沉井下沉专项方案新.docx
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沉井下沉专项方案新
余家头水厂扩建取水工程
沉井下沉施工专项方案
余家头水厂扩建取水工程
项目经理部
二〇一三年九月
第一章工程概况
一、工程概况
本工程位于武青堤外长江边,现有余家头水厂取水泵房下游60m处,新建取水泵房采用圆形河床式干井泵房取水。
泵房内径为21.0m,外径为23.4m,±0.000(相当于高程29.97m)以上13.89m,±0.000以下25.8m。
泵房±0.000以下为钢筋砼结构,±0.000以上为框架结构。
取水泵房井筒采用沉井,筏板基础。
泵房沉井高30m分三次制作,二次下沉,即:
第一节沉井制作高度15.5m,下沉高度15m,第二节沉井制作高度8m,下沉高度8.5m,第三节井筒制作高度7m和上部结构一起浇筑。
二、工程地质
沉井范围的地质从上至下分布为:
(1)冲填土,土层厚1.0~4.6m,松散。
(2-1)淤泥质粉质粘土,土层厚4.4~11.4m,流塑。
(2-2)粉质粘土夹粉土、粉砂,土层厚1.3~6.9m,软塑。
(3-1)粉细砂夹粉质粘土、粉砂,土层厚1.0~7.3m,松散-稍密。
(3-2)粉细砂,土层厚1.2~6.0m,中密。
(3-3)粉细砂,土层厚3.5~7.2m,中密-密实。
三、水文情况
地下水位动态变化主要受长江水控制,并存在明显的季节性变化特征,随距离江边的距离增大而减小。
在长江丰水期,江水补给地下水,反之地下水补给江水。
在1~3月地下水位较低,枯水期(2月)地下水位高程一般为11.6~15.0m;7~9月份地下水位较高,丰水期(8月)地下水位一般为20.4~22.8m。
地下水的径流相应表现为每年丰水期地下水由长江向阶地内侧流动,反之地下水由阶地向长江流动,在长江平水期地下水的径流速度极为缓慢。
往年月平均长江水位情况见“表1.3-12002年~2012年月平均水位”。
表1.3-12002年~2012年月平均水位
月份
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
平均水位(m)
12.5
12.6
14.2
15.1
17.6
19.5
21.5
20.5
20.8
17.4
15.7
13.1
第二章编制说明
一、编制依据
(1)《余家头水厂扩建取水工程取水工程设计图》
(2)《地质勘查报告》
(3)《给水排水工程构筑物结构设计规范》
(4)《给水排水构筑物施工及验收规范》
(5)《给水排水管道工程施工及验收规范》
(6)《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》(建质﹝2009﹞87号)
第三章施工组织
一、下沉施工难点及合理化建议
1、工程难点
(1)沉井靠近江边且土层为砂性土,透水性大,沉井下半部下沉要采用带水下沉,施工难度大,速度慢。
(2)沉井长细比大,下沉过程中容易倾斜。
2、合理化建议
(1)调整第二节和第三节制作长度,第三节制作长度从10米改为8米,一次性浇筑到位,可以节约工期7天。
(2)沉井中横梁和第一节混凝土同时浇筑,增加沉井的稳定性。
二、施工总体部署
1、沉井施工方式及选择
根据工程地质范围类的地质情况,选取上部采用水力机械排水下沉施工工艺,下部采用水力机械不排水下沉施工工艺。
沉井四周布置1个大型渣池和清水池1个,泥浆在此沉淀。
沉井下沉计划24小时不间断连续作业,因此组织3个下沉班组轮班施工。
2、施工准备及现场总平面布置。
(1)施工人员准备
本工程劳动安排见下表(以下三班四六班翻班调换总人数)
泥枪施工人员:
