洱海區(qū)域流砂地質(zhì)條件下沉井施工工藝

方 濤

(中建五局第三建設有限公司，湖南 長沙 410000)

0 引言

沉井作為地下及深基礎工程一種施工方法已是十分成熟的技術，它的優(yōu)點是占地面積小，不需要進行邊坡圍護，與大開挖相比較，挖土量少對鄰近建筑物的影響較小，操作相對簡便，無需特殊的專業(yè)設備[1-3]。但對于流砂等復雜地質(zhì)條件，施工難度加大，不易施工，特別是在施工過程中出現(xiàn)滲水、基坑土體不穩(wěn)定等問題，就此，本文就以洱海區(qū)域流砂地質(zhì)條件下頂管沉井施工為實例，結(jié)合沉井施工現(xiàn)場技術組織，最終從分節(jié)下沉高度、水下混凝土封底厚度等方面深化設計，并提出了加強施工質(zhì)量的技術措施。經(jīng)工程實踐表明，其施工質(zhì)量符合現(xiàn)行規(guī)范與驗評標準，為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

2 施工工藝及過程加強技術措施

2.1 高壓旋噴樁施工

由于沉井施工穿過強透水層，故在沉井周邊設置單重管高壓旋噴樁作為止水帷幕，樁徑為600 mm，樁間距為400 mm，咬合距離為200 mm。

2.1.1施工工藝

樁位放樣→鉆機就位、調(diào)整垂直度(使用水平尺)→開孔檢查→鉆進成孔→試噴檢查→高噴作業(yè)→觀察高噴參數(shù)→填寫記錄表→完成鉆孔。

2.1.2施工措施

1)樁機按設計樁位準確定位[4]，做水平校正，成孔施工偏斜率不大于1%。若樁機位置定位不準確，則會導致樁間距及咬合距離不夠，從而出現(xiàn)漏水等現(xiàn)象。

2)采用華潤生產(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.8～1.5，注意當漿液比重與規(guī)定值誤差超過0.1時，立刻停止作業(yè)，重新調(diào)整漿液，使得高壓旋噴樁水泥用量達到210 kg/m。

3)旋噴樁注漿壓力為15 MPa～20 MPa，注漿量為60 L/min～70 L/min，注漿轉(zhuǎn)速為5 r/min～16 r/min，同時提升速度為7 cm/min～20 cm/min；施工中采取低速徐徐提升，以達到水泥與土體充分攪拌混合均勻的效果，并使旋噴樁膠結(jié)硬化后最終達到強度fcu≥2.0 MPa，抗剪強度大于0.2fcu，抗拉強度大于0.06fcu。

2.1.3施工中易出現(xiàn)的問題

1)為保證注漿壓力，避免出現(xiàn)因噴漿口壓值耗損過多出現(xiàn)樁徑不足[5]的現(xiàn)象，則現(xiàn)場設置高壓泵時，使其離噴漿口距離不大于20 m。

2)在旋噴注漿過程中，若出現(xiàn)冒漿超過漿量的20%或完全不冒漿等現(xiàn)象，立即根據(jù)現(xiàn)場情況分析查明原因，可能出現(xiàn)流砂、溶洞等特殊地質(zhì)環(huán)境，及時調(diào)整設計及施工方案。

3)為保證樁體完整，供漿、供氣、供水必須連續(xù)[6]，但若出現(xiàn)中斷情況，則待恢復供應時必須將噴旋管下沉至停供點以下0.5 m處再旋噴提升；若因故停機超過2 h，避免出現(xiàn)堵塞，應對泵體及輸漿管進行妥善清洗。

