水泥攪拌樁控制沉井下沉施工技術(shù)

1 工程概況

天津塘沽開發(fā)區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施泵站基坑長31.5m、寬19.6m、高15.255m、下沉12.855m。沉井所在地場區(qū)為典型的濱海鹽土環(huán)境，地基土均為淤泥質(zhì)及淤泥質(zhì)粘土厚19m，含水量45%～50%，孔隙比1.4～1.6，土質(zhì)性能極差。

2 沉井施工方案

在沉井施工中，尤其在軟土地基下沉井施工，將不可避免地擾動沉井周圍土體，產(chǎn)生底涌、突沉或超沉、傾斜，難以糾偏，輕則影響工程質(zhì)量，造成工期延誤；重則造成傷亡事故或構(gòu)筑物的報廢，不僅在經(jīng)濟(jì)上損失嚴(yán)重，也會給施工企業(yè)帶來惡劣影響。開發(fā)區(qū)的大型沉井在下沉施工中如不采取有效的加固方法常會出現(xiàn)各種問題。由于本工程工期緊，在施工過程中必須采取有效方法確保沉井下沉安全，控制沉井質(zhì)量。

2.1 施工難點分析

1）由于土質(zhì)太差，沉井下沉施工中容易出現(xiàn)超沉、突沉、井底涌土等現(xiàn)象。

2）沉井下沉施工中容易造成沉井周邊土體下沉、土體開裂，影響臨近設(shè)施安全。

2.2 沉井地基處理方案

針對以上難點，設(shè)計采用在刃腳下打攪拌樁的方法，解決沉井下沉施工的質(zhì)量及安全問題。

刃腳下設(shè)置水泥攪拌樁。根據(jù)沉井的重量、沉井施工特點、土的力學(xué)性能、水泥攪拌樁在開發(fā)區(qū)的物理性質(zhì)的經(jīng)驗值等推算確定，刃腳樁采用雙排水泥攪拌樁，樁徑600mm，強度2MPa，樁總長度16m，樁與樁之間縱向咬合20 cm、橫向相切。刃腳下水泥攪拌樁有兩種強度要求，可在一根樁中采用兩種不同的水泥摻入量，達(dá)到兩種強度要求，一種用在沉井下沉過程中刃腳需將其穿過壓碎的上部樁體部分，長為13m，該部分樁體要求既能滿足支承沉井重量的要求又能在挖土下沉過程中樁體自身壓碎破壞，這部分樁體的水泥摻入量為10%；另一種是用在沉井下沉到位后支承刃腳的下部樁體部分，長為3m，該部分樁體要求有足夠的強度支承沉井重量且防止底涌，這部分樁體的水泥摻入量為15%。刃腳外側(cè)設(shè)置一排護(hù)樁，在沉井挖土下沉過程中，為減少沉井下沉對周圍土體的擾動，須在沉井外側(cè)施打一排鋼板樁圍護(hù)，采用18m長40B工字型鋼樁。

采取水泥攪拌樁地基加固技術(shù)對軟土地基進(jìn)行加固處理，使軟土抗剪強度提高的同時增大地基承載力。沉井通過不斷剔鑿破碎水泥攪拌樁的過程進(jìn)行下沉，當(dāng)需要下沉?xí)r，只需鑿除樁頭（沉井下沉初期階段，隨著井內(nèi)的不斷取土，攪拌樁可由沉井自重壓碎），沉井即可憑自重克服土體摩擦力而下沉。這樣，沉井在淤泥中下沉的過程成為一個可控的過程，有效地解決了沉井在軟土地基下沉過程中易出現(xiàn)的質(zhì)量問題。

設(shè)計地面以下15m范圍內(nèi)自上而下分別為回填土、淤泥、粉質(zhì)粘土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，當(dāng)沉井沉至設(shè)計標(biāo)高后，刃腳及封底后的底板落在淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層上，其承載力特征值僅為80 kN，不能滿足要求。因此需要解決施工過程中及沉井終了的穩(wěn)定問題。沉井井筒分三節(jié)澆筑，第一、二節(jié)澆筑高度為10.7m，第三節(jié)待沉井落到設(shè)計位置后再接高澆筑。第一、二節(jié)沉井制作混凝土量為1 022.36m3，總重量約為24 536.64 kN，井壁周長為88.78m，刃腳踏面寬為0.4m，則刃腳總面積A=88.78×0.4=35.51（m2）。如僅以刃腳底面作為支撐面時，則承受的荷載P=690.98kN/m2，根據(jù)地質(zhì)資料，軟土地基承載力僅為80 kN/m2，很明顯，即使?jié)M鋪木方也不能滿足預(yù)制時承載力的要求。為此，根據(jù)設(shè)計意圖，在預(yù)制沉井箱體之前先加固刃腳下地基，使加固后的土體能支承住沉井的重量，不致在預(yù)制過程中產(chǎn)生沉降和下沉過程中速度過快產(chǎn)生突沉和偏移。在沉井刃腳下預(yù)打水泥攪拌樁，形成聯(lián)排樁式的地下連續(xù)樁墻，對于沉井井壁形成具有一定強度的承托和支撐墻體，將沉井在淤泥中下沉的過程成為一個可控的工藝。

