淺談凍結(jié)沉井法施工技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

王炳輝

摘 要：目前，國(guó)內(nèi)沉井施工多采用鉆孔灌注樁加多層高壓旋噴樁加固井壁土體，在面對(duì)復(fù)雜粉砂地層時(shí)其加固效果差，止水帷幕無(wú)法保證沉井安全高效施工。采用凍結(jié)法加固沉井井壁周圍土體，將凍結(jié)法和沉井法有機(jī)的結(jié)合在一起，取得了極好的封水效果。

關(guān)鍵詞：凍結(jié)沉井法；凍結(jié)壁控制技術(shù)；

前言

文章以安全供水高速通道工程管道施工沉井凍結(jié)加固施工工程為依托，創(chuàng)造性的將凍結(jié)法利用到沉井井壁周圍的土體加固中，采用凍結(jié)法取得了極好的封水效果，實(shí)現(xiàn)了沉井的順利就位到底，摒棄了以往常規(guī)的加固方法，也取得了極其有效的封水效果。

1凍結(jié)沉井加固工法的優(yōu)點(diǎn)

通過(guò)對(duì)采用凍結(jié)沉井法在施工過(guò)程中的優(yōu)化凍結(jié)壁設(shè)計(jì)研究、凍結(jié)效果分析研究以及采用抗凍觸變泥漿來(lái)配合凍結(jié)加固后的沉井施工研究表明：采用凍結(jié)法對(duì)沉井周圍的土體進(jìn)行加固，其封水效果極其明顯，凍結(jié)法作為一種極其環(huán)保的工法，不改變土體結(jié)構(gòu)性能，而且還具有以下其他加固工法不可比擬的優(yōu)點(diǎn)：

1.1凍結(jié)帷幕止水效果好，可靠性高。

1.2凍結(jié)幕墻具有一定的強(qiáng)度和剛度，可抵抗地壓保護(hù)沉井區(qū)域免受外力侵?jǐn)_，沉井過(guò)程更加順暢，不易發(fā)生沉井傾斜和沉井偏移等質(zhì)量事故。

1.3采用凍結(jié)帷幕，在沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可以不考慮沉井的刃腳受力包括刃腳向內(nèi)撓曲、刃腳向外撓曲情況下的極限承載能力，沉井底部可省去十字底梁。

1.4凍結(jié)帷幕能有效的防止地層水土流失，保護(hù)環(huán)境。

1.5觸變泥漿抗凍性能好，在低溫情況下能有效護(hù)壁，減少摩擦阻力，確保沉井順利。

2凍結(jié)沉井法介紹

2.1凍結(jié)法是利用人工制冷技術(shù)，使地層中的水結(jié)冰，將松散含水巖土變成凍土，增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，隔絕地下水，以便在凍結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行井筒或地下工程掘砌作業(yè)的特殊施工技術(shù)。

2.2沉井法是在地面下沉預(yù)制井筒的施工方法。其工藝為在井口位置預(yù)制好沉井刃腳和一段井壁，邊掘邊沉，再在地面澆筑，接長(zhǎng)井壁，繼續(xù)下沉。沉井法分井內(nèi)不淹水沉井和淹水沉井兩種。不淹水沉井即在沉井內(nèi)排水，工人在井底工作面掘進(jìn)。除井壁在地面澆筑、隨掘進(jìn)隨下沉外，其他工序和普通鑿井法相同。淹水沉井的特點(diǎn)是：井內(nèi)淹水，保持井內(nèi)外壓力平衡，可防止涌砂冒泥，壁后灌注減阻介質(zhì)，掘進(jìn)與排渣均在水下完成。

3關(guān)鍵技術(shù)

3.1優(yōu)化沉井井壁結(jié)構(gòu)

采用鉆孔樁與多排攪拌樁復(fù)合止水帷幕沉井，由于地層壓力的不均勻性，大直徑圓形沉井都要設(shè)置十字底梁。由于凍結(jié)止水帷幕使沉井受力均勻，通過(guò)理論分析計(jì)算，優(yōu)化沉井十字底梁。