2.2 沉井施工

2.2.1測量控制

對已有定位樁及高程點進行復核，待確認無誤后，在井壁四面設置控制樁對應點，再在四角用紅漆做出標尺，間距500 mm，以此雙方面監(jiān)測沉井下沉過程情況。

以已作出的標尺為水平觀測點，利用水準儀每隔1 h全方位觀測一次，及時糾偏；除此之外，在井壁上再標注中線，以此按設計要求嚴格控制其平面位置。

2.2.2下沉控制

1)首次下沉。

沉井達到設計要求后，開始首次下沉，采用人工配合機械下沉，且由專人指揮[7]。

由于首節(jié)沉井高度達6 m，重心高，而在下沉過程中四壁摩阻力較小，下沉開挖時易產(chǎn)生傾斜位移，故在沉井入土后，采用分層、均勻、對稱，且控制每層厚為30 cm。如出現(xiàn)傾斜，及時糾偏。在下沉深度0.3 m內(nèi)，速度控制在0.2 m/d～0.5 m/d。

2)第二次下沉。

第二次下沉為沉井最后澆筑后進行，而此時井內(nèi)土方高程已完全低于地下水位，由于地下水與洱海水相互滲流補給，使得現(xiàn)場在不排水情況下進行開挖施工。此時，在下沉過程中必須做好觀測[8]，及時分析刃腳壓力變化及挖土深度與下沉量的關系，合理開挖，使得沉井緩慢“穿刺”下沉。特別是接近設計標高時，謹慎控制井底開挖量，防止因開挖過深形成突沉。待沉井下沉至設計標高后，經(jīng)觀測在8 h內(nèi)累計下沉量不大于100 mm或沉降速率在規(guī)范允許范圍內(nèi)時，即可進行沉井封底。

2.2.3措施控制

根據(jù)本工程獨有的地質(zhì)條件及現(xiàn)場施工環(huán)境，易出現(xiàn)各種問題，應視具體情況分別對策。

1)糾偏。

a.深度較淺時，采用對刃腳高一側(cè)進行人工挖土，在刃腳低一側(cè)適當以填砂的方式進行糾偏；

b．深度較深時，首先可以考慮采用對井外噴水，井內(nèi)邊除土的方式進行糾偏；若效果不佳，采取排水法進行施工，先是對刃腳高一側(cè)進行逐漸糾偏，糾偏過程中，使沉井向偏位方向傾斜，直至沉井底面中軸線與設計中軸線重合或接近，接著再后沿傾斜方向下沉繼續(xù)糾偏，使其調(diào)整到容許范圍內(nèi)；

c．如位置發(fā)生扭轉(zhuǎn)，可利用對對角除、填土所形成的扭矩使沉井在下沉過程中逐步糾偏到位。

2)突沉。

由于穿越的土質(zhì)復雜，可能會出現(xiàn)突沉現(xiàn)象[9]，故在施工過程中保留刃腳四周0.5 m～1 m的土埂；若仍未滿足要求，則在井壁四周填充碎石，且將井壁外的土夯實，以此增大摩阻力。

2.2.4水下封底

由于井外地下水位較高，為避免在一定的水頭壓力下產(chǎn)生流砂現(xiàn)象[10]，采用不排水沉井下沉，進行水下混凝土封底，用混凝土泵輸送至集料斗內(nèi)通過導管向沉井內(nèi)灌注商品混凝土。

1)施工工藝。

水下鍋底整平→安置導管→儲料→開澆→提升導管→澆筑結(jié)束→測量→驗收。

2)計算分析。

a.鑒于現(xiàn)場工程的技術需要，灌注前向商品混凝土公司進行技術交底[11]，確定水下混凝土所采用的原材料及配合比如表1所示。

表1 水下混凝土配合比

b.水下混凝土初灌量。

沉井頂部搭設澆筑工作平臺，保證超自然地面2.5 m，導管直徑250 mm；導管擴散半徑為2.5 m，且保證導管口埋深不小于0.5 m，則按下式進行計算：

其中，Vc為混凝土初灌量，m3；h為水位面至基底的深度，取7.94 m；h1為導管內(nèi)混凝土柱與管外泥漿柱平衡所需高度，m；h2為初灌混凝土下灌后導管外混凝土擴散高度，取1.34 m；d為導管內(nèi)徑，取0.25 m；r為擴散半徑，取2.5 m；k為充盈系數(shù)，取1.3；γw為水的重度，取9.8 kN/m3；γc為混凝土重度，取24 kN/m3。則：

