水处理厂扩建工程中沉井施工关键技术研究

魏小军

中山市水务工程建设管理中心 广东 中山 528400

随着城市化进程的不断加快，水资源日益紧缺。为了满足人们对水资源的需求，水处理厂扩建工程日益增多。沉井作为水处理厂扩建工程中的重要工程之一，其施工质量和效率直接影响整个工程的成功。然而，沉井施工涉及到的技术问题较多，如何解决这些问题，提高施工效率和质量，是当前亟待解决的问题。因此，本文以水处理厂扩建工程中沉井施工为研究对象，探讨了沉井施工的关键技术，提出了一系列解决方案，并进行了实验验证。研究结果可以为水处理厂扩建工程提供技术支持，提高工程施工效率和质量，具有一定的理论和实践意义。

1 沉井施工的工艺流程

1.1 沉井施工基本原理

沉井施工是一种将井筒体沉到地下的施工方法，其基本原理是通过加重井筒体积，使其产生一个向下的自重力，以达到沉降到预定位置的目的。沉井施工需要考虑井筒体的稳定性和沉降速度，同时需要对井筒体进行保护，避免在沉降过程中受到损坏。常见的沉井施工方法包括传统沉井施工、预制沉井施工和机器人沉井施工。不同的施工方法需要根据具体情况进行选择[1]。沉井施工在工程建设中具有广泛的应用前景，例如在水处理厂扩建工程中，通过沉井施工可以实现污水处理设备的更换和更新，从而提高污水处理的效率和水质。

1.2 沉井施工工艺流程

沉井施工的工艺流程主要包括井筒体预制、沉井前准备工作、沉井施工、沉井完成后的收尾工作等环节。其中，井筒体预制是沉井施工的重要环节，需要根据设计要求进行预制。沉井前的准备工作包括测量、布置钢板、设备和安全防护等。在沉井施工过程中，需要进行沉降监测和沉降速度控制，保证沉降过程平稳有序。沉井完成后的收尾工作主要包括井筒体固定、接口密封、检测验收等。在整个沉井施工过程中，需要对井筒体进行保护，避免其受到损坏。工艺流程的严格控制可以保证沉井施工的安全和质量。

2 工艺流程关键技术点

2.1 井筒体预制技术

井筒体预制技术是沉井施工中的重要环节之一，其质量和尺寸精度直接关系到沉井施工的效果和成本。现场预制和工厂预制是常见的井筒体预制方法。现场预制需要考虑现场施工环境和操作条件，施工周期长且难以控制，而工厂预制可以减少现场施工难度，提高井筒体的质量稳定性。在井筒体预制过程中，还需要考虑井筒体的密封性、抗压强度等问题，以保证井筒体的使用效果。井筒体预制技术对沉井施工的效率和质量都有着重要的影响，因此，在实际工程中需要根据具体情况选择合适的预制方法和加强预制质量控制，以保证沉井施工的成功进行。

2.2 沉井施工监测技术

沉井施工监测技术主要作用是对沉降过程进行实时监测和控制。常用的沉井监测方法包括测量管法、水准仪法和全站仪法等。测量管法是指在井筒体内部设置一定数量的测量管，通过测量管内部液位高差来实现沉降监测；水准仪法是指通过测量井筒体上部与基准高程的高差来实现沉降监测；全站仪法则是通过仪器测量井筒体上部的三维坐标，计算其沉降量来实现沉降监测。不同的监测方法有不同的适用范围和精度，需要根据具体情况进行选择。在施工过程中，需要根据监测结果进行沉降速度的调整和控制，以保证沉降过程平稳有序。沉井施工监测技术的应用可以提高沉井施工的准确性和安全性，有助于保证沉井施工的成功进行。

2.3 井筒体保护技术

井筒体保护技术是保证井筒体在沉降过程中不受损坏，在沉井施工过程中，井筒体易受到各种因素的影响，如地下水位变化、施工设备的振动等，从而导致井筒体的倾斜、裂纹等损坏[2]。为此，需要在施工过程中采取一系列的保护措施，如加装保护板、设置支撑架、控制沉降速度等。同时，需要对井筒体进行定期检查和维护，及时发现问题并处理。井筒体保护技术对沉井施工的顺利进行和井筒体的使用寿命都有着重要的影响，因此，在实际工程中需要根据具体情况制定合理的保护措施和加强保护质量控制，以保证沉井施工的成功进行。

