海淤土地基大型沉井群施工控制

崔 飛 沈繼華 楊 中 胡芊芊

海淤土地基大型沉井群施工控制

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一、工程概況

三洋港擋潮閘位于江蘇省連云港市郊新沭河入海口，是沂沭泗河洪水東調(diào)南下工程新沭河治理工程的關(guān)鍵性骨干工程，設(shè)計流量6400m3/s，為Ⅰ等大（1）型工程，主要建筑物為1級，工程總投資55216萬元。該閘共33孔，單孔凈寬15m，閘墩分縫，分二孔一聯(lián)及單孔一聯(lián)布置。閘室采用串聯(lián)式半封底沉井基礎(chǔ)，共17只，其中16只沉井順水流長為17.9m，垂直水流向長為34m；位于沉井群中間單只沉井順水流長為17.9m，垂直水流向長為16.9m。井壁刃腳底高程-10.6 m，沉井頂高程-3.1 m，沉井間距均為1.1m。該工程沉井群垂直水流方向總長 575.82m，占地面積 10307m2，為目前國內(nèi)軟基上最大的沉井群。

二、工程地質(zhì)

閘址處鉆探深度內(nèi)揭示的土層均為第四系地層，其中全新統(tǒng)海相沉積地層（厚約11m左右）具有高壓縮性、低強度的共性，上更新統(tǒng)及以前沉積地層總體強度高，分布較穩(wěn)定。

設(shè)計閘底板底高程為-3.1m，位于第②層淤泥質(zhì)軟土層下部，該層土呈流塑狀，具高壓縮性，場區(qū)普遍分布，厚4～8m，標準貫入擊數(shù)小于1擊，天然地基承載力40kPa；下伏第③層淤泥和淤泥質(zhì)粘土，土質(zhì)軟弱、厚度大、力學性能差，場地普遍分布，厚4～6m，標準貫入擊數(shù)0.7～1.9擊，天然地基承載力50kPa。建基面下軟弱土層總厚度6m左右，不能直接作為建筑物的天然地基持力層，需進行地基處理。第④層粘土和粉質(zhì)粘土層位較穩(wěn)定，厚度較大，天然地基承載力190kPa，工程力學性能良好，其下伏各層力學性能亦好，可作為基礎(chǔ)持力層。

該工程沉井制作層位于第③層土，沉井下沉到位后的持力層位于第④層土上。

三、沉井施工工藝流程

沉井均采取一次制作，依次下沉的施工方案。制作時3個沉井為一個序列，下沉時4個沉井為一個序列，分別由左右岸向中間依次推進。

沉井施工工藝流程如下：

基坑開挖→砂墊層→混凝土條形基礎(chǔ)→磚砌刃腳胎模→搭設(shè)腳手→立內(nèi)?！壴摻睢仓妙A(yù)埋件→立外模→混凝土澆筑準備及澆筑前檢查→澆筑混凝土→養(yǎng)護等強、拆除模板及腳手→拆除磚胎模、混凝土墊層→拆除砂墊層→井內(nèi)挖土下沉→井底回填砂礫 →沉井封底、底板→沉井內(nèi)、間回填土→沉井防滲處理。

四、沉井制作

1.沉井制作基礎(chǔ)處理

沉井制作基坑面高程為-5.5m（位于③層土），地基承載力為50kPa，而沉井單位長度的重力為186kN/m，不能滿足沉井制作時的穩(wěn)定性，需填筑砂墊層，根據(jù)《水閘施工規(guī)范》中相關(guān)公式算得砂墊層厚度約1.5m，填筑高程至-4.0m。為擴大沉井刃腳的支承面積，減輕對砂墊層的壓力，以及省去刃腳下的底模板，便于沉井下沉，在砂墊層上鋪筑一層標號為C20素混凝土墊層，其作用相當于支承墊木，根據(jù)相關(guān)公式計算素混凝土墊層厚度為0.1m。

沉井施工共需砂墊層約1.9×104m3，砂墊層采用水力挖土機械輸送至基坑，由左、右兩岸向中間推進，分段填筑，采取漫水插入式振動器振搗密實，分三層填至-4.0m。隔墻位置的條形基礎(chǔ)，先筑砂袋再向其中充填砂并震搗密實。砂墊層填筑時在沉井上、下游側(cè)中間位置預(yù)設(shè)φ50cm鋼筋骨架外纏濾布排水井，抽排砂墊層密實后的余水，確保砂墊層干容重控制在1.60～1.65g/cm3。

砂墊層施工完成后，在刃腳和隔墻部位澆筑10cm厚C20素混凝土條形基礎(chǔ)，達到強度后在其上標出沉井刃腳輪廓線，再砌磚模并用砂漿抹面。

2.沉井制作

沉井混凝土總量約為32600 m3，由于施工時間緊、強度大，混凝土生產(chǎn)采取集中配制、罐車運輸、泵送入倉。現(xiàn)場配備2臺套75m3/h混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)，混凝土的水平運輸配備6輛容量為8m3混凝土攪拌車，每20min運輸一次；垂直運輸配備2輛臂架混凝土泵車，混凝土輸送能力為120m3/h，澆筑倉面以布料桿分配混凝土，共設(shè)18個下料點。沉井混凝土澆筑水平分層厚度控制在50cm以內(nèi)，混凝土澆筑做到對稱、分層、緩慢上升，由左向右依次下料，采用插入式振搗器振搗。沉井采用大摻量磨細礦渣高性能混凝土，并盡量避開低溫施工，混凝土澆筑結(jié)束后，及時進行保溫、養(yǎng)護。

