沉井注水下沉施工

陳昌厚，黃治芳

(十五冶第二工程有限公司，江西貴溪 335425)

沉井注水下沉施工

陳昌厚，黃治芳

(十五冶第二工程有限公司，江西貴溪 335425)

沉井注水下沉適用于地質(zhì)條件復(fù)雜，有地下水，降水施工可能引起沉井周邊建(構(gòu))筑物地基基礎(chǔ)和道路的不均勻沉陷，從而導(dǎo)致建(構(gòu))筑物上部主體的傾斜的沉井、深基坑支護等工程。通過對沉井注水下沉法的研究，能夠較好的解決流砂地區(qū)沉井下沉的穩(wěn)定，保證沉井自身的順利進行且對周邊建、構(gòu)筑物不產(chǎn)生影響，從而大大節(jié)省費用，節(jié)約工期。本文重點介紹了沉井注水下沉的工藝原理、工藝流程、施工方法。

沉井注水下沉;工藝原理;工藝流程;操作要點;效益

1 工程概況

江西銅業(yè)集團公司年產(chǎn)10萬t高性能高精度銅及銅合金板帶材項目一期2萬t工程縱剪包裝機基礎(chǔ)，設(shè)計采用沉井施工。該廠房基礎(chǔ)已經(jīng)施工，且沉井離廠房基礎(chǔ)較近，僅1750mm，廠房基礎(chǔ)坐落在粉質(zhì)粘土層上埋深約－4.5m。而根據(jù)地勘報告顯示，該地區(qū)毗鄰贛江，地下水豐富，地下中砂、礫砂層較厚，極易產(chǎn)生流砂，而沉井注水下沉法很好的解決了這樣的難題。

2 工藝原理

主要是利用高壓水泵將高壓水流通過進水管分別流進沉井內(nèi)的高壓水槍和水力吸泥機，利用高壓水槍射出的高壓水流沖刷土層，使其形成一定稠度的泥漿匯流至集泥坑，然后用水力吸泥機(或空氣吸泥機)將泥漿吸出，從排泥管排出井外。特別強調(diào)的是，沖粘性土?xí)r應(yīng)使噴嘴接近90°角沖刷立面，將立面底部沖成缺口使之塌落。

沉井水力機械除土的主要特點是利用高壓射水來代替人工進行沉井下沉的全部作業(yè)，它包括土的切割、沖刷、攪動及所形成泥漿的排除，如圖1所示［5］。

圖1 沉井水力機械除土示意

3 適用范圍

適用于地質(zhì)條件復(fù)雜，有地下水，降水施工可能引起沉井周邊建(構(gòu))筑物地基基礎(chǔ)和道路的不均勻沉陷，從而導(dǎo)致建(構(gòu))筑物上部主體的傾斜的沉井、深基坑支護等工程。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備→水下作業(yè)→安全監(jiān)測→沉井下沉觀測及糾偏→封底

4.2 操作要點

4.2.1 施工準(zhǔn)備包括水下吸泥設(shè)備、供水管道安裝、泥漿輸送管道安裝，泥漿池、水池砌筑見圖2沉井施工平面布置圖［3］。

圖2 沉井施工平面布置圖

4.2.2 水力機械在沉井內(nèi)除土?xí)r的操作方法

沉井下沉使用的水力機械，由水力沖泥機和水力吸泥機，以及相應(yīng)的高壓供水管路和排泥管路組成。沉井的每個井孔(格)最好使用一套水力機械。作業(yè)過程如圖3所示。

圖3 井內(nèi)水力除土示意圖

(1)沖泥時，可先在水力吸泥機的吸泥龍頭下方(一般均選在鍋底中央)，沖挖出一個直徑約為2.0～2.5m的集泥坑。然后用水力沖泥機開拓各個方向通向集泥坑的水溝2～4條，溝的縱向坡度3%～5%。此后，即可向四周開挖鍋底①，為了防止沉井突然下沉，引起很大的偏差，以及減少井外土的攏動坍塌等情況，可在沉井四周刃腳旁保留寬0.5～1.0m的土堤。待鍋底開挖完畢后，再逐步均勻地沖挖土堤，第一步先沖除四角處的土堤②，第二步再沖除四周土堤③，最后沖除定位點處土堤，使沉井下沉。

(2)對于多孔(格)沉井的施工，亦可參照上述順序進行開挖，各井孔之間，在沉井偏斜不大時，應(yīng)力爭同時沖挖。如果沉井偏斜較大時，井孔之間的開挖情況應(yīng)根據(jù)偏斜情況加以調(diào)整。

(3)對于離集泥坑較遠的井孔(格)，當(dāng)沖沉井四角②和井壁處③土堤時，泥漿從那里流到集泥坑有時是很困難的，為了不使集泥坑和集泥水溝之泥砂沉淀，經(jīng)常用一個水力沖泥機反復(fù)沖刷和攪動。一方面用它將沉井最遠處的泥砂沖至集泥坑;另一方面還可以把集泥坑沖深，攪動泥漿，并清除堵塞在吸泥龍頭網(wǎng)罩上的雜物。