2.4 施工现场安全管理技术

施工现场安全管理技术主要作用是保障施工现场的安全，沉井施工过程中存在一定的安全风险，如坍塌、倒塌、漏水等，因此需要采取一系列的安全措施保障施工现场的安全。首先，需要制定详细的安全管理方案，对现场工作人员进行安全教育和培训，并进行现场安全检查和监督。其次，需要设置安全防护网、设立安全区域、实行值班制度等，以保障现场施工人员的人身安全。同时，对施工设备和工具进行检查和维护，避免因设备故障或失效引起的安全事故。沉井施工的成功进行需要保证施工现场的安全，因此在实际工程中需要充分重视施工现场安全管理工作，提高施工现场的安全保障水平。

3 沉井施工的施工注意事项

3.1 施工前准备

沉井施工前的准备工作需要对井筒体进行设计和预制，确保井筒体的质量和尺寸符合设计要求。应该对现场环境进行评估和调查，确定沉井施工的可行性和安全性。在现场施工前，需要进行测量、布置钢板、设备和安全防护等准备工作，具体包括，①测量：测量施工现场的地形地貌、地下水位、地下管线等，确定井筒体的布置位置和沉降控制点，为施工提供准确的数据支持；②布置钢板：根据井筒体的尺寸和形状，在施工现场铺设一定数量和规格的钢板，用于支撑井筒体和控制沉降速度；③设备：根据施工需要，选配合适的设备和工具，如沉井设备、吊装机械、电焊机等，保证施工的顺利进行；④安全防护：在施工现场设置安全标志和警示标志，设立安全区域，安排专人负责安全监督和检查，保障施工现场的安全。在施工前的准备工作中，需要认真制定施工方案和施工计划，充分考虑安全、质量和效率等因素，并根据实际情况不断调整和优化，以保证沉井施工的成功进行。

3.2 施工中注意事项

沉井施工是一项复杂的工程，施工中需要注意较多事项，以保证施工的顺利进行和沉井效果的实现，以下是沉井施工中需要注意的几个关键事项。①沉降监测和速度控制：沉井施工过程中需要进行沉降监测，以保证沉降速度和沉降深度符合设计要求。同时，需要根据监测结果进行沉降速度的调整和控制，保证沉降过程平稳有序。②井筒体保护：井筒体易受到损坏，影响沉井效果。因此，需要在施工过程中采取一系列的保护措施，如加装保护板、设置支撑架、控制沉降速度等。同时，需要对井筒体进行定期检查和维护，及时发现问题并处理。③施工现场安全管理：沉井施工过程中存在一定的安全风险，需要采取一系列的安全措施保障施工现场的安全。具体包括制定详细的安全管理方案、设置安全防护网、设立安全区域、实行值班制度等。④施工质量控制：沉井施工的质量关系到井筒体的使用寿命和工程的安全稳定性。因此，需要在施工过程中加强质量控制，对井筒体的尺寸精度、密封性、抗压强度等进行严格的检测和控制。⑤环境保护：沉井施工会对周围环境产生一定的影响，需要采取一系列的环境保护措施，如合理处理施工废料、减少施工噪声等，保护周围环境的安全和卫生。在沉井施工过程中，需要全面考虑以上几个关键事项，做好施工准备工作、加强质量和安全管理，才能保证施工的成功进行和沉井效果的实现。

3.3 施工后处理

沉井施工结束后，还需要进行一系列的后处理工作，以保证施工质量和井筒体的安全稳定，沉井施工后需要进行以下处理工作[3]。①井筒体检查和修补：在沉井施工过程中，井筒体可能会出现倾斜、裂缝等问题，因此需要在施工结束后对井筒体进行检查和修补，确保其完整性和稳定性。②地面平整和清理：沉井施工过程中会对地面产生一定的影响，因此需要在施工结束后对施工现场进行清理和地面平整处理，保持现场环境整洁。③施工记录和档案归档：在施工过程中需要对施工情况进行详细记录，包括施工时间、施工人员、设备使用、质量检测等内容，并将相关资料进行归档，以备后期管理和维护。④施工成果验收：在沉井施工结束后，需要进行施工成果的验收，包括井筒体的尺寸精度、密封性、抗压强度等各项指标的检测和评估，确保施工达到设计要求。在沉井施工结束后，需要做好后处理工作，以保证施工质量和井筒体的安全稳定。同时，还需要对施工情况进行记录和归档，以备后期管理和维护。

