控制軟土地基中沉井不均勻沉降的措施

袁新軍 姚亞歐

1 工程背景

在軟土地基中地基承載力差、距長江近,地下水、補(bǔ)給水均很充分的情況下施工沉井,沉井的下沉速度、垂直偏差等很難控制,如不選用恰當(dāng)?shù)姆桨?往往會(huì)造成超沉、傾斜、偏位等質(zhì)量缺陷。本文介紹了一種采用干沉濕沉相結(jié)合的方案,使得上述問題迎刃而解。

揚(yáng)州第二發(fā)電廠2號(hào)雨水泵房位于揚(yáng)州市瓜洲鎮(zhèn)東北、長江大堤北側(cè)約100m,一部分位于原河塘位置,泵房所處地層為第四紀(jì)長江沖積物,自然地面標(biāo)高1.50m。

泵房下部為箱形沉井結(jié)構(gòu),平面尺寸32.4 m×23.8 m,高15.8 m。沉井分三次制作,一次下沉,預(yù)留1.5 m高待沉井封底后與4.30m層平臺(tái)一起澆筑,設(shè)計(jì)刃腳標(biāo)高-11.5 m。

根據(jù)上述情況,決定采用沉井設(shè)計(jì)時(shí),必須考慮施工的可行性,充分考慮在軟土地基上如何控制異形沉井的突沉及不均勻下沉的問題,也必須考慮下沉過程中,沉井取土后淤泥上涌問題,即井壁外流塑狀淤泥因井內(nèi)外土面高差涌入井內(nèi),使井內(nèi)只出土,但土體標(biāo)高不下降,而井外土體下沉,導(dǎo)致沉井傾斜失穩(wěn)的問題。

2 技術(shù)措施

沉井施工分排水下沉和不排水下沉,即所謂干沉和濕沉。排水下沉,勞動(dòng)條件較好,挖土準(zhǔn)確,下沉速度易于控制,若土層中有障礙物,易于發(fā)現(xiàn)和清除,沉井發(fā)生傾斜也易于糾正,所以應(yīng)盡量采取措施排水施工。但排水下沉要求較高,如下沉系數(shù)不能大于1.05,沉井穿過的土層透水性較差,滲水量不大,或者雖然透水性強(qiáng)、滲水量大,但采取人工降水措施不致產(chǎn)生流砂等等。

但該沉井位置地質(zhì)條件較差,沉井持力層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,承載力很差,地下水豐富,加之本沉井自重較大,平衡條件很難滿足。

若排水下沉,終沉系數(shù):

1)沉井自重 G=9120 t。

2)考慮管井降水,地基反力按極限承載力10 t/m2,考慮沉井內(nèi)涌土2.0m,刃腳和隔梁全部受力,R刃=1291 t,R梁=1530 t。

3)沉井內(nèi)壁及隔梁與土的接觸高度2.0m,每次僅挖兩格,其余不挖,摩擦系數(shù)取1.0 t/m2,T梁=588 t,T井=1461 t。

所以排水下沉?xí)r,沉井不能平衡。

本工程3號(hào),2號(hào)雨水泵房設(shè)計(jì)相同,3號(hào)雨水泵房先于2號(hào)雨水泵房施工,采用了排水下沉的方案,在接近設(shè)計(jì)標(biāo)高1.7 m時(shí),停止除土,沉井完全自沉到位,最快時(shí)1 h自沉20cm,后緊急采取井內(nèi)灌水、拋石壓重、井外降水、覆土覆砂等各種阻沉措施,沉井才得到控制。

GB J202-83地基和基礎(chǔ)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定,在軟土層中以排水法下沉沉井,當(dāng)沉井距設(shè)計(jì)標(biāo)高2 m時(shí),對(duì)下沉和挖土情況應(yīng)加強(qiáng)觀測,如沉井仍不斷自沉?xí)r,應(yīng)向井內(nèi)灌水,改用不排水施工,或采用其他使沉井穩(wěn)定的措施。

