沉井下沉過程中遇流沙層的處理方法

劉韌

摘? ? 要：沉井下沉是沉井施工中一道非常重要的工序，在挖土下沉過程中若控制不好，就會出現質量問題，所以在下沉過程中必須采取嚴格的質量控制措施，并對常遇到的流沙問題進行原因分析，總結出相應的處理方法。

關鍵詞：沉井;下沉;流沙

1? 沉井下沉施工工藝

1.1? 下沉前準備

刃腳斜面底模和砼墊層的鑿除破除刃腳下砼條形基礎應在井壁砼達到設計強度75%以上方可進行。

1.2? 沉井下沉

沉井下沉過程中，在做好觀測、分析刃腳壓力變化、分析挖土深度與沉井下沉量的關系的基礎上，確定合理的開挖深度，讓沉井緩緩“穿刺”下沉，防止因開挖過深形成突沉，控制好井底開挖量。沉井下沉至設計標高后，經觀測在8小時內累計下沉量不大于10mm，或沉降速率在規范允許范圍內時，即可進行沉井封底。

1.3? 注意事項

沉井下沉時，井內除土應先從中間開始，均勻、對稱地逐步向刃腳處分層取土，特別是下沉初期，沉井入土較淺，土層對沉井的平衡穩定作用差，容易產生偏斜，尤應注意。在挖土下沉過程中，不應偏除土，避免沉井發生偏斜。

下沉過程中，應做好標高、傾斜和位移的測量工作、隨時注意糾正沉井的偏斜。開始下沉前，在其周圍構筑物及地面設置一定數量的沉降、位移觀察點，隨時觀測沉井周圍地面的塌陷、開裂情況和構筑物沉陷、位移的情況，以便迅速采取措施，確保附近設施的安全。

2? 流沙對沉井施工的影響

沉井下沉是沉井施工過程的主要工序，其方法多種多樣，通常采用排水下沉，這是比較理想的施工方法。因為該施工方法勞動條件好，挖土準確，容易控制和糾偏，土層中如有障礙物則易發現和排除，且能直接檢查地基土質情況，可進行干封底。采用這種施工方法，沉井在粉、細沙土層下沉時，經常會遇到流沙的現象，對沉井施工影響很大。沉井會出現突沉、偏斜、下沉過慢和不下沉等現象。在沉井下沉過程中，由于井內大量抽水，流沙將隨地下水大量涌進井內。此時，井內的涌沙是由井外的沙土來補充，一般在出現流沙現象后，井內的土面將始終保持一定的標高，隨挖隨涌，而井外的地面卻出現大量坍塌現象。因此，預防和處理流沙具有十分重要的作用。尤其沉井附近有建筑物，對周邊建筑物的安全穩定性存在重大隱患。

3? 流沙產生的主要原因

砂子在地下遇到水，在水的壓力發生變化的情況下，水發生了流動，這樣砂子跟水一起發生了流動。由于地下水的水力坡度大，即動水壓力大，且動水壓力的方向與土的重力方向相反，土不僅受水的浮力，而且受動水壓力的作用，有向上舉的趨勢。當動水壓力等于或大于土的浸水密度時，土顆粒處于懸浮狀態，發生流砂現象。

3.1? 土的物理學特性指標

（1）在地下水位以下的亞沙或粉、細土層厚度>25cm時;（2）顆粒級配中布均勻系數Ku=d60/d10<5時（d60—相當于粒度成分累積曲線上60%含量的直徑;d10—相當于同一曲線上10%含量的直徑）;（3）含水量w>30%～40%;（4）土的孔隙率n>43%;（5）土的顆粒組成中，粘粒（粒徑d>0.005mm）含量小于10%，粉粒（粒徑d=0.005mm～0.05mm）含量大于75%;（6）土具有上述性質是產生流沙現象根據。但具有上述性質的土不一定會產生流沙現象，還必須具有一定的地下水的動水壓力。地下水的動水壓力的水頭梯度愈大，為產生流沙現象提供的條件愈充分，當水頭梯度達到臨界水頭時才會產生流沙現象。

