沖吸泥工法在大型陸域沉井下沉中的應(yīng)用

李一石

(中鐵大橋局第六工程有限公司，湖北武漢 430100)

1 工程概況

武漢鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋?yàn)槿目鐟宜鳂颍瑵h陽(yáng)側(cè)北錨基礎(chǔ)采用直徑66 m圓形沉井，井壁厚度為12.3 m，井壁上有16個(gè)直徑8.7 m圓孔，中間設(shè)厚度1.4 m十字隔墻。由于北錨所處武漢市區(qū)，周邊房屋眾多，拆遷困難，施工場(chǎng)地狹窄，錨碇周邊主要建筑物為:錨碇上游距錨碇中心50 m外側(cè)為密集2層～4層磚混結(jié)構(gòu)民房，在錨碇西北側(cè)距錨碇中心約130 m為世貿(mào)錦繡長(zhǎng)江已建成的54層樓房，沿橋軸線(xiàn)距錨碇中心約100 m為漢陽(yáng)鸚鵡長(zhǎng)江大堤。為了避免北錨碇沉井下沉過(guò)程中取土對(duì)大堤和周?chē)ㄖ锏牟焕绊憽⒖朔辆┕ぶ锌赡芊霸斐傻娘L(fēng)險(xiǎn)，在沉井邊緣外側(cè)10 m設(shè)置地下連續(xù)墻作為防護(hù)墻，并在沉井下沉施工之前完成。地下連續(xù)防護(hù)墻為圓環(huán)形，與沉井同圓心，中心半徑為43 m。防護(hù)墻為C30水下鋼筋混凝土剛性結(jié)構(gòu)，墻厚80 cm，墻頂標(biāo)高+21 m，底標(biāo)高－34 m，深度55 m。

2 工程地質(zhì)

根據(jù)地勘資料和現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖確認(rèn)，場(chǎng)地地面標(biāo)高平整至+21.0 m以后，地面以下還存在0.36 m～1.72 m的回填土層(層底平均高程+18.89 m)和3 m～5.3 m的粉質(zhì)黏土層(層底平均高程+15.62 m)。回填土層巖土特征為:雜色，稍濕，松散，成分主要為黏性土，碎磚、塊石等建筑垃圾，強(qiáng)度低，壓縮量大。粉質(zhì)黏土層巖土特征為:黃褐色，軟塑，不顯層理，土質(zhì)較均，強(qiáng)度較低，基本容許承載力為120 kPa。為保證沉井接高過(guò)程中的穩(wěn)定，場(chǎng)地標(biāo)高平整到+21 m，采用水泥攪拌樁進(jìn)行地基處理，攪拌樁主要加固處理粉質(zhì)黏土層，貫穿粉質(zhì)黏土層至粉砂層頂面，攪拌樁樁頂標(biāo)高+21 m，樁底標(biāo)高+15 m，樁徑500 mm，施工樁長(zhǎng)6 m，平面布置以沉井中心為圓心環(huán)形布置，相鄰樁中心間距按1.2 m～1.73 m設(shè)置，沉井內(nèi)圓和井壁小圓孔底部不布置。水泥攪拌樁施工完成后開(kāi)挖1.5 m，對(duì)局部處理效果較差地方，表面再開(kāi)挖0.5 m摻入石灰后進(jìn)行回填碾壓，表面平整至+19.5 m，再鋪設(shè)1.5 m砂墊層，砂墊層頂面標(biāo)高+21 m，在砂墊層上采用砂袋粗砂堆砌成高為1.8 m刃腳模。

3 工法概述

為保證不排水階段時(shí)取土順利，采用傳統(tǒng)的干挖取土，利用挖機(jī)井下取土，采用吊機(jī)垂直運(yùn)輸，不僅效率低下，而且需要投入多臺(tái)大型起吊設(shè)備，且市區(qū)白天渣土車(chē)不能通行，施工場(chǎng)地狹小無(wú)臨時(shí)存儲(chǔ)場(chǎng)地，導(dǎo)致取土成本上升，難以達(dá)到文明施工要求，本工程采用沖吸泥工法解決這個(gè)問(wèn)題。

