沉井封底時遇涌砂處理措施探析

劉 燦，魏自富

（中交水利水電建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315200）

給排水工程地下構(gòu)筑物常采用沉井施工方法，這種方法適用于埋設(shè)較深的構(gòu)筑物。由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)原因，沉井沉至地下水位以下，從沉井中直接開挖下沉經(jīng)常容易引起沉井內(nèi)外出現(xiàn)水頭差，導(dǎo)致出現(xiàn)流砂現(xiàn)象。因而引起沉井下沉過快、沉井傾斜，以致影響周邊構(gòu)筑物的安全，也給施工帶來極大困難。

在長三角一體化南太湖未來新城長東片區(qū)總部經(jīng)濟(jì)園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施長東路排水工程中，污水閘門井采用沉井法施工，下沉和封底時因地質(zhì)原因出現(xiàn)涌砂，項目部經(jīng)過討論分析，比對方案，制定應(yīng)對措施，取得了良好成效。本文依托現(xiàn)場實際施工經(jīng)驗，分析、總結(jié)沉井下沉及封底時遇涌砂處理措施，以供后續(xù)類似工程施工時作為參考借鑒。

1 工程概況

長三角一體化南太湖未來新城長東片區(qū)總部經(jīng)濟(jì)園區(qū)長東路工程位于浙江省湖州市南太湖新區(qū)，該道路線路呈南北向，西起金山三路，經(jīng)宣家港路、宿瀆港路、金山二路、銀山二路等主要線路，東至金山一路，設(shè)計全長為2 945.859m。建設(shè)內(nèi)容包含綜合管廊、道路工程、排水工程、橋梁工程、路燈工程、交安工程。

1.1 沉井、頂管概況

長東路排水工程中污水管道沉井頂管區(qū)間為W41-W60，污水沉井共計20 個，其中過河段采用倒虹吸工藝，設(shè)置矩形沉井共計4 個（W43、W44、W54、W55），高度均為10.1m，采用2 根DN800 污水管頂管過河；剩余為16 個圓形沉井，圓形沉井中工作井和接收井各8 個，直徑分別為6.5m和4.5m，圓形沉井高度為5.9～9.4m（圖1）。

圖1 污水管頂管過河示意圖

河道兩側(cè)分別為頂管工作沉井（W44、W54，井規(guī)格為6 500mm×5 500mm）和頂管接收沉井（W43、W55，井規(guī)格為4 000mm×5 500mm），并設(shè)置閘門。

1.2 工程地質(zhì)情況

根據(jù)勘察單位提供的工程地質(zhì)剖面圖（圖2），可知沉井下沉到位后所處地層土質(zhì)為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。

圖2 工程地質(zhì)剖面圖

1.3 工程水文情況

勘察期間所測得的地下水初見水位埋深在0.0～2.2m 之間，穩(wěn)定水位埋深在0.1～2.3m 之間，其標(biāo)高在0.93～2.13m 之間，平均穩(wěn)定水位埋深0.99m，平均穩(wěn)定水位標(biāo)高為1.50m。

根據(jù)場地周邊水井（塘）的水位調(diào)查情況，場地內(nèi)地下水位動態(tài)變幅主要受季節(jié)性大氣降水影響，歷史最高地下水位接近地表，年平均高水位埋深約為0.0m，低水位埋深約為2.5m，年變化幅值在2.5m 左右。

2 施工工藝及問題分析

根據(jù)對擬建場地的土層特征、地下水位及施工條件的綜合分析，本工程的污水管道沉井采用排水下沉和干封底的施工方法。沉井施工工藝如圖3 所示。

2.1 沉井下沉過快

下沉?xí)r采用長臂挖機(jī)取土，抓土從中央開始向兩側(cè)進(jìn)行，井底中央形成鍋底后，沉井因刃腳承載力的下降而下沉，并將刃腳下的土擠向中央鍋底。繼續(xù)從井孔中抓土，使沉井繼續(xù)下沉[1]。

正常情況下，長臂挖機(jī)取土至刃腳底以下0.5～1.5m，形成鍋蓋狀后，沉井進(jìn)而下沉至設(shè)計標(biāo)高，如W56-W59 沉井均順利下沉到位（圖4）。但W55 沉井實際下沉施工過程中，沉井下沉速度較快，長臂挖機(jī)還未取土至刃腳底時，沉井已下沉至設(shè)計標(biāo)高，同時沉井存在依靠自重繼續(xù)下沉的情況。

圖4 沉井封底鍋蓋狀示意圖

項目部立即踏勘現(xiàn)場情況，研究地質(zhì)報告等相關(guān)資料，分析判斷為W55 沉井位于在長東路4#橋東側(cè)，靠近主河道，地下水位高，土質(zhì)偏軟，同時W55 沉井尺寸大，自重大，周圍土體與沉井的接觸摩擦力不足以保持沉井穩(wěn)定不下沉，因此出現(xiàn)下沉較快的現(xiàn)象。

管理人員當(dāng)即決定，一方面，停止取土，刃腳處可適當(dāng)回土并壓實，提高摩擦力防止繼續(xù)下沉；另一方面，聯(lián)系商混站安排泵車及混凝土罐車，最快時間內(nèi)完成封底混凝土澆筑，以確保沉井穩(wěn)定不再下沉。

