軟土地層中沉井施工及地基處理

劉 小 勇

(1.同濟大學,上海 200092； 2.博天環境集團股份有限公司，上海 200070)

軟土地層中沉井施工及地基處理

劉 小 勇1，2

(1.同濟大學,上海 200092； 2.博天環境集團股份有限公司，上海 200070)

在軟土地層中進行沉井施工，極易產生突沉、傾斜及后期沉降過大等問題，通過工程實踐，采用在刃腳處設置水泥粉噴樁地下連續墻、基底設置水泥粉噴樁復合地基進行加固，從而準確控制沉井下沉姿態和下沉深度。

沉井，粉噴樁，軟土，地基處理

1 概述

沉井結構剛度大，整體性好，占地面積小，在市政工程中應用廣泛。污水處理廠中進水泵房一般埋深較深，常采用沉井結構。沉井施工時極易遇到軟土土層，軟土地基具有高壓縮性、高靈敏性、強度低等特點，沉井在下沉過程中隨時會發生傾斜、突沉、超沉和偏移等問題，對施工質量和施工安全影響較大。因此選擇合理下沉施工方法、地基處理措施十分重要。

2 工程及地質概況

2.1工程概況

某污水處理廠的進水泵房為矩形鋼筋混凝土結構，由于占地面積較小而埋置較深采用沉井施工方法。進水泵房尺寸為16.4 m×10.8 m，沉井高度為11.8 m，壁厚為700 mm。沉井分三節制作一次下沉，第一節5 m,第二節5 m,第三節1.8 m。由于沉井的第三節是在沉井封底后與頂板一起制作，不屬于沉井的范圍，因此重量及摩阻在沉井施工計算中不予以考慮。

2.2場地地質情況

本工程場地屬于珠江入海口沖積階地海陸交互相沉積地貌單元。場地地勢低平，原為農田。施工場地范圍內土層主要為耕土層、淤泥質土層、殘積層，下伏基巖為白堊紀泥巖。

①耕土層：褐灰、飽和，主要由粉粘粒組成，含少量砂，偶見植物根須。工程力學性質差。

②淤泥質土層：深灰色，流塑為主，局部軟塑，飽和，主要由大量的淤泥質及細砂粒組成，海陸交互沉積成因,層厚3.00 m～12.50 m，全場均有分布。埋深及厚度在水平向及垂直向變化較大，均勻性尚好，為高壓縮性土，地基穩定性差。

③殘積土層：灰褐、灰黑、灰黃色，濕，硬塑，局部堅硬狀，主要由粘性土組成，含少量砂粒，殘留原巖結構構造，巖芯呈土狀，泡水易軟化，由泥巖風化殘積而成。

3 施工方法選擇

1)沉井施工工藝包括施工準備、地基處理、井壁制作、沉井下沉、沉井封底五大部分[1,2]。具體流程：場地平整→地基處理→定位放線→基坑開挖→鋪砂墊層→澆筑素混凝土墊層→沉井分節制作→敲除素混凝土墊層→機械挖土下沉→混凝土封底→澆筑底板及內隔墻→回填土。

2)沉井下沉施工方法主要取決于施工場地的水文、地質條件、施工機械。排水下沉法總的來說工期優勢明顯，對于下沉高度和水深不大的情況下，排水下沉法挖土技術相對簡單容易掌握。在施工止水帷幕后，井內開挖范圍滲水少、施工安全，設備在建筑市場常見且出土效率高。綜合考慮，本工程沉井采用排水下沉。

3)根據沉井在軟土地層中施工所遇到的難題，從設計和施工配合措施兩方面考慮：

a.從沉井自身結構設計上完善，對于軟土地區沉井的制作，可以通過加大刃腳踏面的寬度，并使刃腳斜面的水平傾角不大于60°等方法增加刃腳水平投影面積以增大摩阻，必要時在沉井底端增設底梁。

b.為了保證沉井的下沉安全，對沉井刃腳范圍內的土體進行加固，使其具備一定的承載力，能夠給刃腳提供支撐，控制沉井穩定下沉。

4)刃腳處原狀淤泥土層承載力較小，采用粉噴樁處理后，粉噴樁樁體提供的豎向承載力大于沉井自重，保證了沉井在下沉過程中不會產生突沉的現象。刃腳處設置兩排粉噴樁形成的地下連續墻，水泥粉噴樁的樁外沿與沉井井壁外邊線相切，樁頂標高同始沉設計地面。由于刃腳處的樁體起一定導向作用，保證沉井不會發生大的傾斜。另外，沉井刃腳范圍布置了水泥粉噴樁，由于水泥粉體吸水和膠結作用，降低了淤泥的含水量和流動性，有效阻止了井外淤泥涌入沉井內。

5)沉井下沉至設計標高后，沉井封底?；字糜谟倌嗤淋浫鯇由?，在荷載作用下，淤泥層地基承載力低，地基沉降變形大，天然地基無法滿足持力層要求，需要進行地基加固處理。通過對兩種常見的軟土地基處理方法比選，確定最終處理方案。

預應力管樁施工方便，承載力高，入土深度大，造價相對較高。在深厚軟土地質條件下，施工過程中樁身質量及垂直度無法保證，尤其送樁距離長，施工過程中如發生位移，則易造成廢樁。水泥攪拌樁復合地基承載力高，最大限度利用原土，可根據工程需要靈活布置，造價成本相對較低。針對含水量較大的軟土地基，從攪拌效果看，粉噴法比漿噴法得到的強度高，強度離散性小?；谏鲜鲈?，采用水泥粉噴樁處理軟土地基是優先考慮方案[3,4]。

