水泥攪拌樁控制沉井下沉施工技術(shù)

1 工程概況

天津塘沽開(kāi)發(fā)區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施泵站基坑長(zhǎng)31.5m、寬19.6m、高15.255m、下沉12.855m。沉井所在地場(chǎng)區(qū)為典型的濱海鹽土環(huán)境，地基土均為淤泥質(zhì)及淤泥質(zhì)粘土厚19m，含水量45%～50%，孔隙比1.4～1.6，土質(zhì)性能極差。

2 沉井施工方案

在沉井施工中，尤其在軟土地基下沉井施工，將不可避免地?cái)_動(dòng)沉井周圍土體，產(chǎn)生底涌、突沉或超沉、傾斜，難以糾偏，輕則影響工程質(zhì)量，造成工期延誤；重則造成傷亡事故或構(gòu)筑物的報(bào)廢，不僅在經(jīng)濟(jì)上損失嚴(yán)重，也會(huì)給施工企業(yè)帶來(lái)惡劣影響。開(kāi)發(fā)區(qū)的大型沉井在下沉施工中如不采取有效的加固方法常會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。由于本工程工期緊，在施工過(guò)程中必須采取有效方法確保沉井下沉安全，控制沉井質(zhì)量。

2.1 施工難點(diǎn)分析

1）由于土質(zhì)太差，沉井下沉施工中容易出現(xiàn)超沉、突沉、井底涌土等現(xiàn)象。

2）沉井下沉施工中容易造成沉井周邊土體下沉、土體開(kāi)裂，影響臨近設(shè)施安全。

2.2 沉井地基處理方案

針對(duì)以上難點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用在刃腳下打攪拌樁的方法，解決沉井下沉施工的質(zhì)量及安全問(wèn)題。

刃腳下設(shè)置水泥攪拌樁。根據(jù)沉井的重量、沉井施工特點(diǎn)、土的力學(xué)性能、水泥攪拌樁在開(kāi)發(fā)區(qū)的物理性質(zhì)的經(jīng)驗(yàn)值等推算確定，刃腳樁采用雙排水泥攪拌樁，樁徑600mm，強(qiáng)度2MPa，樁總長(zhǎng)度16m，樁與樁之間縱向咬合20 cm、橫向相切。刃腳下水泥攪拌樁有兩種強(qiáng)度要求，可在一根樁中采用兩種不同的水泥摻入量，達(dá)到兩種強(qiáng)度要求，一種用在沉井下沉過(guò)程中刃腳需將其穿過(guò)壓碎的上部樁體部分，長(zhǎng)為13m，該部分樁體要求既能滿足支承沉井重量的要求又能在挖土下沉過(guò)程中樁體自身壓碎破壞，這部分樁體的水泥摻入量為10%；另一種是用在沉井下沉到位后支承刃腳的下部樁體部分，長(zhǎng)為3m，該部分樁體要求有足夠的強(qiáng)度支承沉井重量且防止底涌，這部分樁體的水泥摻入量為15%。刃腳外側(cè)設(shè)置一排護(hù)樁，在沉井挖土下沉過(guò)程中，為減少沉井下沉對(duì)周圍土體的擾動(dòng)，須在沉井外側(cè)施打一排鋼板樁圍護(hù)，采用18m長(zhǎng)40B工字型鋼樁。

采取水泥攪拌樁地基加固技術(shù)對(duì)軟土地基進(jìn)行加固處理，使軟土抗剪強(qiáng)度提高的同時(shí)增大地基承載力。沉井通過(guò)不斷剔鑿破碎水泥攪拌樁的過(guò)程進(jìn)行下沉，當(dāng)需要下沉?xí)r，只需鑿除樁頭（沉井下沉初期階段，隨著井內(nèi)的不斷取土，攪拌樁可由沉井自重壓碎），沉井即可憑自重克服土體摩擦力而下沉。這樣，沉井在淤泥中下沉的過(guò)程成為一個(gè)可控的過(guò)程，有效地解決了沉井在軟土地基下沉過(guò)程中易出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題。

設(shè)計(jì)地面以下15m范圍內(nèi)自上而下分別為回填土、淤泥、粉質(zhì)粘土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，當(dāng)沉井沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，刃腳及封底后的底板落在淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層上，其承載力特征值僅為80 kN，不能滿足要求。因此需要解決施工過(guò)程中及沉井終了的穩(wěn)定問(wèn)題。沉井井筒分三節(jié)澆筑，第一、二節(jié)澆筑高度為10.7m，第三節(jié)待沉井落到設(shè)計(jì)位置后再接高澆筑。第一、二節(jié)沉井制作混凝土量為1 022.36m3，總重量約為24 536.64 kN，井壁周長(zhǎng)為88.78m，刃腳踏面寬為0.4m，則刃腳總面積A=88.78×0.4=35.51（m2）。如僅以刃腳底面作為支撐面時(shí)，則承受的荷載P=690.98kN/m2，根據(jù)地質(zhì)資料，軟土地基承載力僅為80 kN/m2，很明顯，即使?jié)M鋪木方也不能滿足預(yù)制時(shí)承載力的要求。為此，根據(jù)設(shè)計(jì)意圖，在預(yù)制沉井箱體之前先加固刃腳下地基，使加固后的土體能支承住沉井的重量，不致在預(yù)制過(guò)程中產(chǎn)生沉降和下沉過(guò)程中速度過(guò)快產(chǎn)生突沉和偏移。在沉井刃腳下預(yù)打水泥攪拌樁，形成聯(lián)排樁式的地下連續(xù)樁墻，對(duì)于沉井井壁形成具有一定強(qiáng)度的承托和支撐墻體，將沉井在淤泥中下沉的過(guò)程成為一個(gè)可控的工藝。

