防止沉井下沉對(duì)周邊環(huán)境有害影響的施工技術(shù)

李得勝，田滿義

(上海宏波工程咨詢管理有限公司，上海 200232)

1 沉井下沉對(duì)周邊環(huán)境的潛在影響及其特征

在沉井下沉過程中，因?qū)⒊辆行牟课坏耐馏w挖出，沉井周邊的土粒受到地下水的滲透作用而產(chǎn)生滲流。隨著沉井下沉，其周邊流失的土粒由下而上、由近及遠(yuǎn)地流失、下沉，最終形成以沉井為中心的鍋底形凹地，地表下陷的范圍與深度，與地下水位高低、土層透水性強(qiáng)弱、沉井下沉深度等有重大關(guān)系。一般情況下，地下水位越高、土層導(dǎo)水性越強(qiáng)，地面沉降范圍及深度越大，反之則小。若遇到特殊的地下暗浜、暗槽，地面下沉，傾斜將加劇。

在沉井下沉?xí)r，若方法不適宜且不采取任何措施，對(duì)周邊管線工程、建筑物將造成一定影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成管線被拉裂、建筑物基礎(chǔ)因不均勻沉降而被損毀等有害影響，見圖1。

圖1

2 減小沉井下沉對(duì)周邊環(huán)境影響的施工方法

一般沉井下沉方法有兩種:帶水下沉和不帶水下沉。開挖土方的方法有:機(jī)械開挖和水力開挖。從施工進(jìn)度上講，機(jī)械開挖進(jìn)度快;從施工成本上考慮，水力開挖要低一些;但對(duì)于黏性較大或砂礫較大的土體就不適宜水力開挖。

為了盡可能減小沉井周邊地面下沉、位移、傾斜等情況，就要選擇適宜的下沉方法。

2.1 掏芯開挖下沉法

在沉井挖土下沉?xí)r，井內(nèi)開挖工作面呈一鍋底形狀，即掏芯挖土。四周留有一定厚度和高度的阻止?jié)B流的土體，依靠沉井自重下沉切削塌落開挖。這樣可以阻擋部分井壁外側(cè)土粒滲漏，進(jìn)而減小周邊土層的下沉，控制下沉對(duì)地面的影響，見圖2。采用這種方法，一定要注意土層透水性強(qiáng)弱及下沉深度。若地下水位較高、土層為砂性土，則井壁四周留置的土體要厚，挖土面與留置土臺(tái)高差要縮小。無論是帶水下沉還是不帶水下沉，這種掏芯挖土下沉法，均可有效控制沉井周邊土粒流失，但缺點(diǎn)是下沉速度慢。

圖2

2.2 帶水下沉法

在沉井下沉施工時(shí)，對(duì)地下水位以下的土方采取水下開挖的方法，盡可能保持井內(nèi)水位與地下水位基本平衡，消除井內(nèi)外水壓力差，進(jìn)而避免或減小沉井周邊土粒因水壓作用而滲流，達(dá)到控制沉井下沉對(duì)其周邊環(huán)境影響的目的，見圖3。

在施工過程中，一定要注意控制井內(nèi)水位，不得因?yàn)樗钔谕岭y度大而降低(抽排)井內(nèi)水位。若井內(nèi)水位偏低，造成內(nèi)外水壓力差，會(huì)直接影響到防滲及控制沉井下沉對(duì)周邊環(huán)境影響的效果。帶水下沉施工時(shí)，無論采取機(jī)械開挖，還是高壓水沖削吸泥法開挖，千萬不要開挖沉井刃腳下土體，這些土體對(duì)防止沉井外側(cè)土粒流失有一定的阻流作用。

圖3

上述兩種施工方法，要針對(duì)不同的地質(zhì)情況或施工條件，靈活選擇或組合使用。

3 減小沉井下沉對(duì)周邊環(huán)境有害影響的施工措施

在沉井下沉前或下沉過程中，采取一些有效的施工措施，可以控制沉井對(duì)周邊環(huán)境的影響程度，避免對(duì)周邊建筑物等造成有害影響。

3.1 在沉井周邊施打防滲樁

在沉井施工前，根據(jù)附近受護(hù)對(duì)象的重要性及其與沉井距離的大小，在沉井四周施打防止土體滲漏的鋼板樁或槽鋼樁，可避免周邊土體流失，進(jìn)而減小沉井下沉對(duì)周邊受護(hù)對(duì)象的影響。

采用防滲樁保護(hù)沉井周邊的建筑物、管線工程時(shí)，一定要控制好樁底標(biāo)高及其軸線與沉井間的距離。一般情況下，樁底標(biāo)高要超深透水層1.5m以下，最好達(dá)到刃腳底標(biāo)高下1.5m為宜。防滲樁軸線與沉井間水平距離不得低于沉井深度的1.5倍，且不得影響沉井下沉施工，見下頁圖4。防滲樁拔除時(shí)間控制在沉井封底、底板混凝土澆筑前達(dá)到一定強(qiáng)度后，以免防滲樁拔除過早造成沉井封底困難，或?qū)ξ催_(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的沉井底板造成不利影響。

