軟土地層中沉井施工及地基處理

劉 小 勇

(1.同濟(jì)大學(xué),上海 200092； 2.博天環(huán)境集團(tuán)股份有限公司，上海 200070)

軟土地層中沉井施工及地基處理

劉 小 勇1，2

(1.同濟(jì)大學(xué),上海 200092； 2.博天環(huán)境集團(tuán)股份有限公司，上海 200070)

在軟土地層中進(jìn)行沉井施工，極易產(chǎn)生突沉、傾斜及后期沉降過(guò)大等問(wèn)題，通過(guò)工程實(shí)踐，采用在刃腳處設(shè)置水泥粉噴樁地下連續(xù)墻、基底設(shè)置水泥粉噴樁復(fù)合地基進(jìn)行加固，從而準(zhǔn)確控制沉井下沉姿態(tài)和下沉深度。

沉井，粉噴樁，軟土，地基處理

1 概述

沉井結(jié)構(gòu)剛度大，整體性好，占地面積小，在市政工程中應(yīng)用廣泛。污水處理廠中進(jìn)水泵房一般埋深較深，常采用沉井結(jié)構(gòu)。沉井施工時(shí)極易遇到軟土土層，軟土地基具有高壓縮性、高靈敏性、強(qiáng)度低等特點(diǎn)，沉井在下沉過(guò)程中隨時(shí)會(huì)發(fā)生傾斜、突沉、超沉和偏移等問(wèn)題，對(duì)施工質(zhì)量和施工安全影響較大。因此選擇合理下沉施工方法、地基處理措施十分重要。

2 工程及地質(zhì)概況

2.1工程概況

某污水處理廠的進(jìn)水泵房為矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于占地面積較小而埋置較深采用沉井施工方法。進(jìn)水泵房尺寸為16.4 m×10.8 m，沉井高度為11.8 m，壁厚為700 mm。沉井分三節(jié)制作一次下沉，第一節(jié)5 m,第二節(jié)5 m,第三節(jié)1.8 m。由于沉井的第三節(jié)是在沉井封底后與頂板一起制作，不屬于沉井的范圍，因此重量及摩阻在沉井施工計(jì)算中不予以考慮。

2.2場(chǎng)地地質(zhì)情況

本工程場(chǎng)地屬于珠江入?？跊_積階地海陸交互相沉積地貌單元。場(chǎng)地地勢(shì)低平，原為農(nóng)田。施工場(chǎng)地范圍內(nèi)土層主要為耕土層、淤泥質(zhì)土層、殘積層，下伏基巖為白堊紀(jì)泥巖。

①耕土層：褐灰、飽和，主要由粉粘粒組成，含少量砂，偶見(jiàn)植物根須。工程力學(xué)性質(zhì)差。

②淤泥質(zhì)土層：深灰色，流塑為主，局部軟塑，飽和，主要由大量的淤泥質(zhì)及細(xì)砂粒組成，海陸交互沉積成因,層厚3.00 m～12.50 m，全場(chǎng)均有分布。埋深及厚度在水平向及垂直向變化較大，均勻性尚好，為高壓縮性土，地基穩(wěn)定性差。

③殘積土層：灰褐、灰黑、灰黃色，濕，硬塑，局部堅(jiān)硬狀，主要由粘性土組成，含少量砂粒，殘留原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造，巖芯呈土狀，泡水易軟化，由泥巖風(fēng)化殘積而成。

3 施工方法選擇

1)沉井施工工藝包括施工準(zhǔn)備、地基處理、井壁制作、沉井下沉、沉井封底五大部分[1,2]。具體流程：場(chǎng)地平整→地基處理→定位放線→基坑開(kāi)挖→鋪砂墊層→澆筑素混凝土墊層→沉井分節(jié)制作→敲除素混凝土墊層→機(jī)械挖土下沉→混凝土封底→澆筑底板及內(nèi)隔墻→回填土。

2)沉井下沉施工方法主要取決于施工場(chǎng)地的水文、地質(zhì)條件、施工機(jī)械。排水下沉法總的來(lái)說(shuō)工期優(yōu)勢(shì)明顯，對(duì)于下沉高度和水深不大的情況下，排水下沉法挖土技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單容易掌握。在施工止水帷幕后，井內(nèi)開(kāi)挖范圍滲水少、施工安全，設(shè)備在建筑市場(chǎng)常見(jiàn)且出土效率高。綜合考慮，本工程沉井采用排水下沉。

