仇黨見 蔡成煥 范力元

中國建筑第四工程局有限公司土木公司市政分公司清遠市政路項目部 廣東清遠 511500

1 工程概況

沉井在市政工程中應(yīng)用廣泛，常用于取水構(gòu)筑物、排水泵站、大型集水井、盾構(gòu)和頂管工作井等工程。技術(shù)上比較穩(wěn)妥可靠，挖土量少，對鄰近建筑物的影響比較小，沉井基礎(chǔ)埋置較深，穩(wěn)定性好，能支承較大的荷載。

清遠市職教一路道路工程，頂管施工包括7個沉井（3個工作井，4個接收井）；現(xiàn)場施工地質(zhì)和地勘報告基本符合，及開挖下沉2米左右即為卵石層；在正常除土下沉3-4米左右時出現(xiàn)井外塌方，無法正常下沉的情況；通過學(xué)習(xí)各方面知識，并綜合考慮現(xiàn)場實際情況，采用泥漿護壁施工方案實現(xiàn)順利下沉，可進行下道工序[1]。

2 工程地質(zhì)

根據(jù)地勘報告與現(xiàn)場已施工部位實際情況得知，沉井施工深度范圍內(nèi)，地面標(biāo)高1-2米范圍內(nèi)為由根植土或雜填土組成，其余主要由卵石、礫砂組成，部分夾雜粘性土或碎石。卵石含量70%-80%左右，粒徑2-35cm不等。地下水位深度為地面下2米左右。根據(jù)地質(zhì)情況可得知在土體受到擾動后，流動性大易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。

3 泥漿護壁施工工藝原理

3.1 沉井下沉系驗算

（1）沉井下沉計算包括沉降系數(shù)計算，刃腳踏面及斜面下肢反力檢算，隔墻支反力計算（有中隔墻沉井），沉井井壁摩阻力計算，沉井穩(wěn)定計算（浮運沉井），下沉穩(wěn)定系數(shù)計算等。

（2）沉井刃腳檢算，刃腳檢算根據(jù)刃腳在水平和豎直兩個方向的作用力進行荷載分配和計算。

（3）依據(jù)不排水下沉系數(shù)k=1．05-1．25對沉井下沉系數(shù)進行驗算，驗證護壁泥漿減少的摩擦阻力是否滿足沉井下沉的條件。以W216圓形工作為例，已施工4節(jié)，下沉3節(jié)，每節(jié)1．5米高，內(nèi)徑7米，壁厚0．45米，計算沉井自重下沉系數(shù)k的公式及受力簡圖如下：

K=（Q-B）/（T+R）=（Q-B）/[πD（H-1．5）f+R]

式中：Q沉井自重及附加荷載（KN），Q=3．14×（7+0．45+0．45）×6×0．45×9．8=656KN；

B：被井壁排開的水重（KN），取值為0；

T：沉井與地基土間的摩擦力（KN）；

R：刃腳反力（KN），刃腳取土?xí)r取值為0；

R=7．9×0．45×3．14×5；

D：沉井外徑（m），D=7+0．45+0．45=7．9m；

H：沉井高度（m），H=4×1．5=4．5m；

F：側(cè)壁與泥漿摩阻力，取值f=5KN；

代 入 式 中， 可 得 K=（16409-0）/[3．14×7．9×（6-1．5）×5）]=1．175

依據(jù)《頂管施工技術(shù)規(guī)范》（中鐵大橋局出版）下沉系數(shù)K取值范圍為1．05-1．25，可得采用泥漿護壁后沉井可以順利下沉。

3.2 泥漿護壁機理

（1）泥漿機理分析。護壁泥漿應(yīng)具有一定的穩(wěn)定性、流動性和一定的密度。護壁泥漿種類通常有膨潤土泥漿、聚合物泥漿、CMC泥漿和鹽水泥漿等。目前，工程中大量使用的是膨潤土泥漿，遇水顯著膨脹，粘聚性和可塑性都很大的材料。

（2）泥漿形成機理。膨潤土泥漿的主要成分是蒙脫石，具有觸變性、濕脹性和膠體性；膨潤土和水混合后，由于膨潤土的膨脹而粘度增大，在靜置狀態(tài)下，膨潤土懸浮液流動性變小，但重新攪動后，又會恢復(fù)原來的觸變性。膨潤土加清水混合后，產(chǎn)生顯著的濕脹。膨潤土顆粒在水中就變成一種帶負電荷的膠體，從而使膨潤土顆粒處于懸浮狀態(tài)，即形成護壁泥漿[2]。

（3）泥漿護壁機理。由于泥漿具有一定的比重，當(dāng)槽內(nèi)泥漿液面高程大于地下水位高程，泥漿就會對沉井壁產(chǎn)生一定靜水壓力，該壓力可抵抗作用在槽壁上的側(cè)向土壓力和水壓力，相當(dāng)于一種液體支撐，可以防止井外土坍塌和剝離；由于泥漿會向土層中滲透，地下水也會向槽壁內(nèi)滲透，雙方相互滲透，在槽壁上會形成一層透水性很低的泥皮，從而使泥漿的靜水壓力直接作用在槽壁上，起到防止槽壁剝落的作用。另外，泥漿還從井壁表面向土層內(nèi)滲透，待滲透到一定范圍，泥漿就粘附在土顆粒上。這種粘附作用減少槽壁的透水性，也可防止槽壁坍塌。