采用防滲樁施工措施，雖可避免或減小周邊土體流失，但投入較大，特別在沉井較深時(shí)，投入更大，故其適應(yīng)性有一定的局限性。另外采用防滲樁，也有一定的阻止地表水平位移的作用。故施工時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量管理，提高其抗側(cè)壓能力。

圖4

3.2 及時(shí)回填沉井周邊沉陷坑

在沉井下沉過程中，地表沉降由近及遠(yuǎn)、由深漸淺，為了有效阻止地表下沉引發(fā)的水平位移，將沉井附近的沉陷區(qū)及時(shí)填土，阻擋外圍區(qū)域向沉井方向的位移，進(jìn)而減小水平位移的不利影響。

填坑阻擋外圍區(qū)域水平位移，雖然不能從根本上控制對(duì)周邊環(huán)境的沉降影響，但可以將水平位移的影響減弱，特別對(duì)于管線工程，防止水平位移有重要意義。

3.3 嚴(yán)格控制下沉速率

在沉井下沉過程中，周邊土粒滲流與下沉速率有一定關(guān)系，下沉越快，土粒流失越快，越易發(fā)生周邊環(huán)境突發(fā)性變形。故在沉井下沉過程中，根據(jù)地質(zhì)情況及周邊環(huán)境影響監(jiān)測(cè)情況，合理控制下沉速率。

3.4 注漿阻流

在沉井下沉過程中，若遇到特殊的滲流通道，出現(xiàn)大量冒砂現(xiàn)象時(shí)，要暫停施工，探清通道走向、標(biāo)高及范圍，再采取鉆孔注漿方法，阻斷滲流通道，防止冒砂，避免發(fā)生地表嚴(yán)重塌陷現(xiàn)象。

3.5 排除沉井周邊積水區(qū)積水

若沉井周邊有大面積積水區(qū)(地表水)，其對(duì)下沉作業(yè)是很不利的，很容易發(fā)生地表水與沉井間地下滲流現(xiàn)象，進(jìn)而引起地表塌陷現(xiàn)象發(fā)生。故在沉井下沉前，必須排除附近積水，避免滲流發(fā)生。

3.6 變形監(jiān)測(cè)

沉井下沉對(duì)周邊環(huán)境的影響，可通過事先在地表設(shè)置變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、分析影響范圍、趨勢(shì)及影響程度，為指導(dǎo)下沉施工和控制施工影響發(fā)揮重要作用。

a.變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖如右圖:在縱橫斷面上，每側(cè)布置不少于5個(gè)點(diǎn)，相鄰點(diǎn)之距以5～10m為宜，見圖5。

圖5 變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

b.變形監(jiān)測(cè)方法:在沉井下沉影響范圍之外布置觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，用全站儀觀測(cè)平面位置，用直接水準(zhǔn)測(cè)量方法觀測(cè)沉降。施工前先測(cè)出初始值，施工過程中，每天不少于兩次進(jìn)行觀測(cè)，施工完成穩(wěn)定后，最后精確測(cè)定點(diǎn)位及標(biāo)高。首末兩次測(cè)量精度稍高一些，以±5mm為宜，日常觀測(cè)精度以±8mm為宜。若受護(hù)對(duì)象要求高，精度提高到±3～±5mm。

c.成果分析:計(jì)算沉降量和水平位移量，繪制下沉曲線和位移曲線。

對(duì)上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析、判斷，若發(fā)現(xiàn)變形對(duì)環(huán)境可能造成有害影響趨勢(shì)時(shí)，立即暫停施工，調(diào)整下沉方法并采取有效措施，控制影響趨勢(shì)擴(kuò)展。

4 實(shí)例

圖6

某工程提污泵房采用沉井施工方式，沉井幾何尺寸為長(zhǎng)17m，寬9m，深10m，刃腳底標(biāo)高-5.6m，地面標(biāo)高4.5m。該地區(qū)地下水位+2.5m，地層從上到下依次是①層吹填土，2.6～0.5m;②層砂質(zhì)粉土，0.5～-2.0m;③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾砂，-2～-6.43m;該沉井西側(cè)和北側(cè)均有二級(jí)公路，距沉井約15m。見P18圖6。

針對(duì)本區(qū)域地質(zhì)及周邊受護(hù)對(duì)象情況，施工時(shí)采取了帶水下沉、水力挖土施工方法。為了減小對(duì)公路的不利影響，在該沉井西側(cè)和北側(cè)均施打了槽鋼樁，下沉速率控制在1.5m/天以內(nèi)。

在施工過程中，沉井周邊發(fā)生下沉，施工人員及時(shí)對(duì)下沉區(qū)域進(jìn)行了回填，同時(shí)盡可能減少公路上重載車輛通行。

在施工全過程中，對(duì)北側(cè)和西側(cè)路面變形情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，沉降和位移最大變形量達(dá)1.5cm，公路未受到有害影響，說明施工方法適宜，措施得當(dāng)。

5 結(jié)語

在沉井下沉作業(yè)時(shí)，通過對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行分析和地面環(huán)境的了解(管線、建筑物、積水區(qū)等)，選擇科學(xué)合理的施工方法，采取適宜的施工措施并借助變形監(jiān)測(cè)手段，可以有效地控制沉井下沉對(duì)周邊環(huán)境的有害影響?！?/p>