c.水下混凝土澆筑面坡率：

I=T0/(Ht×γc)，T0=(30-S)×10-2×γc/1.47。

其中，I為水下混凝土澆筑面坡率；S為混凝土坍落度，取18 cm；γc為混凝土重度，取24 kN/m3；Ht為混凝土澆筑結(jié)束時導管的埋深，取1 m。則：

I=[(30-S)×10-2×γc/1.47]/(Ht×γc)=[(30-18)×10-2×24/1.47]/(1×24)=1∶12。

d.混凝土面上升速度。

在設計混凝土配合比時，保證初凝時間為4 h，則混凝土面上升速度為：V=H/t=1.5/4=0.38 m/h。

3)加強施工技術措施。

a.采用導管法進行水下C35P6素混凝土澆筑，將沉井平均分成兩格，對稱均勻，每格一次性澆筑，先鍋底后四周；

b.整個澆筑過程中，不斷用測繩測量水下混凝土面上升情況，同時通過導管上的刻度和測繩測得的水深，算出導管下口的標高，掌握導管下口埋入混凝土的深度，以此保證導管口埋深不小于0.5 m。

2.2.5施工縫

為防止側(cè)壁接縫處出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，對其進行加強施工質(zhì)量技術措施處理，具體水平施工縫做法如下：首先，在首節(jié)沉井制作前，利用硬木條預留頂面凹槽；其次待混凝土終凝后，剔除硬木條，以此定位止水條于溝槽中；接著采用對舊混凝土界面有顯著粘結(jié)能力的WJ界面粘結(jié)劑，以粘貼形式將止水條粘結(jié)好，最后用水泥釘釘入的方式加固，同時，露出溝槽面的遇水膨脹止水條部分小于150 mm。施工過程中為考慮在二次沉井澆筑混凝土前，止水帶受外界雨淋或沖洗水的影響發(fā)生前期膨脹，故本工程采用BW型遇水膨脹止水帶。

3 施工驗證

經(jīng)建設、設計及監(jiān)理單位對沉井分部、分項工程的驗收，未發(fā)現(xiàn)裂縫、蜂窩、麻面、露筋等現(xiàn)象，其外觀質(zhì)量合格；尤其是水下混凝土封底工程，經(jīng)檢驗，其抗壓強度、抗?jié)B與抗浮性能均符合現(xiàn)行規(guī)范要求。過程施工質(zhì)量均符合GB/T 51130—2016沉井與氣壓沉箱施工規(guī)范中6.3下沉及封底及GB 50202—2016建筑地基基礎工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范中4.10高壓噴射注漿地基的檢驗評定標準；細部構造中防水施工質(zhì)量符合GB 50208—2011地下防水質(zhì)量驗收規(guī)范中5.1施工縫的主控和一般項目驗收標準要求，且將整個項目工期縮短了近半個月。

4 結(jié)語

1)從采用規(guī)范公式計算、混凝土配比設計及現(xiàn)場施工部署等3個方面分析，提出對強透水層下采用不排水水下混凝土封底來避免發(fā)生流砂現(xiàn)場的施工措施，既可以防止沉井出現(xiàn)超沉現(xiàn)象，又有效地防止沉井周邊構筑物因土體塌陷出現(xiàn)傾斜開裂等情況，且大大地降低了排水費用。

2)對于止、防水工程，采用在井體周邊施打高壓旋噴樁及在井側(cè)壁水平施工縫處設置遇水膨脹止水帶等加強施工技術措施，以此降低地下水位的影響。