利用上述方法能夠提高水力吸泥機的排泥量，尤其是在沉井的下沉初期，泥漿中?；祀s著建筑垃圾，如石塊、碎木塊等，采用上述措施亦屬必要。

根據(jù)工程中實測情況，當(dāng)水壓為15～20kg/cm2時，水力沖泥機的有效沖刷半徑約為6～8m，在此范圍內(nèi)的泥漿一般均可流至集泥坑內(nèi)。

水力吸泥機的吸泥龍頭的網(wǎng)罩應(yīng)低于泥漿面約5～10cm，這樣可吸入較多的泥漿。

當(dāng)吸泥龍頭的網(wǎng)罩或吸泥管內(nèi)被雜物堵塞時，亦可用反沖法來清除吸泥管或吸泥龍頭的堵塞物。其方法是關(guān)閉水力吸泥機的進水閥門，這時排泥管內(nèi)的水體便倒流入井內(nèi)，把吸泥龍頭及吸泥管中的雜物沖出來，有時上述的方法尚需重復(fù)數(shù)次，始能將堵塞物清除干凈［4］。

4.2.3 沉井糾偏

沉井在下沉過程中，會經(jīng)常發(fā)生傾斜、偏位和扭轉(zhuǎn)等偏移正位的情況。為及時掌握偏移正位情況并采取糾偏措施，須設(shè)立水準(zhǔn)基點及基線?；c(如圖4)在沉井的外壁劃出中線，四角刻畫出標(biāo)尺或設(shè)立標(biāo)尺。自拆除墊木或混凝土墊層開始，直至封底穩(wěn)定之前，應(yīng)按前述要求隨時進行觀察。

圖4 基線基點布置示意圖

1、偏移正位的原因

①拆除腳手架、模板時，未能對稱、均衡拆除;

②未對稱抽除承墊木，或未及時回填夯實刃腳下的土;

③未對稱拆除混凝土墊層;

④沿刃腳下土質(zhì)軟硬不均勻;

⑤刃腳下一角或一側(cè)有障礙物擱阻，又未及時發(fā)現(xiàn)和處理;

⑥未對稱、均勻挖土;

⑦沉井刃腳下一角或一側(cè)土壤被掏空，并外土體直接被水槍沖擊成泥漿入井內(nèi);

⑧出現(xiàn)突沉現(xiàn)象;

⑨在排水施工的情況下，井內(nèi)出現(xiàn)大量流沙。

2、糾偏的方法

糾偏的原則是及時糾偏，因為越深偏位越大，就越難以糾偏。

(1)糾傾斜

①偏挖。在刃腳高的一側(cè)除土，低的一側(cè)保留土堤或回填砂石，迫使刃腳高的一側(cè)多沉;

②偏壓。在井頂高的一側(cè)壓載，造成沉井偏重;

③偏挖、偏壓加水沖。如沉井下沉較深時發(fā)生傾斜，僅用偏挖、偏壓還難以扶正時，可在沉井頂高的一側(cè)的壁外，插入高壓水管，用高壓水槍沖土，破壞該側(cè)土的壓力(摩擦力)并起潤滑的作用;

④土壓差。在井頂高的一側(cè)壁外挖土減載，低的一側(cè)壁外加載，造成土壓力(摩擦力)差。

(2)糾偏位

偏位有兩種情況，一種是純偏位，一種是即偏位又傾斜，如圖5所示，這兩種情況中以后一種情況居多，不論哪一種情況，糾正的方法是在A側(cè)刃腳處取土，促使沉井向A側(cè)傾斜，直至沉井底中心線接近設(shè)計中心線，然后在B側(cè)刃腳處，取土糾傾斜。如偏位較大，應(yīng)多次反復(fù)進行，直至消除為止。

圖5 偏位傾斜并存示意

(3)糾扭轉(zhuǎn)

沉井在下沉過程中，出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的原因是由于對稱并同時朝同一方向(實箭頭方向)挖土;或由于沉井突然下沉，或由于井外壁壓力不均衡所致(如圖6、7所示)。

糾正的方法:

①按圖中所示的虛線箭頭方向?qū)ΨQ同時挖土。

②對角偏挖，偏填。即在A'、C'處偏挖，在B'、D'處偏填，造成土壓差。

③在A'、x'，x'、C'和y'、B'，y'、D'處的井壁外插入高壓水管，用高壓水沖土，破壞該土的壓力，造成土壓力差。

沉井的偏移正位，以及以上所采取的糾偏方法，往往或大或小使沉井有受力均勻變?yōu)椴痪鶆?，而產(chǎn)生裂縫，因此，在糾偏過程中，應(yīng)加強觀察［1，2，6，7］。