綜合3號(hào)雨水泵房沉井施工教訓(xùn),2號(hào)雨水泵房采用干沉濕沉相結(jié)合的方案。

下沉初期,由于沉井重心較高,重點(diǎn)控制偏位和不均勻下沉,因此拆除砂堤和井內(nèi)取土應(yīng)對(duì)稱進(jìn)行。下沉至7 m～8 m時(shí),淤泥質(zhì)粘土在滲流作用下,涌進(jìn)井內(nèi)引起沉井下沉過快,這時(shí)應(yīng)及時(shí)向井內(nèi)灌水,保持沉井內(nèi)外水位基本平衡,進(jìn)入濕沉階段,這時(shí)采用空氣吸泥機(jī)逐層對(duì)稱吸除井內(nèi)土層,但保持井內(nèi)土層不低于刃腳踏面,沉井靠自重下沉,若此時(shí)沉井仍處于穩(wěn)定狀態(tài),則可以逐步排井內(nèi)水迫使下沉。沉井下沉至距設(shè)計(jì)標(biāo)高2 m時(shí),進(jìn)入終沉階段,應(yīng)放慢速度,加強(qiáng)觀測,重點(diǎn)糾偏,確保沉井在到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高0.15 m時(shí)各項(xiàng)誤差控制在允許范圍內(nèi)。當(dāng)沉井下沉至距設(shè)計(jì)標(biāo)高0.10m時(shí),應(yīng)停止下沉。若沉井仍在下沉,應(yīng)采取井內(nèi)灌水、井外降水迫使下沉停止。當(dāng)8 h內(nèi)下沉量不大于0.01 m時(shí),沉井穩(wěn)定,下沉結(jié)束,進(jìn)入封底階段。

3 各階段下沉系數(shù)分析

3.1 刃腳穿過砂墊層入土

刃腳穿過砂墊層入土?xí)r,砂墊層選在②-1土層。

1)摩擦系數(shù)取2.0 t/m2,T=450 t。

2)地基承載力取5 t/m2,R刃=645 t,R梁=765 t。初沉?xí)r,下沉系數(shù)太大,排土要特別謹(jǐn)慎。

3.2 終沉階段

沉井進(jìn)入③-1土層,井內(nèi)土與隔梁底平,支撐住刃腳和隔梁。

1)井內(nèi)灌水,水位穩(wěn)定在1.5 m,沉井受浮力 B=3393 t。

2)井外降水,地基承載力 10 t/m2,R刃=1291 t,R梁=1530 t。

3)摩擦系數(shù)取1.0 t/m2,T井=1461 t。

k＞1.05,這說明濕沉?xí)r,井內(nèi)要求土體壓重。

3.3 除土高度的確定

假定k=1.05沉井穩(wěn)定平衡,考慮取2格土封底,如圖1所示。

在灌滿水的情況下,隔梁需埋入土內(nèi)3.1 m高,即當(dāng)沉井除土至-7.8 m時(shí),應(yīng)停止除土,讓沉井自沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高穩(wěn)定后,開始清除土體,每次2格,進(jìn)行水下封底。

4 阻沉措施

4.1 人工降低地下水位

人工降低地下水位是固結(jié)地基提高地基承載力和摩擦力的有效辦法,考慮到沉井穩(wěn)定條件不夠安全,擬打6口直徑60cm的深井,井深30m,距沉井壁 10m,沿沉井放射狀布置。同時(shí)考慮到砂墊層選在②-1土層,該土層承載力差,地下水豐富,為保證沉井制作安全,降水宜早進(jìn)行。為觀測降水效果,布置3眼觀測井,井深20m。

4.2 側(cè)面增阻

沉井下沉過程中,周圍土體受到影響,由近及遠(yuǎn)產(chǎn)生裂縫和下坍,此時(shí)應(yīng)及時(shí)在井外補(bǔ)土,并沿沉井外壁填充砂石料跟沉,增加土體與井外壁的摩擦力。同時(shí)在井外設(shè)明溝,排除井外地表水,防止地表水滲入減小土體與井外壁的摩擦力。

5 結(jié)語

通過本泵站沉井設(shè)計(jì)和施工的成功經(jīng)驗(yàn),給在軟土地基上施作沉井的設(shè)計(jì)總結(jié)出了新的思路。今后在不同的軟土地基上做沉井設(shè)計(jì)可以通過計(jì)算,變化刃腳面積等諸多手段調(diào)整承載力,此方法工藝簡便,造價(jià)低廉,安全可靠。

[1]章天恩.實(shí)用建筑設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.

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[3]GB 50202-2002,建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

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