具體的施工做法是在刃腳下打兩排直徑600mm、間距600mm的水泥攪拌樁，上下排咬合200mm，樁長(zhǎng)16 m，水泥采用42.5#普通硅酸鹽水泥，摻入水泥標(biāo)高為-14.000～-11.000m，15%～18%(此標(biāo)高段為沉井終了后支撐沉井作用，永久存在，不挖除)，其余段-11.000～2.000m為10%。(實(shí)踐證明摻量10%的水泥攪拌樁便于施工時(shí)挖除)。按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)水泥摻量為10%的水泥土7 d的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為 600 kPa，28 d抗壓強(qiáng)度為800～1 000 kPa，因此水泥攪拌樁本身的強(qiáng)度能承受沉井的壓載，而為使沉井在澆注和養(yǎng)護(hù)時(shí)不下沉，經(jīng)計(jì)算樁長(zhǎng)需16m。另外在沉井箱體內(nèi)側(cè)距箱體壁1～2m處打兩排500mm間距1 000mm的水泥攪拌樁，其深度與刃腳底的水泥攪拌樁相同。這一做法是可以改變井內(nèi)淤泥土結(jié)構(gòu)，結(jié)合刃腳下的樁體共同作用阻止挖土?xí)r井外土體向井內(nèi)的上涌現(xiàn)象。

2.3 下沉施工方法

由于該沉井刃腳下進(jìn)行過(guò)樁基處理，所以與一般沉井施工方法不同。

1）挖土方法。由于泵站場(chǎng)區(qū)外南側(cè)地勢(shì)開(kāi)闊且淤泥質(zhì)土人工開(kāi)挖較困難，因此挖土采用水力沖挖、泥漿泵抽泥出土。破碎樁頭吊車吊運(yùn)，20 cm為一層，分層對(duì)稱從刃腳向中心開(kāi)挖，盡量保持1～l.2m的高差，使井底土形成倒鍋底形狀，以減少井內(nèi)底部的被動(dòng)土壓力的損失。

2）破樁方法。如樁身不能擠壓破碎，則沉井不會(huì)下沉，需采用破樁來(lái)下沉。首先要挖出沉井刃腳并暴露出水泥樁，人工用鐵鎬鑿除樁身。鑿樁要求對(duì)稱同步進(jìn)行，先鑿內(nèi)排樁，按60 cm間隔、50 cm高一樁進(jìn)行鑿除，直到靠沉井自重可壓碎下沉為止，如仍不能下沉，以同樣方法鑿除外排水泥樁。

3）沉井施工質(zhì)量控制。根據(jù)本工程的質(zhì)量要求和沉井施工規(guī)范制定質(zhì)量控制指標(biāo)，進(jìn)行嚴(yán)格控制，控制指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 沉井施工質(zhì)量控制指標(biāo)

根據(jù)指標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)。為防止沉井傾斜、軸線位移或垂直的偏移，在沉井四周上設(shè)標(biāo)尺，標(biāo)尺外用鋼管架搭設(shè)固定標(biāo)針，標(biāo)針均在同一水平面上，一旦沉井發(fā)生傾斜，即可在標(biāo)尺上反應(yīng)出來(lái)，同時(shí)在沉井外30m處設(shè)軸線位移觀測(cè)點(diǎn)，軸線位移觀測(cè)點(diǎn)和標(biāo)尺外標(biāo)針每?jī)蓚€(gè)小時(shí)觀測(cè)一次，一旦沉降傾斜和沉降平移超過(guò)控制標(biāo)準(zhǔn)便通過(guò)改變?nèi)⊥练椒▉?lái)進(jìn)行調(diào)整。

3 實(shí)施效果

泵站沉井下沉過(guò)程相當(dāng)穩(wěn)定，以0.4～0.5m/d的速度均勻下沉，甚至能夠做到隨意地控制沉井的傾斜和下沉的速度，與設(shè)計(jì)標(biāo)高偏差最大4 cm，沉井四角高差最大3 cm，滿足規(guī)范要求。沉井下沉過(guò)程中不需要人工破樁，靠自重壓碎下沉。沉井下沉過(guò)程中周邊土體無(wú)明顯破壞，井底無(wú)涌土現(xiàn)象，南側(cè)地面局部土體有下沉現(xiàn)象，地面土體最大開(kāi)裂裂隙在3 cm之內(nèi)，沉井施工均取得了良好的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

1）采用水泥攪拌樁處理大型沉井地基操作方便可靠，克服了在軟土地基中沉井施工常出現(xiàn)的涌土、傾斜、超沉等不良現(xiàn)象，能夠確保工程質(zhì)量和施工安全。

2）同一樁身采用不同水泥摻量的攪拌樁在施工中取得了成功，沉井下沉過(guò)程中刃腳穿透壓碎的上部樁體水泥摻人量為10%；沉井下沉到位后支承刃腳的下部樁體水泥摻人量為15%能夠滿足施工要求，同時(shí)還改善了施工挖土的條件，但打樁時(shí)水泥摻量的標(biāo)高控制應(yīng)注意。

3）從經(jīng)濟(jì)效益上講，采用攪拌樁處理沉井地基相對(duì)于其他方法來(lái)說(shuō)是經(jīng)濟(jì)合理的，同時(shí)該沉井挖土采用了水力沖挖下沉，節(jié)省了大量的機(jī)械費(fèi)用，節(jié)約了開(kāi)支，降低了成本。