3.2凍結(jié)壁控制技術(shù)

在凍結(jié)過(guò)程中，凍結(jié)壁與沉井相交連接在一起，造成沉井不能進(jìn)行。因此，要確定凍結(jié)圈徑和凍結(jié)孔間距并控制凍土向內(nèi)發(fā)展技術(shù)。

3.3抗凍泥漿研究

為使沉井施工順利，在沉井壁后的臺(tái)階做為泥漿槽充滿觸變泥漿，要求泥漿具抗凍性。結(jié)構(gòu)所處的土層為砂性土，含水量高。本段砂層分布廣泛，且厚度大，連通好，和地表水水力聯(lián)系密切，富水性強(qiáng)。在鉆孔和開(kāi)挖時(shí)，易發(fā)生涌水坍孔等事故。

3.4 鋼筋綁扎

池壁墻體鋼筋凈距控制采用鋼筋排架，排架采用Ф14鋼筋制作，架間距1000mm設(shè)置。鋼筋交叉點(diǎn)均逐點(diǎn)綁扎，綁絲頭一律扣向里側(cè)，嚴(yán)防出現(xiàn)因保護(hù)層過(guò)薄而侵蝕鋼筋的現(xiàn)象。鋼筋連接宜采用直螺紋機(jī)械連接，用掛線法控制垂直度，用水平儀測(cè)量控制水平度，用木卡尺控制間距，用與結(jié)構(gòu)同強(qiáng)度的細(xì)石混凝土墊塊控制鋼筋保護(hù)層厚度。在施工縫位置安裝300mm寬鋼板止水帶。

3.5 混凝土澆筑

沿沉井周圍搭設(shè)腳手架，周圍設(shè)布料管分布均勻下灰，每層厚500mm。注意對(duì)稱均勻，防止造成地基不均勻下沉和傾斜。振搗時(shí)，振搗棒應(yīng)插入下層混凝土50mm，保證層間結(jié)合緊密。混凝土養(yǎng)護(hù)采用澆水養(yǎng)護(hù)，兩側(cè)覆無(wú)紡布，養(yǎng)護(hù)14天。為防止出現(xiàn)冷縫，應(yīng)具備足夠的混凝土熟料供應(yīng)能力。

4施工技術(shù)簡(jiǎn)介

優(yōu)化沉井井壁結(jié)構(gòu)：采用鉆孔樁與多排攪拌樁復(fù)合止水帷幕沉井，由于地層壓力的不均勻性，大直徑圓形沉井都要設(shè)置十字底梁；由于凍結(jié)止水帷幕使沉井受力均勻，通過(guò)理論分析計(jì)算，優(yōu)化沉井十字底梁。

4.1凍結(jié)壁設(shè)計(jì)及控制

在凍結(jié)過(guò)程中，要確定凍結(jié)圈徑和凍結(jié)孔間距，同時(shí)研究控制凍土向內(nèi)發(fā)展技術(shù)。

4.1.1凍結(jié)壁設(shè)計(jì)

根據(jù)工程的地質(zhì)概況、旋噴加固情況，結(jié)合工程特點(diǎn)、土層條件及施工現(xiàn)場(chǎng)情況，按最不利的情況，對(duì)本工程的凍結(jié)帷幕厚度進(jìn)行了設(shè)計(jì)。凍結(jié)壁有效厚度2m。采用拉麥公式計(jì)算。

