产生最大向内挠曲弯矩为28.7kN·皿。根据现行《混凝土结构设计规范(GB50010-2010)》进行配筋计算,选用φ25@200(As=2534m2)。(5)井壁计算当沉井下沉至设计标高,且刃脚下土已掏空时,作用于井壁上的水平内力为最大,按照前述刃脚向内挠曲计算方式计算井壁上水、土压力,将沉井井壁视为水平框架,计算井壁各分段的内力及水平钢筋。以刃脚顶面以上1.5t=1.5*600=900的井壁进行内力计算。井壁所受荷载为:P1’=PA’=55.2kN,刃脚所受的水平荷载:P=49.3M因af>1.0,水平框架的水平荷载不作修正。井壁所受的总荷载为P1=P1’+P=104.5kN计算得:支座弯矩:M=509.6kN·m,跨中弯矩:Mm=254.8kN·m;根据现行《混凝土结构设汁规范(GB50010-2010)》进行配筋计算,选用φ25@100(6)施工完使用阶段结构内力分析:沉井使用阶段内力分析及其相应配筋由其使用功能的不同而不同,本工程沉井用作污水提升泵房地下结构,使用时井内充水,故刃脚、井壁及底板受力均比施工时有利,需验算上部结构施工完后的地基承载力,经验算地基承载力满足设计要求。4、本工程遇到的问题本工程所在位置一边是河(沉井边离河道挡墙内边线10m),另外边是城市道路(沉井边离道路另一侧的房屋约15~20m,房屋为67层钢筋混凝土结构)。沉井主要位于中粗砂层,下沉过程中有可能导致流砂损坏道路,并且引起道路另一侧的房屋产生裂缝或者塌陷,因此必须采取措施保证下沉过程中地下土层不发生流沙等引起地面塌陷的事故。在沉井四周2ˆ3m处布置水泥搅拌桩。水泥搅拌桩止水帷幕桩径50om,桩与桩密扣连接,桩中心间距350m,水泥掺入量不少于60kg/m,并掺入促进剂。水泥标号为42.5普通硅酸盐水泥。28天水泥土单轴无侧限抗压强度设计值为1.OPa。根据地勘资料,桩穿越中粗砂层后,入粉质粘土lm。水泥搅拌桩在现地面施工,待水泥土达到设计强度后,方能对沉井进行下沉工作5、总结在本工程中,由于地理环境和泵站所在场地的限制,选择沉井作为地下工程的结构型式,不仅避免了大开挖、基坑支护等繁琐的施工工序,而且保证了周边道路、房屋、河道的安全,节约了施工时间。由于施工了水泥搅拌桩止水帷幕,在施工阶段及施工完后投入使用一年多,道路路面和道路旁房屋没有发现明显裂缝。因此在含水丰富的粗砂土层施工沉井时,可以先施工水泥搅拌桩止水帷幕,防止井内外水位有差异导致流砂有很好的效果。参考文献[]给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程(CECS137:2002),北京:中国建筑工业出版社,2002[2]葛春晖,钢筋混凝土沉井结构设计施工手册,中国建筑工业出版社,20043]李晓春,沉井结构在泵站设计中的应用,科技资讯,2010,03