4.2.4 沉井封底

不排水封底即在水下進行封底。封底前，井內(nèi)水位不應(yīng)低于井外的地下水位。潛水員應(yīng)潛入井內(nèi)水下，使用高壓水槍按設(shè)計要求將井底面整理成鍋形，并將井底浮泥清除干凈，新老混凝土接觸面應(yīng)用水沖刷干凈。

封底混凝土采用水下不分散混凝土，水泥用量宜為350～400Kg/m3，砂率為45%～50%，宜采用中、粗砂，水灰比不宜大于0.60，骨料粒徑以5～40mm為宜。封底混凝土應(yīng)在沉井全部底面積上連續(xù)均勻澆注，不得留有施工縫，底板與井壁接縫處的防水措施按《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》GB50108－2001表3.3.1－1選用。澆注時導(dǎo)管插入混凝土深度不宜小于1.50m，導(dǎo)管直徑以25～30cm為宜。待水下封底混凝土達到所需設(shè)計強度后，方可從井內(nèi)抽水，并檢查封底質(zhì)量。

5 施工材料和設(shè)備

沉井下沉所使用的水力機械設(shè)備主要由水泵、進水管路、水力沖泥機、水力吸泥機以及排泥管路等組成。一般情況下，每套6英寸水力機械包括:6DA型水泵、水力沖泥機(水槍)1～2臺、水力吸泥機(直徑150mm)及相應(yīng)的管路。高壓射水是由高壓水泵供給的，水力沖泥機及水力吸泥機可由同一高壓水泵供水，也可以由兩臺高壓水泵分別供水。采用本工法施工需主要機械設(shè)備及設(shè)施見表1。

表1 主要機械設(shè)備及設(shè)施

6 效益分析

(1)采用本方法施工保質(zhì)保量完成了施工任務(wù)，較排水下沉法節(jié)約降水及周邊基礎(chǔ)加固費用約為20萬元。

(2)本施工方法取得成功，使公司沉井技術(shù)得到了新的發(fā)展、新的突破，顯示了企業(yè)的實力，提高了知名度，受到了建設(shè)單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位等多方面的廣泛贊譽，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

7 應(yīng)用實例

本方法應(yīng)用于2010年施工的江西銅業(yè)集團公司年產(chǎn)10萬t高性能高精度銅及銅合金板帶材項目一期2萬t工程縱剪包裝機基礎(chǔ)，沉井平面尺寸為4000mm×1000mm，深度21.25m，分兩次下沉，共計下沉36天，較好地解決了地下水豐富及砂層厚，沉井過程中易產(chǎn)生流砂的難題，受到業(yè)主及監(jiān)理的好評。

［1］范晉波，柯德輝.設(shè)備基礎(chǔ)沉井施工中的技術(shù)措施和問題處理［J］.建筑技術(shù)，2006(9):692－694.

［2］張雪梅，劉靜秋，曹玥.沉井下沉穩(wěn)定的相關(guān)措施［J］.給水排水，2010(8):109－111.

［3］王衛(wèi)忠.沉井下沉技術(shù)在泰州長江公路大橋北錨碇中的應(yīng)用［J］.交通科技，2009(2):21－24.

［4］武中剛.沉井施工技術(shù)在某工程中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2005(3):86－87.

［5］陳閩，王學(xué)海.沉井下沉施工工藝探討［J］.中國給水排水，2002(7):86－87.

［6］梁建立，王歡剛.沉井下沉常見問題及處理方法［J］.中小企業(yè)管理與科技(下旬刊)，2009(3):214.

［7］粟淼，龔海龍.沉井下沉過程中傾斜與偏移的處理［J］.科技資訊，2010(21):45.

The Construction of Water Injection Sinking Caisson

CHEN Chang－h(huán)ou，HUANG Zhi－fang

(The 2nd Engineering Co.，Ltd.，China No.15 Metallurgical Construction Group Co.，Ltd.，Guixi 335425，Jiangxi，China)

The water injection open caisson sinking is applied to the project of the open caisson and Deep Foundation Pit Bracing，with complex geological conditions such as there is underground water，precipitation construction may cause uneven subsidence of the building(structure)and the road around caisson，resulting in upper body of the building(structure)inclining.By study，the water injection open caisson sinking method can be used to maintain stability of open caisson sinking in flow sand region，to ensure the open caisson itself sinking smoothly and also no influence on surrounding building and structures.Thereby，costs are greatly reduced and construction period is shortened.This paper mainly introduces process principle，technological process，and construction method of the water sinking caisson.

water sinking caisson;technology;technological process;operation;benefit

TU47

B

1009－3842(2011)06－0081－04

2011－10－05

陳昌厚(1982－)，男，江蘇射陽人，工程師，主要從事工程項目管理工作。E－mail:changhouchen008@126.com