（4）泥漿作用。在泥漿有效護壁的作用下，可以減小地質(zhì)對沉井壁的摩阻力。泥漿在槽壁上形成的泥皮可以有效地防止槽壁坍塌。

4 操作要點

4.1 泥漿制備

（1）選用的泥漿原料及配合比，應(yīng)保證泥漿具有良好的穩(wěn)定性、流動性、固壁性和觸變性。泥漿配合比和泥漿性能各項指標(biāo)應(yīng)符合施工規(guī)范要求。

（2）壓漿管路應(yīng)暢通無阻。壓漿管的射口處應(yīng)設(shè)置防護，射出的泥漿不得直接沖刷土壁。

（3）井底置于土層的泥漿套沉井，應(yīng)根據(jù)泥漿套實際效果及地層情況，提前減緩壓入泥漿的速度。

4.2 壓漿：孔道的設(shè)置可分為內(nèi)管法和外管法

（1）內(nèi)管法（a）：厚壁沉井可使用內(nèi)管法，即壓漿管設(shè)置在井壁內(nèi)，也可提前在井壁預(yù)留管孔。預(yù)留管孔可以用纏有鉛絲的舊膠管，內(nèi)穿圓鋼芯在井壁預(yù)制孔道，灌澆混凝土終凝前，將膠管提起50cm左右，待1-2d后，拔出膠管即形成了壓漿管道。

（2）外管法（b）：薄壁沉井可采用外管法，外管法分為井外管和井內(nèi)外管，即壓漿管可置于井壁內(nèi)側(cè)或外側(cè)。井外管法是將壓漿管順井壁外側(cè)直插入泥漿套內(nèi)進行壓漿。井內(nèi)外管法是將壓漿管從井孔內(nèi)插在接近沉井臺階高度處，穿過井壁將壓漿管出口引至泥漿套內(nèi)。壓漿管的直徑為50mm左右，間距3～4m左右，方向與井壁成45°為宜。

5 質(zhì)量控制措施

5.1 泥漿制備

按照規(guī)范要求制備符合要求的泥漿是確保順利下沉的關(guān)鍵工序

5.2 沉井下沉

下沉前混凝土強度必須達到圖紙要求強度，并清除井內(nèi)雜物；底節(jié)沉井下沉初期沉降系數(shù)大，應(yīng)從中間開始向刃腳處均勻?qū)ΨQ取土，防止沉井傾斜；沉井應(yīng)連續(xù)下沉，減少中間停頓時間，做好下沉記錄，隨時分析土層與沉井重量的關(guān)系。下沉?xí)r，應(yīng)隨時調(diào)整沉井的傾斜和位移，控制井內(nèi)取土深度和井孔間的土面高差。在透水性好的土層中，應(yīng)保持井內(nèi)水位高于井外水位，防止大量翻砂。

5.3 下沉觀測

井筒下沉過程中可能出現(xiàn)傾斜、位移等現(xiàn)象，為了及時發(fā)現(xiàn)問題，并隨時加以糾正，必須在下沉過程中嚴(yán)密地進行觀測檢查，以防偏斜過大而造成糾偏困難。對沉井觀測可分井內(nèi)觀測和井外觀測兩種[3]。

5.4 井外觀測

可以從設(shè)置在井壁四周的水平標(biāo)尺測定，為使水平標(biāo)尺讀數(shù)不受到井筒下沉引起的沉井四周土壤不均勻沉降的影響，應(yīng)將水平標(biāo)尺設(shè)置于距井33．5米的位置（如圖所示），各水平標(biāo)尺尺寸上線標(biāo)高值均應(yīng)相同，并在水平標(biāo)尺相對應(yīng)的的井筒外壁上劃定統(tǒng)一的豎直標(biāo)尺數(shù)字，這樣根據(jù)各處水平標(biāo)尺指的豎直標(biāo)尺讀數(shù)就可得出沉井軸線的傾斜角度，也可按兩次的讀數(shù)差，得知沉井下沉距離，水平標(biāo)尺應(yīng)用水平儀測放并經(jīng)常進行復(fù)核，井外觀測可每隔1小時進行一次并做好讀數(shù)記錄。

5.5 糾偏

（1）井取土糾偏，由于挖土速度不均勻，引起井筒軸線傾斜的多采用挖土法糾偏。 即下沉多的地點少挖土，下沉少的地點多挖土，其沉井傾斜從而得到糾正。

（2）井頂施加水平力糾偏頂部施加水平力的方法，在井頂設(shè)置斜撐固定于基坑內(nèi)枕木上，在沉井內(nèi)取土。

（3）位移糾正措施一般是有意使沉井向位移相反方向傾斜，再沿傾斜方向下沉，至刃腳中心與設(shè)計中心位置吻合時， 再糾正傾斜，因糾正傾斜重力作用[4]。

6 結(jié)語

清遠市職教一路沉井施工中，本著設(shè)計圖紙要求，項目部綜合考慮了各種助沉措施和適用的條件：①直臂挖掘機挖土過程中會帶有少量水，可往井內(nèi)注水或者使用抓斗挖掘機進行挖土，進而滿足不排水下沉的施工工藝要求；②鋼板樁支護止水（卵石層鋼板樁施工難度大，不可采用）；③高壓射水出去刃角處阻礙卵石；④上部結(jié)構(gòu)允許的情況下增加配重或者接高沉井，可以達到增加自身重力的效果；⑤現(xiàn)場地址允許的情況下使用泥漿助沉；最終結(jié)合現(xiàn)場施工條件，項目部選用了試用泥漿助沉的辦法，望給后期施工中遇到類似地質(zhì)施工條件提供參考。