3)根據(jù)沉井在軟土地層中施工所遇到的難題，從設(shè)計(jì)和施工配合措施兩方面考慮：

a.從沉井自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上完善，對(duì)于軟土地區(qū)沉井的制作，可以通過(guò)加大刃腳踏面的寬度，并使刃腳斜面的水平傾角不大于60°等方法增加刃腳水平投影面積以增大摩阻，必要時(shí)在沉井底端增設(shè)底梁。

b.為了保證沉井的下沉安全，對(duì)沉井刃腳范圍內(nèi)的土體進(jìn)行加固，使其具備一定的承載力，能夠給刃腳提供支撐，控制沉井穩(wěn)定下沉。

4)刃腳處原狀淤泥土層承載力較小，采用粉噴樁處理后，粉噴樁樁體提供的豎向承載力大于沉井自重，保證了沉井在下沉過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生突沉的現(xiàn)象。刃腳處設(shè)置兩排粉噴樁形成的地下連續(xù)墻，水泥粉噴樁的樁外沿與沉井井壁外邊線相切，樁頂標(biāo)高同始沉設(shè)計(jì)地面。由于刃腳處的樁體起一定導(dǎo)向作用，保證沉井不會(huì)發(fā)生大的傾斜。另外，沉井刃腳范圍布置了水泥粉噴樁，由于水泥粉體吸水和膠結(jié)作用，降低了淤泥的含水量和流動(dòng)性，有效阻止了井外淤泥涌入沉井內(nèi)。

5)沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，沉井封底?；字糜谟倌嗤淋浫鯇由?，在荷載作用下，淤泥層地基承載力低，地基沉降變形大，天然地基無(wú)法滿足持力層要求，需要進(jìn)行地基加固處理。通過(guò)對(duì)兩種常見(jiàn)的軟土地基處理方法比選，確定最終處理方案。

預(yù)應(yīng)力管樁施工方便，承載力高，入土深度大，造價(jià)相對(duì)較高。在深厚軟土地質(zhì)條件下，施工過(guò)程中樁身質(zhì)量及垂直度無(wú)法保證，尤其送樁距離長(zhǎng)，施工過(guò)程中如發(fā)生位移，則易造成廢樁。水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力高，最大限度利用原土，可根據(jù)工程需要靈活布置，造價(jià)成本相對(duì)較低。針對(duì)含水量較大的軟土地基，從攪拌效果看，粉噴法比漿噴法得到的強(qiáng)度高，強(qiáng)度離散性小?；谏鲜鲈颍捎盟喾蹏姌短幚碥浲恋鼗莾?yōu)先考慮方案[3,4]。

本工程采用粉噴樁復(fù)合地基，沉井底板范圍內(nèi)布置水泥粉噴樁，樁徑500 mm，水泥摻入量15%，樁距為1 m，水泥粉噴樁以殘積土層作為持力層，進(jìn)入殘積土層不小于1.0 m。粉噴樁固化材料選用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。

4 沉井制作

沉井制作的場(chǎng)地選擇在泵房原位上，為保證沉井初沉階段的平穩(wěn)下沉，將表層雜填土挖除1.5 m，降低了沉井總下沉量。沉井制作時(shí)，先鋪設(shè)砂墊層，墊層厚度0.5 m，填砂時(shí)分層鋪設(shè)，每層厚度不超過(guò)30 cm，采用平板振搗器分層壓實(shí)。砂墊層鋪設(shè)完畢后，其上澆筑150厚C20素混凝土墊層，即可進(jìn)行刃腳制作。刃腳踏面底模直接利用墊層，底面鋪設(shè)一層3 cm厚的1∶3水泥砂漿，其上再鋪一層油氈紙。

沉井外側(cè)要求盡量平滑，以利下沉，要求外側(cè)模板的板面光滑，井壁采用2 440 mm×1 220 mm×18 mm雙面覆膜木膠合板。內(nèi)外模板間設(shè)對(duì)拉螺栓，間距600 mm×450 mm，止水鋼片與鋼筋之間采用雙面焊。所有預(yù)留孔洞及預(yù)埋件必須在澆筑混凝土前預(yù)留和預(yù)埋。刃腳部位鋼筋密度大，要適當(dāng)延長(zhǎng)振搗質(zhì)量，以免出現(xiàn)蜂窩、麻面及裂紋等。由于沉井分多次制作，在澆筑第一節(jié)沉井時(shí)，須設(shè)置施工縫和止水帶。施工縫處采用3 mm厚鍍鋅鋼板，混凝土表面鑿毛，清除浮粒，并沖洗干凈。在澆筑混凝土?xí)r，先用水濕潤(rùn)后，在表面上再鋪10 mm～15 mm厚的水泥砂漿一層，然后再澆筑上層混凝土。