沖吸泥工法是采用高壓水槍將泥土沖切形成泥漿，然后采用泥漿泵將泥漿抽出沉井，利用大功率泥漿泵接力將泥漿輸送到泥砂船上，系統(tǒng)構(gòu)成包含供水系統(tǒng)，高壓射水系統(tǒng)，泥漿輸送系統(tǒng)，沉井應(yīng)力姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。供水系統(tǒng)采用5臺(tái)200 m3/h水泵放置在江面抽水，然后利用2臺(tái)1 450 m3/h輸送泵接力，利用2根φ315 mm輸送管，采用高架形式越過(guò)長(zhǎng)江大堤往蓄水池不斷補(bǔ)水。高壓射水系統(tǒng)采用12臺(tái)高壓水泵從蓄水池抽水，引出24條φ50 mm管路，形成高壓射水，射水壓力達(dá)到1 MPa，作業(yè)人員手持高壓水槍沖切泥土形成泥漿，如遇到堅(jiān)硬土層，利用挖機(jī)將土層進(jìn)行松動(dòng)，遇到雜物、石塊、磚塊，采用人工清理后吊出沉井。泥漿輸送系統(tǒng)采用16臺(tái)揚(yáng)程15 m，200 m3/h泥漿泵將泥漿抽出沉井，匯聚到沉井外泥漿箱，采用2臺(tái)1 450 m3/h輸送泵接力，利用2根φ315 mm塑料輸送管將泥漿輸送到長(zhǎng)江中泥砂船，泥漿輸送距離220 m。沉井應(yīng)力姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，采用預(yù)埋在底節(jié)鋼殼的鋼板計(jì)，以及鋼筋計(jì)、混凝土計(jì)、側(cè)壁土壓力計(jì)、刃腳壓力計(jì)及日常測(cè)量監(jiān)控作為控制手段。

4 工法應(yīng)用效果

4.1 工法工效

本次計(jì)劃取土下沉11 m，累計(jì)取土38 071 m3，由于接高過(guò)程中自重下沉約0.15 m，沖吸泥累計(jì)下沉10.34 m，用時(shí)14 d，日均下沉0.738 m/h，最小下沉量為7 mm/d，最大下沉量2 016 mm/d。沉井日下沉量時(shí)間關(guān)系圖及統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)圖1，表1。

圖1 沉井下沉量時(shí)間關(guān)系圖

表1 沉井下沉量統(tǒng)計(jì)表

取土過(guò)程中表面約3.3 m刃腳模及表層換填均采用粗砂，取土速度較快，利用高壓水槍很容易將粗砂刃腳模沖潰，利用泥漿泵可以順利抽出沉井。進(jìn)入黏土層后，效率明顯降低，由于黏土層經(jīng)過(guò)水泥攪拌樁處理，形成水泥黏土塊，局部土層摻加石灰，高壓水槍難以沖開(kāi)，工效低下，采用人工清除土塊，挖機(jī)局部破壞配合進(jìn)行作業(yè)。穿過(guò)黏土層后進(jìn)入細(xì)砂層，下沉速度最快。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)反映在下沉初期數(shù)據(jù)處于正常水平，進(jìn)入黏土層后，由于下沉困難采取了中間掏空十字隔墻，形成大鍋底逐步往外側(cè)取土，導(dǎo)致中部脫空過(guò)大，刃腳在下沉困難的情況下，刃腳受到較大橫向壓力，使得十字隔墻中間鋼板計(jì)應(yīng)力持續(xù)上升，最高超過(guò)80 MPa，停止沖吸泥后，采用砂袋將十字隔墻中間處鍋底回填，利用千斤頂將十字隔墻中部全部頂起，然后慢慢進(jìn)行沖吸泥作業(yè)，根據(jù)鋼板計(jì)應(yīng)力及下沉量的變化，逐步對(duì)千斤頂卸載。當(dāng)進(jìn)入細(xì)砂層后，由于漸漸進(jìn)入地下水位，細(xì)砂較為松散，吸泥效率明顯提高，下沉速度最快。下沉過(guò)程中刃腳反力值正常。

