袁新軍 姚亞歐

1 工程背景

在軟土地基中地基承載力差、距長(zhǎng)江近,地下水、補(bǔ)給水均很充分的情況下施工沉井,沉井的下沉速度、垂直偏差等很難控制,如不選用恰當(dāng)?shù)姆桨?往往會(huì)造成超沉、傾斜、偏位等質(zhì)量缺陷。本文介紹了一種采用干沉濕沉相結(jié)合的方案,使得上述問(wèn)題迎刃而解。

揚(yáng)州第二發(fā)電廠(chǎng)2號(hào)雨水泵房位于揚(yáng)州市瓜洲鎮(zhèn)東北、長(zhǎng)江大堤北側(cè)約100m,一部分位于原河塘位置,泵房所處地層為第四紀(jì)長(zhǎng)江沖積物,自然地面標(biāo)高1.50m。

泵房下部為箱形沉井結(jié)構(gòu),平面尺寸32.4 m×23.8 m,高15.8 m。沉井分三次制作,一次下沉,預(yù)留1.5 m高待沉井封底后與4.30m層平臺(tái)一起澆筑,設(shè)計(jì)刃腳標(biāo)高-11.5 m。

根據(jù)上述情況,決定采用沉井設(shè)計(jì)時(shí),必須考慮施工的可行性,充分考慮在軟土地基上如何控制異形沉井的突沉及不均勻下沉的問(wèn)題,也必須考慮下沉過(guò)程中,沉井取土后淤泥上涌問(wèn)題,即井壁外流塑狀淤泥因井內(nèi)外土面高差涌入井內(nèi),使井內(nèi)只出土,但土體標(biāo)高不下降,而井外土體下沉,導(dǎo)致沉井傾斜失穩(wěn)的問(wèn)題。

2 技術(shù)措施

沉井施工分排水下沉和不排水下沉,即所謂干沉和濕沉。排水下沉,勞動(dòng)條件較好,挖土準(zhǔn)確,下沉速度易于控制,若土層中有障礙物,易于發(fā)現(xiàn)和清除,沉井發(fā)生傾斜也易于糾正,所以應(yīng)盡量采取措施排水施工。但排水下沉要求較高,如下沉系數(shù)不能大于1.05,沉井穿過(guò)的土層透水性較差,滲水量不大,或者雖然透水性強(qiáng)、滲水量大,但采取人工降水措施不致產(chǎn)生流砂等等。

但該沉井位置地質(zhì)條件較差,沉井持力層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,承載力很差,地下水豐富,加之本沉井自重較大,平衡條件很難滿(mǎn)足。

若排水下沉,終沉系數(shù):

1)沉井自重 G=9120 t。

2)考慮管井降水,地基反力按極限承載力10 t/m2,考慮沉井內(nèi)涌土2.0m,刃腳和隔梁全部受力,R刃=1291 t,R梁=1530 t。

3)沉井內(nèi)壁及隔梁與土的接觸高度2.0m,每次僅挖兩格,其余不挖,摩擦系數(shù)取1.0 t/m2,T梁=588 t,T井=1461 t。

所以排水下沉?xí)r,沉井不能平衡。

本工程3號(hào),2號(hào)雨水泵房設(shè)計(jì)相同,3號(hào)雨水泵房先于2號(hào)雨水泵房施工,采用了排水下沉的方案,在接近設(shè)計(jì)標(biāo)高1.7 m時(shí),停止除土,沉井完全自沉到位,最快時(shí)1 h自沉20cm,后緊急采取井內(nèi)灌水、拋石壓重、井外降水、覆土覆砂等各種阻沉措施,沉井才得到控制。

GB J202-83地基和基礎(chǔ)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定,在軟土層中以排水法下沉沉井,當(dāng)沉井距設(shè)計(jì)標(biāo)高2 m時(shí),對(duì)下沉和挖土情況應(yīng)加強(qiáng)觀(guān)測(cè),如沉井仍不斷自沉?xí)r,應(yīng)向井內(nèi)灌水,改用不排水施工,或采用其他使沉井穩(wěn)定的措施。