21人(三班倒)
泥枪电规专职人员:
10人(12小时制两班倒)
井外普工及修理工:
5人
专职电工:
1人
潜水员:
8人(后期)
管理人员:
6人
总计:
51人
施工机械设备准备
主要施工机械设备、仪器投入计划表
序号
名称
单位
数量
1
3:
57高压清水泵
台
7
2
NL150-16泥浆泵
台
7
3
NL100-16泥浆泵
台
8
4
15KW电机
台
16
5
22KW电机
台
8
6
4寸潜水泵
台
6
7
0.5方空压机
台
1
8
配电箱
台
6
9
配电柜
台
3
10
75平方电缆线
米
100
11
25平方电缆线
米
100
12
10平方电缆线
米
400
13
6平方电缆线
米
700
14
6寸输泥管
米
500
15
4寸输泥管
米
500
16
2.5寸高压水管
米
500
17
6寸泵壳
只
10
18
4寸泵壳
只
20
19
6寸叶轮
只
30
20
4寸叶轮
只
30
21
6寸吸口
只
30
22
6寸主轴
根
20
23
4寸主轴
根
20
24
浮体
对
7
25
4寸胶管
米
200
26
6寸泵座
只
10
27
4寸泵座
只
10
28
6寸电机座
只
10
29
4寸电机座
只
15
30
6寸结合器
付
30
31
4寸结合器
付
30
32
6寸直接管
只
150
33
4寸直接管
只
150
34
6寸法兰接管
只
60
35
4寸法兰接管
只
40
36
2.5寸接扣
付
120
37
408轴承
箱
3
38
409轴承
箱
4
39
307轴承
箱
1
40
高压清水泵叶轮
只
10
41
高压清水泵主轴
只
10
42
高压清水泵轴套
只
25
43
六角垫块
只
50
44
6寸水封
只
500
45
4寸水封
只
300
46
6寸垫皮
张
100
47
4寸垫皮
张
150
48
雨衣
件
30
49
雨裤
条
30
50
16M*50螺丝
套
100
51
10*35螺丝
套
150
4、施工进度计划
沉井下沉计划总工期为55天。
各工序工期安排如下:
(1)下沉准备:
工期为3天(沉井施工时可同步施工泥浆池和清水池)
(2)第一次下沉:
工期17天
(3)第二次下沉:
工期35天
第四章施工工艺
一、下沉准备
1、施工测量
(1)沉井测量复核
根据甲方提供的坐标控制点与高层测量基准点,对制作完成的沉井进行尺外复核,复核内容主要包括沉井的高度,轴线位置的偏差情况,并填写测量放样单报监理复核。
(2)标示下沉基准
在沉井四角用油漆标出控制高度,同时标出轴线位置。
2、刃脚及井内清理
(1)沉井下沉自重破碎刃脚下素砼垫层。
(2)清除井室底版下沉井制作时散落的砼块壮物。
(3)所有杂物通过吊斗运至井外。
二、下沉沉井下沉系数验算
待第一节第一次制作沉井砼强度达到100%强度时即可进行沉井下沉。
沉井下沉首先考虑使用水力机械进行(即排水开挖下沉)。
根据沉井地梁分布情况,沉井内布设四台泥浆泵机组。
施工时应安排专门人员严密监测地下水位的变化和渗水量的变化情况,保障机械操作手的人身安全。
排水法下沉沉井下沉系数验算
根据以往的施工经验,沉井下沉系数达到1.05,沉井能利用自重下沉到位。
沉井下沉系数公式为:
K=G自/(f摩+R反)
K为下沉系数;
G自为沉井重量T,
f摩为井壁与土体摩擦力的最大值
R反为刃脚踏面与斜面地基的反力和
按照分次下沉时沉井的重量分布,第一次下沉时的沉井高度15m,总重量G=3136.86T;刃脚踏面反力R1=136+402.3=538.3T;地梁底部反力R2=721.5t;井壁与土体的摩擦阻力及粘滞力f=681.86T;浮力F=836.5T;则在干式环境(排水下沉)下,K=1.62;若不能实现排水下沉,水深10m时,K=1.18,从上式计算可以看出,第一次下沉不管是排水下沉还是不排水下沉,下沉系数都能够满足下沉施工要求。