4.2 工法應(yīng)用注意事項(xiàng)

1)沖吸泥工法主要是利用管路進(jìn)行泥砂運(yùn)輸，所以對(duì)管路的維護(hù)很重要，由于輸送泥砂方量多，運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，輸送管道要采用優(yōu)質(zhì)塑料管，管道布置采用下穿或高架的形式，不能影響施工且方便維護(hù)。

接頭可采用熱熔或法蘭連接方式，保證連接質(zhì)量，防止爆管影響施工效率，管路停止使用前必須泵送清水，將管路內(nèi)沉積物清理干凈。

2)沖吸泥工法在砂土中效果較好，黏土層則工效較低，如果在沉井接高過(guò)程中，為防止地基承載力不夠及不均勻沉降，進(jìn)行地基處理，建議采用砂樁進(jìn)行地基處理，換填石灰土對(duì)沖吸泥工效影響較大，由于采用水泥或石灰對(duì)地基進(jìn)行處理后，容易形成堅(jiān)硬土塊，需要進(jìn)行人工清理，泥漿泵難以泵送且容易堵管。

3)下沉階段針對(duì)不同土層應(yīng)該采用不同沖切方法進(jìn)行，對(duì)于表面換填砂墊層可以采用中間向外側(cè)進(jìn)行，形成大鍋底，中部脫空，方便砂墊層順?biāo)鞯街胁浚媚酀{泵抽出，當(dāng)刃腳進(jìn)入黏土層后，必須放慢中部沖吸泥作業(yè)，可以在四個(gè)隔倉(cāng)沖吸形成4個(gè)小鍋底形狀，十字隔墻底部形成承托，減少十字隔墻應(yīng)力，防止下沉困難損壞隔倉(cāng)。當(dāng)進(jìn)入細(xì)砂層后，應(yīng)盡快形成大鍋底形狀，因?yàn)榧?xì)砂層沖吸泥功效高，下沉快，防止突然下沉中部土層托住十字隔墻造成局部應(yīng)力過(guò)大損壞隔墻。在離計(jì)劃下沉標(biāo)高約1 m時(shí)，應(yīng)逐步將4個(gè)隔倉(cāng)形成小鍋底，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)沉井進(jìn)行調(diào)整，保證沉井均勻下沉至預(yù)定標(biāo)高。在下沉到位時(shí)必須保證刃腳埋入土中，增大支撐力，防止接高過(guò)程中突沉。

4)沉井下沉過(guò)程中應(yīng)勤觀測(cè)，由于土層不均勻性，沉井下沉過(guò)程中容易出現(xiàn)偏斜，需要經(jīng)常性進(jìn)行糾偏，時(shí)刻注意各種應(yīng)力值變化。

由于本工程在沉井外增設(shè)地下連續(xù)墻作為防護(hù)墻，防護(hù)墻內(nèi)外地下水滲流路徑改變，在沉井進(jìn)入地下水位后僅出現(xiàn)了局部小管涌、流砂現(xiàn)象，沒(méi)有形成翻砂造成沉井突沉，對(duì)周邊建筑無(wú)不利影響，對(duì)于不設(shè)防護(hù)墻，沉井下沉進(jìn)入地下水位后需要注意對(duì)周邊環(huán)境的觀測(cè)，防止管涌流砂影響周邊建筑物的安全。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)工法應(yīng)用情況看，沖吸泥工法工效較高，特別在砂土中，相對(duì)傳統(tǒng)干挖取土，投入設(shè)備少，文明施工效果好，特別適用城市內(nèi)施工場(chǎng)地受限的地方。該工法可以作為沉井不排水下沉階段的可行的工法，既可減少占地，又能節(jié)約成本，節(jié)能減排。

［1］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，2010:213-214.

［2］劉國(guó)彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009:930-938.