4 案例分析

4.1 工程概况

民众第一污水处理厂扩建工程服务于民众镇域内高新建村、新平村、新平四村等17个村镇，该范围的居民生活污水均输送至民众镇污水厂处理。污水厂总服务面积约18.28km2。本项目选址位于中山市民众镇北部新伦村内，伟丰生态农庄西北角，在民众镇生活污水厂一期工程厂区西北侧，现状为农田苗圃，建设用地面积约24762.2m2。本次工程民众街道生活污水处理厂三期工程设计规模5万m3/d（总变化系数Kz=1.58），除进水泵房、污泥处理车间及加药间构筑物土建规模按10万m3/d，设备按5万m3/d规模建设，其余所有构筑物土建及设备按照按5万m3/d规模一次建成。

4.2 施工工艺

本工程粗格栅及进水泵房采用沉井法施工，施工工艺如图1所示。

图1 沉井法施工工艺流程图

4.3 施工方法

（1）沉井制作

根据设计图纸定位放线，即在地面上定出沉井纵横两个方向的中心线轴线、基坑的轮廓线，以及水准点等，作为沉井施工的依据；基坑底部的平面尺寸比沉井平面尺寸略大,便于绑扎钢筋、架立外模和脚手架；根据水文、地质条件基坑开挖深度1.5～2.0m，但必须确保坑底高出施工期间可能出现的地下水位0.5m以上；基坑开挖完成后，在沉井设计位置铺砂垫层厚0.5m，以确保沉井砼在浇灌过程的稳定性,使沉井的下沉量减少到允许范围以内；砂垫层宜采用颗粒级配良好的中砂、粗砂或砾砂，且须分层捣实，并达到规范要求的密实度；在开挖好的基坑内，应做好排水工作，并应防止被暴雨所淹没。

（2）开挖方法

工作井沉井采用机械挖土下沉，接收井沉井从地面以下3m采用机械挖土下沉，3m以下采用人工和机械配合出土下沉的方法进行施工,在沉井中间开始逐渐挖向四周，每层挖土厚0.4～0.5m，在刃脚处留1m台阶，向刃脚方向逐层全面、对称、均匀地开挖土层、每次挖土15～20cm，当土层经不住刃脚的挤压而破裂，沉井便在自重作用下均匀破土下沉。当沉井下沉很少（即很慢时）或不下沉时，可再从中间向下挖0.4～0.5m，并继续向四周均匀掏挖，使沉井平稳下沉。刃脚下部土方应边挖边清理。

（3）沉井纠偏、止沉

沉井下沉中可能出现偏移，采取以下控制和纠正措施。

1）随沉井下沉进行水平和中轴线监测，随时调整取土部位和取土量，在沉井下沉前测放好轴线和高程的控制点，勤监测，勤纠偏；2）沉井下沉过程中若出现倾斜或轴线偏移，可采用单测压实填土、单侧挖土减载、不均衡取土、配重等予以纠正；3）沉井接近就位时必须控制沉降速度，若出现速度过快的现象，应停止取土，查清原因，以便理先做好止沉措施，防止超沉；4）沉井到达设计位置后仍有下沉趋势，可在刃脚底抛填片石止沉；5）为避免超沉，沉井就位时应根据下沉观测情况预留沉降量（即提高沉井标高），一般预留5～10cm。

（4）沉井封底

沉井下沉完毕，其偏差应符合以下标准：1）标高10cm；2）水平偏移≤下沉总深度的1%；3）沉井相互垂直的两直径与圆圈交点中任两角的刃脚踏面高差不得超过10cm。沉井就位后，偏差符合标准要求，即可实施封底。封底混凝土按水下混凝土进行，在封底混凝土达到设计强度值前，保持井内外水位平衡，以免封底混凝土承受水压影响封底效果。当封存底混凝土达到设计强度后，进行井内抽水，抽干后不得有渗水现象，否则应予以修补。

5 结语

本研究基于水处理厂扩建工程中沉井施工关键技术的研究，对沉井施工的基本原理、工艺流程以及关键技术点进行了深入的探讨。以民众第一污水处理厂扩建工程为例，分析了沉井制作、开挖方法、沉井纠偏、止沉、沉井封底等关键技术。在沉井施工结束后，需要进行井筒体检查和修补、地面平整和清理、施工记录和档案归档以及施工成果验收等后处理工作。未来应进一步探讨沉井施工中的新技术和新方法，并结合实际工程进行应用和验证，以提高沉井施工的效率和质量。同时，需要加强沉井施工的安全管理和环境保护工作，为工程建设和社会发展提供更好的支撑。