綜合3號(hào)雨水泵房沉井施工教訓(xùn),2號(hào)雨水泵房采用干沉濕沉相結(jié)合的方案。

下沉初期,由于沉井重心較高,重點(diǎn)控制偏位和不均勻下沉,因此拆除砂堤和井內(nèi)取土應(yīng)對(duì)稱(chēng)進(jìn)行。下沉至7 m～8 m時(shí),淤泥質(zhì)粘土在滲流作用下,涌進(jìn)井內(nèi)引起沉井下沉過(guò)快,這時(shí)應(yīng)及時(shí)向井內(nèi)灌水,保持沉井內(nèi)外水位基本平衡,進(jìn)入濕沉階段,這時(shí)采用空氣吸泥機(jī)逐層對(duì)稱(chēng)吸除井內(nèi)土層,但保持井內(nèi)土層不低于刃腳踏面,沉井靠自重下沉,若此時(shí)沉井仍處于穩(wěn)定狀態(tài),則可以逐步排井內(nèi)水迫使下沉。沉井下沉至距設(shè)計(jì)標(biāo)高2 m時(shí),進(jìn)入終沉階段,應(yīng)放慢速度,加強(qiáng)觀(guān)測(cè),重點(diǎn)糾偏,確保沉井在到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高0.15 m時(shí)各項(xiàng)誤差控制在允許范圍內(nèi)。當(dāng)沉井下沉至距設(shè)計(jì)標(biāo)高0.10m時(shí),應(yīng)停止下沉。若沉井仍在下沉,應(yīng)采取井內(nèi)灌水、井外降水迫使下沉停止。當(dāng)8 h內(nèi)下沉量不大于0.01 m時(shí),沉井穩(wěn)定,下沉結(jié)束,進(jìn)入封底階段。

3 各階段下沉系數(shù)分析

3.1 刃腳穿過(guò)砂墊層入土

刃腳穿過(guò)砂墊層入土?xí)r,砂墊層選在②-1土層。

1)摩擦系數(shù)取2.0 t/m2,T=450 t。

2)地基承載力取5 t/m2,R刃=645 t,R梁=765 t。初沉?xí)r,下沉系數(shù)太大,排土要特別謹(jǐn)慎。

3.2 終沉階段

沉井進(jìn)入③-1土層,井內(nèi)土與隔梁底平,支撐住刃腳和隔梁。

1)井內(nèi)灌水,水位穩(wěn)定在1.5 m,沉井受浮力 B=3393 t。

2)井外降水,地基承載力 10 t/m2,R刃=1291 t,R梁=1530 t。

3)摩擦系數(shù)取1.0 t/m2,T井=1461 t。

k＞1.05,這說(shuō)明濕沉?xí)r,井內(nèi)要求土體壓重。

3.3 除土高度的確定

假定k=1.05沉井穩(wěn)定平衡,考慮取2格土封底,如圖1所示。

在灌滿(mǎn)水的情況下,隔梁需埋入土內(nèi)3.1 m高,即當(dāng)沉井除土至-7.8 m時(shí),應(yīng)停止除土,讓沉井自沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高穩(wěn)定后,開(kāi)始清除土體,每次2格,進(jìn)行水下封底。

4 阻沉措施

4.1 人工降低地下水位

人工降低地下水位是固結(jié)地基提高地基承載力和摩擦力的有效辦法,考慮到沉井穩(wěn)定條件不夠安全,擬打6口直徑60cm的深井,井深30m,距沉井壁 10m,沿沉井放射狀布置。同時(shí)考慮到砂墊層選在②-1土層,該土層承載力差,地下水豐富,為保證沉井制作安全,降水宜早進(jìn)行。為觀(guān)測(cè)降水效果,布置3眼觀(guān)測(cè)井,井深20m。

4.2 側(cè)面增阻

沉井下沉過(guò)程中,周?chē)馏w受到影響,由近及遠(yuǎn)產(chǎn)生裂縫和下坍,此時(shí)應(yīng)及時(shí)在井外補(bǔ)土,并沿沉井外壁填充砂石料跟沉,增加土體與井外壁的摩擦力。同時(shí)在井外設(shè)明溝,排除井外地表水,防止地表水滲入減小土體與井外壁的摩擦力。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本泵站沉井設(shè)計(jì)和施工的成功經(jīng)驗(yàn),給在軟土地基上施作沉井的設(shè)計(jì)總結(jié)出了新的思路。今后在不同的軟土地基上做沉井設(shè)計(jì)可以通過(guò)計(jì)算,變化刃腳面積等諸多手段調(diào)整承載力,此方法工藝簡(jiǎn)便,造價(jià)低廉,安全可靠。

[1]章天恩.實(shí)用建筑設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.

[2]侯學(xué)淵,錢(qián)達(dá)仁,楊林德.軟土工程施工新技術(shù)[M].合肥:安徽科學(xué)技術(shù)出版社,1999.

[3]GB 50202-2002,建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[4]盧向光.沉井施工法在南洲路頂管工作井的應(yīng)用實(shí)踐[J].珠江現(xiàn)代建設(shè),2009(5):20-22.

[5]鄭明月,徐一鳴.設(shè)備深基礎(chǔ)施工中沉井技術(shù)的應(yīng)用與計(jì)算[J].建筑施工,2007(9):30-31.