在下沉过程中,由于下沉系数较大,施工过程中应该严格控制刃脚下或梁底的取土,在下沉速度较快时,必须保持相当宽度的土堤作为支撑,保证沉井下沉的稳定。
当井内发生土体失稳、有涌土先兆时,应立即采用不排水法下沉,向井内注水,注水除采用已有的高压泵另配2-3台6寸潜水泵往井内补水,最终水面应当高于地下水位1-2米。
不排水法下沉沉井下沉系数验算
根据以往的施工经验,沉井下沉系数达到1.05,沉井能利用自重下沉到位。
沉井下沉系数公式为:
K=(G自-F浮)/(f摩+R反)
式中:
K为下沉系数
G自为沉井重量
F浮沉井所受浮力
f摩为井壁与土体摩擦力的最大值
R反为刃脚踏面与斜面地基的反力和
沉井能够按要求下沉至设计标高,必须满足下式:
……
(1)
=(11.72-10.52)*((25-10)*10+25*15)/(20*23.4*25)=1.19
式中:
K1——沉井下沉系数≥1.05
G——沉井自重(t)
B——地下水对沉井的浮力(t)
T——沉井井壁总摩阻力(t)
本工程地层为砂性土摩阻系数取20KN/M2,根据设计图纸浮力考虑10KN/M3。
下沉稳定系数计算
沉井接高前,需进行沉井下沉稳定系数计算,下沉稳定系数计算公式如下:
=(11.72-10.52)*25*25/(20*23.4*15+23.4(0.4+0.8/2)*300)
=1.62(不考虑浮力)
=(11.72-10.52)*(25-7)*25/(20*23.4*15+23.4(0.4+0.8/2)*300)
=1.16(考虑浮力)
式中:
G——沉井接高后的自重(t)
B——计算时沉井所受地下水的浮力(t)
T——计算时沉井井壁的摩阻力(t)
R1——刃脚踏面及斜面下土的支承力(t)
……(3)
R2---底横梁支承力
式中:
U0——沉井外壁轴线周长(m)
C——刃脚踏面宽度(m)
N——刃脚斜面与井内土壤接触面的水平投影(m)
Rj——刃脚下土的承载力(t)
上述公式的相关数据代入后计算得出,第一次下沉后接高,下沉稳定系数1.62(不考虑浮力)和1.16(考虑浮力)因此,沉井第二次制作时,须加大井内的储水高度。
三、排水下沉
下沉施工包括施工准备和初沉,中沉以及终沉共分为四个阶段,下沉前,先安排除梁底和刃脚踏面的素砼垫层,清除沉井杂物,吹吸井底垫层砂并抽至场外的泥砂沉淀池,逐步让沉井进入初沉阶段。
排泥下沉时先排沉井中部,先取成小锅底,然后逐步形成大锅底,沉井刃脚四周保留土堤1·5—2M,让沉井挤土下沉,在下沉过程中随时观察资料数据,调整吸泥位置、深度、让沉井顺利沉入轨道5M处,进入中沉阶段。
沉井下沉过程中,对称出土,严格控制高低差,相应扩大,加深锅底,使沉井平稳快速下沉。
排水下沉水力冲泥施工要点
(1)水力冲泥下沉施工应按先中间后四面,分层对称破土,先高后低及时纠偏的原则进行操作施工。
(2)沉井刃脚边四周应保留1m宽左右的土堤使沉井刃脚处挤土下沉,以减少对四周土地的扰动。
只有当沉井中间土地冲除而还不下沉时或纠偏时不可适当冲除刃脚边的土堤,但严禁用水枪掏刷刃脚踏面外土体。
(3)严格控制四角高差,后视水准点要经常复核,在下沉过程中要经常测量观测,随时掌握沉井偏差值,以便及时采取措施。
初沉阶段:
半小时至一小时测量一次。
四、不排水下沉
当沉井从地面下沉2—3米以后,沉井将已形成正常下沉轨迹,沉速可适当加快直至下沉到10m左右,如地下水量极大,不能满足排水下沉,按照设计,立即向井内补水,实施不排水空气吸泥潜水员辅助下沉。
向井内注水并保持井内水位高于井外地下水位1-2m,将泥浆泵改装为水下吸泥机组:
在吸泥口接一节软管和一节钢管深入水底,将高压水枪绑在钢制吸泥口上,水面用4只浮筒制成浮式操作平台,泥浆泵主机安装在平台上,操作人员在平台上通过系在井体的4根缆绳移动平台位置、调整取土范围。
当沉井下沉至较大深度,可在井内设置泥浆泵加压泵站,增大泥浆泵扬程,加大取土效率。
取土由潜水员持高压水枪配合完成。
取土原则和方法同前。
为提高效率、指导纠偏,每班安排2个潜水员先探摸水下土体情况,并配合水下取土。
空气吸泥装置示意图
此阶段,应根据沉井下沉系数确定或调整刃脚需保留的土体厚度。
并通过调节井内水深和取土范围控制下沉速度。
不排水下沉示意图
第五章下沉质量控制
一、下沉纠偏
1、沉井倾斜偏转的原因
(1)沉井刃脚下土层软硬不均匀。
(2)没有均匀冲土下沉,使井孔内土面高低相差很多。
(3)刃脚下掏空过多,沉井突然下沉,易产生倾斜。
(4)刃脚一角或一侧被障碍物挡住,没有及时发现和处理。
(5)由于井外弃土或其他原因造成对沉井壁的偏压。
(6)排水下沉时,井内产生大量流砂等。
2、纠偏方法
沉井纠偏是沉井施工的一个关键。
沉井开始时的下沉系数较大,平面位置和四角高差易发生偏差,在深度不深的情况下较易纠正。
初沉以纠偏为主,下沉时对刃脚标高和轴线位移进行连续观测,及时纠偏,使沉井形成一个良好的下沉轨道。
纠偏时避免大起大落,避免沉井偏离轴线,同时注意纠偏幅度不过大,频率不过高。
沉井偏差大于300㎜时集中力量纠偏,促使沉井均匀下沉。
沉井在终沉阶段同样以纠偏为主,在沉井下沉至距设计标高1m左右时基本纠正好,纠正后在谨慎下沉,控制不出现有超出容许范围的偏差。
(1)偏出土纠偏
沉井在入土较浅时,容易产生倾斜,但也比较容易纠正。
纠正时,一般可在刃脚高的一侧冲土。
随着沉井的下沉,在沉井高的一侧减少刃脚下正面阻力,在沉井低的一侧增加刃脚下的正面的阻力,使沉井的偏差在下沉过程中纠正,这种方法简单,效果较好。
纠偏位移时,可以预先使沉井向偏位方向倾斜。
然后沿倾斜方向下沉,直至沉井底面中轴线的位置相重合或接近时,在将倾斜纠正或纠正至稍微相反方向倾斜一些,最后调正至使倾斜和位移都在容许范围内为止。
(2)井外射水、井内偏除土纠偏
当沉井入土深度逐渐增大,沉井四周土层对井壁的约束力亦相应增加,这样给沉井纠偏工作带来很大的困难。
因此,当沉井下沉深度较大时,若纠正沉井的偏斜,关键在于破坏土层的被动土压力。
高压射水沿沉井高的一侧井壁外面插入土中,破坏土层结构,使土层结构的被动压力大为降低。
这时再采取上述的偏除方法,可使沉井的倾斜逐步得到纠正。
(3)压重纠偏
在沉井高的一侧压重,最好使用钢锭或生铁块,这时沉井高的一侧刃脚下土的应力大于低的一侧刃脚下土的应力,使沉井高的一侧下沉量大些,亦可起到纠正沉井倾斜的作用。
这种纠偏方法可根据现场的条件进行选用。
(4)沉井位置扭转时的纠正
沉井位置如发生扭转,可在沉井偏位的二角边填土,借助于刃脚下不相等的土压力所形成的扭矩,使下沉过程中逐步纠正其位置。
二、沉井下沉遇到障碍物的处理措施
沉井下沉局部遇孤石、大卵石、地下沟道、管线、钢筋、树根等障碍物造成沉井搁置、悬挂的预防措施及处理方法:
1、遇较小孤石,可将四周土掏空后取出,较大孤石或大块石,地下沟道等,可用风动工具或用松动爆破方法破碎成小块取出,炮孔距刃脚不少于50cm,其方向须与刃脚斜面平行,药量不得超过200g,并设钢板护防,不得用裸露爆破,钢管,钢筋,树根等可用氧气烧断后取出。
2、不排水下沉时,除爆破孤石,除打眼爆破外,亦可用射水管在孤石下面掏洞,装药破碎吊出。
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