具體的施工做法是在刃腳下打兩排直徑600mm、間距600mm的水泥攪拌樁，上下排咬合200mm，樁長16 m，水泥采用42.5#普通硅酸鹽水泥，摻入水泥標(biāo)高為-14.000～-11.000m，15%～18%(此標(biāo)高段為沉井終了后支撐沉井作用，永久存在，不挖除)，其余段-11.000～2.000m為10%。(實踐證明摻量10%的水泥攪拌樁便于施工時挖除)。按經(jīng)驗數(shù)據(jù)水泥摻量為10%的水泥土7 d的無側(cè)限抗壓強度為 600 kPa，28 d抗壓強度為800～1 000 kPa，因此水泥攪拌樁本身的強度能承受沉井的壓載，而為使沉井在澆注和養(yǎng)護(hù)時不下沉，經(jīng)計算樁長需16m。另外在沉井箱體內(nèi)側(cè)距箱體壁1～2m處打兩排500mm間距1 000mm的水泥攪拌樁，其深度與刃腳底的水泥攪拌樁相同。這一做法是可以改變井內(nèi)淤泥土結(jié)構(gòu)，結(jié)合刃腳下的樁體共同作用阻止挖土?xí)r井外土體向井內(nèi)的上涌現(xiàn)象。

2.3 下沉施工方法

由于該沉井刃腳下進(jìn)行過樁基處理，所以與一般沉井施工方法不同。

1）挖土方法。由于泵站場區(qū)外南側(cè)地勢開闊且淤泥質(zhì)土人工開挖較困難，因此挖土采用水力沖挖、泥漿泵抽泥出土。破碎樁頭吊車吊運，20 cm為一層，分層對稱從刃腳向中心開挖，盡量保持1～l.2m的高差，使井底土形成倒鍋底形狀，以減少井內(nèi)底部的被動土壓力的損失。

2）破樁方法。如樁身不能擠壓破碎，則沉井不會下沉，需采用破樁來下沉。首先要挖出沉井刃腳并暴露出水泥樁，人工用鐵鎬鑿除樁身。鑿樁要求對稱同步進(jìn)行，先鑿內(nèi)排樁，按60 cm間隔、50 cm高一樁進(jìn)行鑿除，直到靠沉井自重可壓碎下沉為止，如仍不能下沉，以同樣方法鑿除外排水泥樁。

3）沉井施工質(zhì)量控制。根據(jù)本工程的質(zhì)量要求和沉井施工規(guī)范制定質(zhì)量控制指標(biāo)，進(jìn)行嚴(yán)格控制，控制指標(biāo)見表1。

表1 沉井施工質(zhì)量控制指標(biāo)

根據(jù)指標(biāo)進(jìn)行觀測。為防止沉井傾斜、軸線位移或垂直的偏移，在沉井四周上設(shè)標(biāo)尺，標(biāo)尺外用鋼管架搭設(shè)固定標(biāo)針，標(biāo)針均在同一水平面上，一旦沉井發(fā)生傾斜，即可在標(biāo)尺上反應(yīng)出來，同時在沉井外30m處設(shè)軸線位移觀測點，軸線位移觀測點和標(biāo)尺外標(biāo)針每兩個小時觀測一次，一旦沉降傾斜和沉降平移超過控制標(biāo)準(zhǔn)便通過改變?nèi)⊥练椒▉磉M(jìn)行調(diào)整。

3 實施效果

泵站沉井下沉過程相當(dāng)穩(wěn)定，以0.4～0.5m/d的速度均勻下沉，甚至能夠做到隨意地控制沉井的傾斜和下沉的速度，與設(shè)計標(biāo)高偏差最大4 cm，沉井四角高差最大3 cm，滿足規(guī)范要求。沉井下沉過程中不需要人工破樁，靠自重壓碎下沉。沉井下沉過程中周邊土體無明顯破壞，井底無涌土現(xiàn)象，南側(cè)地面局部土體有下沉現(xiàn)象，地面土體最大開裂裂隙在3 cm之內(nèi)，沉井施工均取得了良好的效果。

4 結(jié)語

1）采用水泥攪拌樁處理大型沉井地基操作方便可靠，克服了在軟土地基中沉井施工常出現(xiàn)的涌土、傾斜、超沉等不良現(xiàn)象，能夠確保工程質(zhì)量和施工安全。

2）同一樁身采用不同水泥摻量的攪拌樁在施工中取得了成功，沉井下沉過程中刃腳穿透壓碎的上部樁體水泥摻人量為10%；沉井下沉到位后支承刃腳的下部樁體水泥摻人量為15%能夠滿足施工要求，同時還改善了施工挖土的條件，但打樁時水泥摻量的標(biāo)高控制應(yīng)注意。

3）從經(jīng)濟(jì)效益上講，采用攪拌樁處理沉井地基相對于其他方法來說是經(jīng)濟(jì)合理的，同時該沉井挖土采用了水力沖挖下沉，節(jié)省了大量的機械費用，節(jié)約了開支，降低了成本。