本工程采用粉噴樁復合地基，沉井底板范圍內布置水泥粉噴樁，樁徑500 mm，水泥摻入量15%，樁距為1 m，水泥粉噴樁以殘積土層作為持力層，進入殘積土層不小于1.0 m。粉噴樁固化材料選用42.5級普通硅酸鹽水泥。

4 沉井制作

沉井制作的場地選擇在泵房原位上，為保證沉井初沉階段的平穩下沉，將表層雜填土挖除1.5 m，降低了沉井總下沉量。沉井制作時，先鋪設砂墊層，墊層厚度0.5 m，填砂時分層鋪設，每層厚度不超過30 cm，采用平板振搗器分層壓實。砂墊層鋪設完畢后，其上澆筑150厚C20素混凝土墊層，即可進行刃腳制作。刃腳踏面底模直接利用墊層，底面鋪設一層3 cm厚的1∶3水泥砂漿，其上再鋪一層油氈紙。

沉井外側要求盡量平滑，以利下沉，要求外側模板的板面光滑，井壁采用2 440 mm×1 220 mm×18 mm雙面覆膜木膠合板。內外模板間設對拉螺栓，間距600 mm×450 mm，止水鋼片與鋼筋之間采用雙面焊。所有預留孔洞及預埋件必須在澆筑混凝土前預留和預埋。刃腳部位鋼筋密度大，要適當延長振搗質量，以免出現蜂窩、麻面及裂紋等。由于沉井分多次制作，在澆筑第一節沉井時，須設置施工縫和止水帶。施工縫處采用3 mm厚鍍鋅鋼板，混凝土表面鑿毛，清除浮粒，并沖洗干凈。在澆筑混凝土時，先用水濕潤后，在表面上再鋪10 mm～15 mm厚的水泥砂漿一層，然后再澆筑上層混凝土。

5 沉井下沉

沉井下沉過程中，為保證沉井能夠均勻豎直下沉，挖土時應分層、均勻、對稱進行。表層耕土層采用人工挖土，在井上搭設人字桅桿，用卷揚機垂直提升棄土到井外。淤泥層采用高壓水槍射水沖泥，高壓水槍水流沖射刃腳邊土層淤泥，將其化為泥漿，通過泥漿泵排至池外，同時清水泵入池內，補充水槍用水，循環不斷。沉井刃腳落在粉噴樁上，當需要下沉時，人工鑿除樁頭，沉井克服摩擦力和支撐力而下沉。進水泵房沉井通過在刃腳處設置粉噴樁地基處理取得十分良好的效果，經過粉噴樁處理，淤泥的含水量減少，樁周土體膠結成團，流動性降低。同時土體抗剪性提高，沒有出現涌土現象，樁體的導向作用使得施工過程中沉井沒有出現突沉、傾斜現象。

6 沉井封底

沉井下沉至設計標高，并基本穩定以后8 h內下沉量不大于10 mm，進行沉井封底工作[5]。采用排水法封底方式，將新老混凝土接觸面沖洗干凈，對井底進行修整使之形成鍋底形，沉井中部設兩個集水井，使井底的水匯入井中，由潛水泵排出，保持地下水位低于基面0.5 m以下。封底前先鋪設500 mm的碎石，經整平后澆筑素混凝土封底。澆筑混凝土時應分層、不間斷進行，由四周向中間推進，每層澆筑厚度控制在300 mm～500 mm。待底板混凝土達到設計強度70%后，對集水井進行封堵處理。

7 結語

在軟土地層中進行沉井施工，針對沉井下沉過程中下沉穩定系數較大等特性，軟土地基中沉井下沉施工復雜，要完成沉井的安全順利下沉需要采取多種施工技術相配合。沉井制作前，預先在刃腳處打兩排水泥粉噴樁，粉噴樁連續墻對沉井起到支承和導向作用，保證沉井下沉過程可控。沉井基底采用水泥粉噴樁復合地基加固軟土地層，確保沉井工作階段正常使用。

[1] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術規范[S].

[2] 張鳳祥．沉井沉箱設計、施工及實例[M]．北京：中國建筑工業出版社，2010.

[3] 黃文賀.水泥攪拌樁在大型泵房地基處理中的應用[J].武漢大學學報，2010(43)：206-209.

[4] 孫樹林，王 毅.流塑狀淤泥中大型泵房沉井施工新法[J].中國給水排水，2000(16)：48-50.

[5] 劉少躍.大型沉井施工技術在江蘇陳家港電廠循環水泵房中的應用[J].廣東水力水電，2012(11):62-73.

Constructionandgroundtreatmentofopencaissoninsoftsoilstratum

LiuXiaoyong1,2

(1.TongjiUniversity,Shanghai200092,China； 2.PotenEnvironmentGroupCo.,Ltd,Shanghai200070,China)

For open caisson construction in soft soil, prone to sudden sinking, tilt and post settlement problems, through the engineering practice, the cement powder spraying pile for underground continuous wall, the base is provided in the edge at the foot of cement powder spray pile composite foundation reinforcement, so as to accurately control the caisson sinking depth and attitude.

open caisson, cement mixing pile, soft soil, ground treatment

1009-6825(2017)28-0080-02

2017-07-24

劉小勇(1981- )，男，在讀工程碩士,工程師

TU471.8

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