E=2.04m，取2m。

其中計(jì)算參數(shù)：

a.凍結(jié)帷幕平均溫度-10℃，相應(yīng)的持久抗壓強(qiáng)度：K1=3.5Mpa。

b.沉井外直徑21.2m，R1=10.6m。

c.地壓值取凍結(jié)帷幕在粉土夾粉砂中最底部埋深處地壓，Pmax=0.013H=0.013*40=0.52Mpa。

4.1.2制冷設(shè)計(jì)

a.凍結(jié)參數(shù)確定

凍結(jié)7天鹽水溫度降至-18℃以下，積極凍結(jié)期鹽水溫度為-28℃～-30℃。

維護(hù)凍結(jié)期溫度為-25℃～-28℃。凍結(jié)孔終孔偏斜不大于150mm。

凍結(jié)帷幕達(dá)到設(shè)計(jì)厚度時(shí)間為40天，實(shí)際凍結(jié)時(shí)間需根據(jù)測(cè)溫孔實(shí)測(cè)情況再調(diào)整。

b.需冷量和制冷設(shè)備配置

凍結(jié)需冷量計(jì)算：Q=1.2×π×d×K×H

H—凍結(jié)區(qū)凍結(jié)管總長(zhǎng)度

沉井1：4042米，沉井2：3612.6米

d—凍結(jié)管直徑，0.127米

K—凍結(jié)管散熱系數(shù)；250kcal/m2.h

Q1=48.4×104；

Q2=43.2×104

4.2凍結(jié)壁控制

選用無(wú)污染、效率高、體積小、重量輕、制冷量大、安裝運(yùn)輸方便的螺桿冷凍機(jī)組作為制冷系統(tǒng)的主機(jī)。加大鹽水在凍結(jié)管內(nèi)的流量，采用串并聯(lián)循環(huán)方式，加快凍結(jié)管的熱交換。嚴(yán)格控制凍結(jié)管間距以確保凍結(jié)管施工質(zhì)量。采用逐步降溫的過(guò)程，防止凍結(jié)管由溫度應(yīng)力造成的開(kāi)裂。

4.3采用抗凍泥漿及凍脹融沉的控制措施

4.3.1在凍結(jié)管拔出后，要及時(shí)地將凍結(jié)孔洞用黃砂充填密實(shí)。

4.3.2設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)制冷量較大的冷凍機(jī)組，在短時(shí)間內(nèi)把鹽水溫度降到設(shè)計(jì)值，以加快凍土發(fā)展，提高凍土強(qiáng)度，減少凍脹和融沉量。

4.3.3掌握和調(diào)整鹽水溫度和鹽水流量，必要時(shí)可采取間歇式凍結(jié)，控制凍土發(fā)展量，以減少凍脹和融沉。

4.4沉井施工

4.4.1沉井采用排水下沉，沉井分段可按既有分段做法施工，施工應(yīng)按照?qǐng)D紙保證質(zhì)量；

4.4.2排水下沉有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

a.由于井內(nèi)無(wú)水，施工人員可以看清井內(nèi)的下沉出土情況，便于根據(jù)井外的測(cè)量報(bào)告安排挖土與糾偏相結(jié)合，從而很好的控制下沉質(zhì)量；

b.下沉速度快，凡是采用排水下沉的沉井，一般下沉速度可達(dá)0.5～2.5m/d，是不排水下沉的2～5倍；

c.經(jīng)濟(jì)效益顯著，干封底可提高封底質(zhì)量，而且節(jié)省混凝土和人工；

d.排水下沉易于糾偏，因此對(duì)井外土體擾動(dòng)較小，而且沉井速度快，因此對(duì)環(huán)境影響較小；

4.4.3沉井施工前必須確保凍結(jié)帷幕完全隔絕施工區(qū)域與外界的水力聯(lián)系；

4.4.4加強(qiáng)監(jiān)測(cè)工作，做到信息化施工；

4.4.5挖土工程應(yīng)科學(xué)施工，分段、分層、均勻、對(duì)稱，土層削薄厚度不得過(guò)大，避免發(fā)生流砂、突沉等現(xiàn)象。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，將凍結(jié)法利用到沉井井壁加固工程中，其施工效果明顯，解決了風(fēng)險(xiǎn)事故和技術(shù)難題，很好的解決該類地層的無(wú)法實(shí)現(xiàn)封水效果的施工難題。同時(shí)該項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)國(guó)內(nèi)的地下工程施工將起到極大的促進(jìn)作用，也將帶來(lái)巨大社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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