沉井基礎(chǔ)施工對周圍環(huán)境的影響

王 輝

(四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 四川成都 610000)

沉井是一種深埋在地下的井筒狀結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)，是深基礎(chǔ)的一種形式，沉井法利用人工或機(jī)械方法挖走土石，通過自重及各種輔助下沉措施克服井壁摩阻力從而使井筒下沉至地下設(shè)計標(biāo)高位置，達(dá)到預(yù)定位置穩(wěn)定后，澆筑封底混凝土使沉井底部封閉并填塞井孔，形成一種地下建筑物或者基礎(chǔ)。沉井基礎(chǔ)的獨(dú)特性在于埋置深度很大、受力穩(wěn)定性好、整體結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，能夠承受巨大的上部垂直及水平荷載；同時占地面積較小，其內(nèi)部空間可充分利用，尤其適合大城市中土地使用有限時使用；排土少，施工方便；下沉施工時，沉井既是基礎(chǔ)，同時也作為擋水圍堰結(jié)構(gòu)物，不用設(shè)置支承和板樁圍護(hù)，簡化工藝，對周邊結(jié)構(gòu)物影響小，適宜沿海發(fā)達(dá)地區(qū)使用。

但是，沉井施工的施工周期較長，技術(shù)要求較高，且在施工過程中遇到細(xì)砂及粉砂類地基，若在井孔內(nèi)排水時，極易發(fā)生翻砂等危機(jī)，造成沉井整體傾斜或下沉困難等。

近些年，沉井施工運(yùn)用越來越普遍，在橋梁基礎(chǔ)、工作井、儲氣罐以及地下機(jī)械停車庫等方面得到大量運(yùn)用。展示了其強(qiáng)大的地下空間開發(fā)能力。

1 工程概況

本工程為小型地下機(jī)械停車庫。地處福建省廈門市海滄區(qū)，共有兩處基地，分別位于海滄區(qū)政務(wù)服務(wù)中心南側(cè)(總用地面積2 333.05 m2)和海滄文化藝術(shù)中心西側(cè)鐘林南路南側(cè)(總用地面積3 262.77 m2)。建筑紅線內(nèi)為已有的綠地和地面停車位。在充分解讀與詮釋周邊環(huán)境的基礎(chǔ)上，將車庫出入口設(shè)置于距離主干道相對合適的位置，既能發(fā)揮停車功能，進(jìn)出車庫的車輛也不易對主干道造成交通壓力。

2 工藝流程

部品預(yù)制：場外集中預(yù)制井段，主要預(yù)制2種模塊，底部刃腳、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。

(1)井筒分為6層，每層10塊(圖1)，第1層3.5 m高(刃腳)+5節(jié)2.32 m高(標(biāo)準(zhǔn)節(jié))。

圖1 井筒分塊示意

(2)單井10塊刃腳，40塊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，刃腳單塊重約30 t，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)單塊重約14 t。

(3)預(yù)制混凝土C40P8，配合比設(shè)計以8～10 h拆模時間主控，蒸汽養(yǎng)護(hù)17 h達(dá)到75 %強(qiáng)度起吊，自然養(yǎng)護(hù)24 h達(dá)到75 %強(qiáng)度起吊。

(4)模具加工20 d，刃腳2套側(cè)模+4套底模，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)4套側(cè)模+8套底模。

2.1 止水帷幕、降水系統(tǒng)

根據(jù)地質(zhì)條件，選擇降水干挖法作業(yè)，明挖的優(yōu)勢在于挖土過程中可見性強(qiáng)，突發(fā)事件的預(yù)警信號明顯。

首先在沉井外壁外側(cè)1.5 m位置施工一圈131根三軸攪拌樁作為止水帷幕，樁徑850 mm，咬合250 mm，樁長20 m，水泥用量20 %，水灰比1.5(圖2)。三軸攪拌樁采用跳打套打施工方式，止水效果更顯著。行政中心車庫設(shè)置6口降水井，文化藝術(shù)中心設(shè)置4口降水井，提前降水，預(yù)防開挖至砂層等位置出現(xiàn)流砂、突涌等現(xiàn)象。

圖2 止水帷幕示意

2.2 部品預(yù)制技術(shù)要求

(1)模板精度控制在3.5 m范圍內(nèi)-1 mm以內(nèi)，要求表面平整，負(fù)誤差，嚴(yán)格按工裝圖拼裝模板。

(2)模板使用前必須打磨干凈，外模板使用花王脫模劑配比1∶3水，內(nèi)模采用脫骨劑成品，勿混亂部位使用或混合使用。

(3)嚴(yán)格按圖加工綁扎鋼筋，布置預(yù)埋件，底板預(yù)埋鋼筋連接采用墩粗直螺紋連接。

(4)注意旋緊預(yù)埋件封堵，防止漏漿(下沉過程可防止泥土堵口，減少清理套筒量)。

(5)拆模后需要用高壓水槍沖預(yù)制品內(nèi)部形成粗糙面。

(6)嚴(yán)格要求達(dá)到75 %強(qiáng)度才能起吊，刃腳采用70 t吊車、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)采用50 t吊車。