4? ?處理流沙的施工方法

土因水頭梯度的大小或方向轉化為流沙，所以處理流沙的基本方法是：改變水頭梯度的大小或方向;也可以設法改變沉井刃腳外圍上下土質物理力學性質可將流沙轉變為穩定土。在沉井施工中處理流沙的途徑有：減小動水壓力;改變動水壓力方向;注漿固結形成防水層。

4.1? 減小動水壓力的施工方法

4.1.1? 在全年最低水位季節施工

因為地下水位低時，沉井內外水位差小，所以動水壓力減小。即在沉井下沉施工過程中也就不易發生流沙，至少也可以減輕流沙，從而達到順利施工的目的。

4.1.2? 土體（水）加壓

在沉井下沉施工過程中，如果出現了流沙，沉井下沉緩，往往首先向井底拋下石塊，增加壓重，減小動水壓力。先減小流沙出現，然后組織搶挖，使挖土速度超過冒沙速度，迫使沉井繼續下沉，挖至標高后立即鋪設蘆席并拋大石塊把流沙壓住，用以解決局部或輕微流沙是有效的。如果沉井內涌入大量泥沙無法采用挖機開挖施工，可往井內注水，使井內水壓力大于井四周水壓力，采用換漿法置換井底泥沙，然后灌注水下混凝土進行封底。

4.2? 井點法

輕型井點法是在沉井的四周將許多直徑較細的井點管埋入地下蓄水層中，井點管的上端通過彎聯管與總管相連接，利用抽水設備將地下水從井點內不斷抽出，將原有地下水位降低至坑底以下。在遇有流沙的情況，除采用輕型井點外，采用管井井點，特別是在土的滲透系數大，地下水比較豐富的土層中，采用輕型井點解決不了的問題時，宜采用管井井點法。深（管）井井點是在沉井周圍每隔一定距離設一個管井，每個管井單獨用一臺抽水泵不斷地抽水，從而降低地下水位。根據管井的材料，管井可分為金屬管、竹木管與混凝土管等。管井的埋設宜采用泥漿護壁鉆孔法。

4.3? 注漿固結法

化學固結形成防滲帷幕的施工方法利用化學溶液或膠黏劑，通過壓力灌注到沉井外圍刃腳下的土層，而將土粒膠黏起來，以改善沉井外圍刃腳下土層的物理力學性質，這種處理方法叫化學加固法。其主要目的不僅是提高巖土的力學強度和變形模量，而且還能降低土的滲透性，提高土的抗剪強度和抗滲能力，使其在沉井下形成一層新的閉合防滲帷幕，使沉井能繼續下沉施工，或者預先通過化學加固沉井下沉位置附近可能出現流沙的土層，以形成強度高，抗滲力好的新土層，從而為日后沉井下沉施工創造良好條件，杜絕流沙的產生。

（1）高壓噴射注漿法利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層的預定位置后，以高壓設備使漿液成為20m左右的高壓流從噴嘴中向四周圍噴射，沖擊破壞土體，使土粒與漿液混合。旋噴時，噴嘴一面噴射一面旋轉和提升，膠結硬化后，即在土層中形成直徑比較均勻的圓柱體，當旋轉噴射位置環繞沉井外圍一定的均勻距離施工時，便成一個閉合的帷幕。

（2）灌漿法用氣壓、液壓把某些能固化的漿液注入沉井位置下的土層中，以改善土層的物理力學性質，它是一種靜態的高壓噴射注漿法，其中以“袖閥管法”較為先進。

（3）電硅化法利用硅酸鈉（水玻璃）為主要的混合液進行化學加固土層的方法叫硅化加固。施工時，先在沉井兩邊土中打入兩個電極，然后將水玻璃溶液和氯化鈣溶液先后由陽極壓入土中，通以電流，使溶液在土中電滲。采用電動硅化法加固土層，不但對土的加固作用快，抗剪力強，而且抗滲能力極好，是理想的制止流沙、堵塞泉眼的施工方法。

5? 結語

通過上文的介紹與分析可以發現頂管沉井施工在現在市政管網施工方法中有巨大的優勢。尤其老舊管網改建主要位于城市主干道下或構筑物邊緣，大開挖施工將牽扯路政、地面障礙物拆除及恢復、公眾協調等諸多因素。以上是沉井遇到流沙處理的多種方法，在施工過程中往往是多種組合使用，這樣效果更好。

參考文獻：

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