五、沉井下沉

1.下沉方式選擇

沉井下沉有兩種施工方式可供選擇：一種是排水下沉，另一種是不排水下沉。

不排水下沉的優(yōu)點主要在于下沉過程中對土體的擾動較小，軟土地基中下沉系數(shù)小，但缺點是工期可預(yù)見性差、投入大、施工難度大、安全系數(shù)小等。相比較而言，排水下沉具有施工周期短、施工成本低、施工安全性高、出現(xiàn)不利情況時便于采取措施等優(yōu)點，但缺點是下沉過程中土體擾動大，而且在軟土地基中下沉系數(shù)大，下沉過程中必須采取相應(yīng)措施來控制沉井下沉系數(shù)。根據(jù)分析及施工經(jīng)驗并綜合考慮工程的工期和成本控制因素，該工程采用排水下沉法施工。

2.下沉準備

下沉前在每只沉井的四角繪制高程指示刻度線，并設(shè)高度觀察指針，下沉過程中對指針的精度經(jīng)常加以校正。沉井群的兩端設(shè)上、下游方向觀察裝置，便于觀察沉井的下沉狀況。沉井頂部的四個角點設(shè)固定觀測點，用全站儀和水準儀觀測沉井的位移。沉井每下沉1m，檢測井位，確保井位平面位移值不大于25cm，并檢測井壁傾斜度，傾斜偏差不大于下沉總深度的2%，做好相應(yīng)記錄，用于指導(dǎo)糾偏和制定下一步糾編措施。

3.下沉土方開挖

為減小偏差，沉井下沉時不同土層采用不同的施工方法見圖1。清除砂墊層時，采用人工開挖，按50cm分層進行。先對稱拆除井格中間部分，再對稱拆除中間隔墻部分，最后對稱拆除井周部分，由中間向兩端進行。進入土層后采用水力沖挖，每只沉井內(nèi)按4套泥漿泵，考慮對稱除土、均衡下沉，在 2#、14#、5#、17#4 個井格內(nèi)各布置1臺除土設(shè)備。按12只沉井同時下沉的工況配置設(shè)備，同時考慮備用設(shè)備，該工程共配置60臺套的水力挖塘機組。群井開挖由左、右岸向中間同步進行。沉井內(nèi)土方按照井格內(nèi)→隔墻下→井周邊的順序?qū)ΨQ沖挖，每層挖深控制在0.5m以內(nèi)，相鄰井格內(nèi)的土面高差不超過1.0m，對可能存有的塊石、未拆凈的混凝土墊層等，采取人工配合卷揚機、膠皮筐吊運出沉井。

4.沉井糾偏

由于下沉過程中相互影響，沉井群有向中間位移的趨勢，控制不當極易造成沉井偏位。同時左右兩端邊井垂直水流向所受土壓力差較大，下沉過程中，兩端邊井極易向中間位移，故下沉時必須預(yù)先將邊井向外糾正。而且土質(zhì)較軟及下沉深度比較小，一旦偏位，糾正難度較大。針對上述可能發(fā)生的問題，采取預(yù)防偏位措施如下：

①沉井初沉，拆除刃腳、墊層時，對稱進行，并控制拆除的進度；

②采取對稱除土，控制每層除土的厚度不大于50cm，盡量使沉井均勻下沉，減小下沉偏差；

③控制沉井間的高差不超過1m，減少沉井相互間的影響；

④沉井群采取中間高兩邊低的三角形狀下沉，抵抗沉井向中間位移的趨勢；

⑤邊井采取偏沉法。遠離岸坡的一端先沉，靠岸坡一端再調(diào)平下沉，預(yù)先向外糾正。

沉井下沉的過程是一個不斷糾偏的過程，針對下沉過程中偏位，采取糾偏措施如下：

①偏除土，這是該工程使用的主要糾偏措施；

②井外射水；

③增加土壓、偏心壓重或井外減載。

5.終沉、封底、回填

沉井下沉至距設(shè)計高程約2m時，控制下沉速度，同時加強對下沉的觀察，調(diào)整井格內(nèi)的土面高度，使其盡量保持在同一平面內(nèi)，確保沉井平穩(wěn)就位，并預(yù)留少量的自沉量。

持續(xù)深井降水，確?；痈稍?，井內(nèi)砂礫回填厚度將視刃腳入土深度、基底開挖面等具體情況而定，回填厚度不小于30cm。回填砂礫采用泥漿泵吹填入倉，平板振搗器密實。在連續(xù)8h內(nèi)沉降量不大于1cm時進行素混凝土封底，然后扎筋澆筑底板混凝土，混凝土由攪拌站拌和輸送泵運輸直接入倉，人工插入式振動器振搗密實。沉井底板完成后，鋪好井頂邊格蓋板，再進行中間井格土方回填。

相鄰沉井中間土體整平夯實后上部采用微膨脹混凝土回填，再采用旋噴樁加固封閉。

該工程首只沉井于2009年10月16日開始澆筑，2010年1月10日17只沉井全部下沉就位，經(jīng)檢測，沉井平面位置、傾斜度、平面扭角等偏差均滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

六、結(jié)語

沉井技術(shù)在國內(nèi)外的基礎(chǔ)處理施工中是一種比較成熟的施工技術(shù)，沉井的施工技術(shù)在不斷地推陳出新，國內(nèi)也不斷探討著薄壁且下沉深度和平面面積增大的新工藝、新方法。該工程現(xiàn)澆沉井的施工經(jīng)驗，可為其他類似工程借鑒

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