5 沉井下沉

沉井下沉過(guò)程中，為保證沉井能夠均勻豎直下沉，挖土?xí)r應(yīng)分層、均勻、對(duì)稱進(jìn)行。表層耕土層采用人工挖土，在井上搭設(shè)人字桅桿，用卷?yè)P(yáng)機(jī)垂直提升棄土到井外。淤泥層采用高壓水槍射水沖泥，高壓水槍水流沖射刃腳邊土層淤泥，將其化為泥漿，通過(guò)泥漿泵排至池外，同時(shí)清水泵入池內(nèi)，補(bǔ)充水槍用水，循環(huán)不斷。沉井刃腳落在粉噴樁上，當(dāng)需要下沉?xí)r，人工鑿除樁頭，沉井克服摩擦力和支撐力而下沉。進(jìn)水泵房沉井通過(guò)在刃腳處設(shè)置粉噴樁地基處理取得十分良好的效果，經(jīng)過(guò)粉噴樁處理，淤泥的含水量減少，樁周土體膠結(jié)成團(tuán)，流動(dòng)性降低。同時(shí)土體抗剪性提高，沒(méi)有出現(xiàn)涌土現(xiàn)象，樁體的導(dǎo)向作用使得施工過(guò)程中沉井沒(méi)有出現(xiàn)突沉、傾斜現(xiàn)象。

6 沉井封底

沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，并基本穩(wěn)定以后8 h內(nèi)下沉量不大于10 mm，進(jìn)行沉井封底工作[5]。采用排水法封底方式，將新老混凝土接觸面沖洗干凈，對(duì)井底進(jìn)行修整使之形成鍋底形，沉井中部設(shè)兩個(gè)集水井，使井底的水匯入井中，由潛水泵排出，保持地下水位低于基面0.5 m以下。封底前先鋪設(shè)500 mm的碎石，經(jīng)整平后澆筑素混凝土封底。澆筑混凝土?xí)r應(yīng)分層、不間斷進(jìn)行，由四周向中間推進(jìn)，每層澆筑厚度控制在300 mm～500 mm。待底板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%后，對(duì)集水井進(jìn)行封堵處理。

7 結(jié)語(yǔ)

在軟土地層中進(jìn)行沉井施工，針對(duì)沉井下沉過(guò)程中下沉穩(wěn)定系數(shù)較大等特性，軟土地基中沉井下沉施工復(fù)雜，要完成沉井的安全順利下沉需要采取多種施工技術(shù)相配合。沉井制作前，預(yù)先在刃腳處打兩排水泥粉噴樁，粉噴樁連續(xù)墻對(duì)沉井起到支承和導(dǎo)向作用，保證沉井下沉過(guò)程可控。沉井基底采用水泥粉噴樁復(fù)合地基加固軟土地層，確保沉井工作階段正常使用。

[1] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 張鳳祥．沉井沉箱設(shè)計(jì)、施工及實(shí)例[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[3] 黃文賀.水泥攪拌樁在大型泵房地基處理中的應(yīng)用[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，2010(43)：206-209.

[4] 孫樹(shù)林，王 毅.流塑狀淤泥中大型泵房沉井施工新法[J].中國(guó)給水排水，2000(16)：48-50.

[5] 劉少躍.大型沉井施工技術(shù)在江蘇陳家港電廠循環(huán)水泵房中的應(yīng)用[J].廣東水力水電，2012(11):62-73.

Constructionandgroundtreatmentofopencaissoninsoftsoilstratum

LiuXiaoyong1,2

(1.TongjiUniversity,Shanghai200092,China； 2.PotenEnvironmentGroupCo.,Ltd,Shanghai200070,China)

For open caisson construction in soft soil, prone to sudden sinking, tilt and post settlement problems, through the engineering practice, the cement powder spraying pile for underground continuous wall, the base is provided in the edge at the foot of cement powder spray pile composite foundation reinforcement, so as to accurately control the caisson sinking depth and attitude.

open caisson, cement mixing pile, soft soil, ground treatment

1009-6825(2017)28-0080-02

2017-07-24

劉小勇(1981- )，男，在讀工程碩士,工程師

TU471.8

A