2.3 沉井現(xiàn)場拼裝

接縫采用外側(cè)焊接，預(yù)制節(jié)外側(cè)周邊緣預(yù)埋鋼板，現(xiàn)場施焊，并在預(yù)制節(jié)中間采用放置鋼筋籠連接。

2.4 沉井挖土下沉

土方開挖必須嚴(yán)格按照對稱跳開開挖的原則，將沉井劃分12個區(qū)間，每個區(qū)間5.23 m，分6次對稱開挖。

開挖順序：挖1-挖1→挖2-挖2→挖3-挖3→挖4-挖4→挖5-挖5→挖6-挖6(圖3)。嚴(yán)禁連續(xù)在刃腳周圈大面積開挖。每次挖井深度控制在30～50 cm。下沉過程中整個挖土深度17.05 m。

圖3 開挖順序示意

按沉井外壁與土體間的單位摩阻力，通過分層加載下沉計算，得出結(jié)論：

(1)在刃角斜面刃口部位土方挖開時：沉井以下沉為主。

(2)在刃角斜面刃口入土層時：沉井以不下沉為主。

主要控制原則：

(1)跳倉對稱挖土，每層開挖深度控制0.5 m以內(nèi)。

(2)開挖過程中側(cè)壁內(nèi)三角支架，搭設(shè)圍護(hù)，防止墜落。

3 沉井施工監(jiān)控

3.1 現(xiàn)場地面沉降監(jiān)測

考慮到現(xiàn)場挖土施工對沉井周圍的地勢的影響，在圍護(hù)樁外圍設(shè)置沉降觀測點(diǎn)。布置在便于觀測且不影響施工的地方，沉降觀測點(diǎn)為了不被現(xiàn)場施工過程中車輛所破壞，在地面上打入水泥釘作為標(biāo)志，同時也方便在測量過程中尋找測點(diǎn)。

使用水準(zhǔn)儀對現(xiàn)場沉降測點(diǎn)每天進(jìn)行觀測并記錄數(shù)據(jù)、并計算現(xiàn)場的地面的沉降量。

在沉井下沉期間，在施工現(xiàn)場內(nèi)設(shè)置12個地面沉降觀測點(diǎn)。對這12個地面沉降觀測點(diǎn)的的位移變化進(jìn)行觀測并統(tǒng)計分析。

3.2 外圍環(huán)境沉降監(jiān)測

考慮到施工過程中沉井取土深度較深，可能會對工地外圍街道和建筑物有影響，比如出現(xiàn)道路塌陷和建筑物的地基損壞，為了預(yù)防出現(xiàn)這種嚴(yán)重的影響，所以就在工地外圍街道建筑物附近布置了一圈沉降測點(diǎn)，每天進(jìn)行沉降量觀測，將每次測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，以此預(yù)防出現(xiàn)較大的沉降，以致于對周圍建筑物造成嚴(yán)重的影響。

在沉井下沉期間，在場地外街道上布置5個沉降觀測點(diǎn)。對這5個地面沉降觀測點(diǎn)的的位移變化進(jìn)行觀測并統(tǒng)計分析。

3.3 地下水位監(jiān)測

施工場地位于蔡尖尾山南面的沖洪積準(zhǔn)平原上，明顯處于相對較低洼的下游滲流(或匯水)通道上，在極端降雨情況下，地下水位會有較大幅度的上升，在地勘過程中測得擬建場地內(nèi)地下水初見水位埋深2.15～2.35 m，高程2.89～2.99 m；穩(wěn)定水位埋深1.8～2.1 m，高程3.14～3.34 m。

從場地分布的巖土層分布情況及場地所處位置分析，該場地地下水量較豐富，埋深較淺?？紤]到廈門地區(qū)氣候特征、場地地形地貌及周邊排水條件以及降雨對地下水位的影響，所以對地下水位2 d進(jìn)行一次測量，現(xiàn)場布置4個水位觀測點(diǎn)。

4 結(jié)論

地面沉降和地下水位測量：觀測井水位變化平穩(wěn)。并沒有因降水井抽水發(fā)生較大下降，且井內(nèi)挖土施工期間也沒出現(xiàn)地下水，說明止水帷幕效果明顯，井內(nèi)施工安全。抽水和挖土對于現(xiàn)場內(nèi)和場外的地面沉降點(diǎn)產(chǎn)生影響較小。在沉井完全下沉到位，設(shè)置的沉降觀測點(diǎn)中，沉降點(diǎn)1、4、7、10四個點(diǎn)浮動比較大，產(chǎn)生了約2 mm的沉降，主要原因可能是這四個點(diǎn)最靠近沉井，處于布點(diǎn)的最內(nèi)圈，中圈的點(diǎn)2、5、8、11約沉降1 mm，最外圈的因距離太遠(yuǎn)沒有明顯沉降變化，沉降 值均在預(yù)警值以內(nèi)，不會對沉井的施工以及周圍的場地產(chǎn)生影響。場內(nèi)吊車和渣土車的來回開動未對地面造成沉降影響，不會對施工場地及周邊建筑的安全產(chǎn)生影響。