2.2 封底后涌砂

封底混凝土澆筑完成后，隔日施工管理人員查看沉井井底情況時，發(fā)現(xiàn)存在滲水及涌砂現(xiàn)象。涌砂堆積速度一開始較快，后續(xù)達(dá)到一定高度后堆積速度開始逐漸放緩，目前砂堆積已近淹沒預(yù)留洞口，初步估計涌砂高度為1.2～1.5m。仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，砂堆積高度依然在緩慢上升，說明此時涌砂雖速度較慢，但并未停止（圖5）。

圖5 沉井封底后涌砂現(xiàn)狀圖

項目部管理人員探討研究后，分析判斷為臨近河道地下水位高，沉井封底混凝土剛澆筑完成時強度小，不足以抵抗沉井底部的承壓水壓力，以致形成滲流通道，出現(xiàn)涌水涌砂的現(xiàn)象。

項目部查閱相關(guān)資料，并與設(shè)計單位溝通后，初步確定2 個處理方案。

1）井點降水法 先在沉井四周打設(shè)井點降水，降低地下水位至沉井封底混凝土以下，以此減小承壓水壓力，消除涌水涌砂。然后安排人員下井清除堆積砂，沖洗干凈后即可開始沉井底板施工。本方案優(yōu)點是穩(wěn)妥，水位降低后水壓力隨即降低，涌水涌砂問題迎刃而解，缺點是費用高，需要打設(shè)4 個井點進(jìn)行降水，初步測算為10萬元，費用較高。

2）高壓灌漿封堵法 先增設(shè)水泵抽排井內(nèi)積水，然后安排人員下井清除堆積砂，沖洗干凈后找到涌水涌砂的漏洞（即滲流通道），最后采用高壓漿對漏洞進(jìn)行灌漿封堵，確保無涌水涌砂后立即開始沉井底板施工。本方案優(yōu)點是費用低，僅需進(jìn)行高壓噴漿即可，初步測算為2～3 萬元，缺點是存在不可控因素，較為冒險，如果承壓水壓力過大，一方面可能出現(xiàn)涌水涌砂速度過快導(dǎo)致無法清理干凈，另一方面可能出現(xiàn)高壓灌漿無法順利封堵，以至于井內(nèi)底板無法具備施工的條件。

項目部與相關(guān)專家分析研究，并對水壓力進(jìn)行測算后，決定采用第二種方案高壓灌漿封堵法。安排人員架設(shè)水泵對井內(nèi)進(jìn)行抽排水，水位下降后觀察井內(nèi)情況，發(fā)現(xiàn)涌砂漏洞集中在刃腳四周，判斷為封底混凝土澆筑前刃腳周圍土體未清理干凈，導(dǎo)致封底混凝土與刃腳結(jié)合不好，密封性差，進(jìn)而發(fā)生涌水涌砂[2]。

作業(yè)人員清理完涌砂至封底混凝土頂面后，仔細(xì)搜尋所有漏洞，并立即采用高壓灌漿進(jìn)行封堵（圖6）。經(jīng)過觀察、監(jiān)測，井內(nèi)不再發(fā)生涌砂現(xiàn)象，判定已順利完成封堵，可開始后續(xù)沉井底板施工。

圖6 高壓灌漿封堵漏洞圖

3 應(yīng)用實例

W54 沉井與W55 沉井分別位于長東路4#橋河道東、西兩側(cè)，現(xiàn)場施工環(huán)境及土質(zhì)情況基本一致，鑒于西側(cè)W55 沉井施工時發(fā)生了沉井下沉過快及涌砂現(xiàn)象，若采取同樣排水下沉及干封底的作業(yè)方法，東側(cè)W54 沉井施工時大概率也會遭遇同樣的問題。綜合考慮，我們決定W54 沉井作業(yè)方法改為不排水下沉及水下封底。

W54 沉井挖土下沉?xí)r安排專人監(jiān)測下沉速度，如遇下沉速度較快，立即安排水泵向井內(nèi)加水，增加井體浮力，減緩下沉速度，以確保下沉到位，不超沉。水下封底可減小封底混凝土受到的承壓水壓力[3]，防止封底混凝土強度未成型時遭到壓力破壞形成漏洞。灌注封底混凝土前注意仔細(xì)掏除刃腳處土體，以確保封底混凝土與刃腳結(jié)合完好。采用泵車直接伸至水下井底處澆筑混凝土?；炷翝仓樞驗橛伤闹艿街行?，即先澆筑四周刃腳處混凝土，后澆筑井中心混凝土，以便更好地完成封底。

W54 沉井施工時因改為不排水下沉及水下封底，封底順利完成，未出現(xiàn)涌水涌砂現(xiàn)象。

4 結(jié)語

綜上所述，沉井施工時如遇下沉過快及封底涌砂問題時，可以改變施工作業(yè)方法，調(diào)整井體浮力或水壓力，確保沉井下沉及封底的順利進(jìn)行，同時要注意封底時刃腳的土體清理及混凝土澆筑順序，以保證封底的施工質(zhì)量。