沖吸泥工法在大型陸域沉井下沉中的應(yīng)用

李一石

(中鐵大橋局第六工程有限公司，湖北武漢 430100)

1 工程概況

武漢鸚鵡洲長江大橋?yàn)槿目鐟宜鳂颍瑵h陽側(cè)北錨基礎(chǔ)采用直徑66 m圓形沉井，井壁厚度為12.3 m，井壁上有16個直徑8.7 m圓孔，中間設(shè)厚度1.4 m十字隔墻。由于北錨所處武漢市區(qū)，周邊房屋眾多，拆遷困難，施工場地狹窄，錨碇周邊主要建筑物為:錨碇上游距錨碇中心50 m外側(cè)為密集2層～4層磚混結(jié)構(gòu)民房，在錨碇西北側(cè)距錨碇中心約130 m為世貿(mào)錦繡長江已建成的54層樓房，沿橋軸線距錨碇中心約100 m為漢陽鸚鵡長江大堤。為了避免北錨碇沉井下沉過程中取土對大堤和周圍建筑物的不利影響、克服沉井施工中可能翻砂造成的風(fēng)險，在沉井邊緣外側(cè)10 m設(shè)置地下連續(xù)墻作為防護(hù)墻，并在沉井下沉施工之前完成。地下連續(xù)防護(hù)墻為圓環(huán)形，與沉井同圓心，中心半徑為43 m。防護(hù)墻為C30水下鋼筋混凝土剛性結(jié)構(gòu)，墻厚80 cm，墻頂標(biāo)高+21 m，底標(biāo)高－34 m，深度55 m。

2 工程地質(zhì)

根據(jù)地勘資料和現(xiàn)場開挖確認(rèn)，場地地面標(biāo)高平整至+21.0 m以后，地面以下還存在0.36 m～1.72 m的回填土層(層底平均高程+18.89 m)和3 m～5.3 m的粉質(zhì)黏土層(層底平均高程+15.62 m)?；靥钔翆訋r土特征為:雜色，稍濕，松散，成分主要為黏性土，碎磚、塊石等建筑垃圾，強(qiáng)度低，壓縮量大。粉質(zhì)黏土層巖土特征為:黃褐色，軟塑，不顯層理，土質(zhì)較均，強(qiáng)度較低，基本容許承載力為120 kPa。為保證沉井接高過程中的穩(wěn)定，場地標(biāo)高平整到+21 m，采用水泥攪拌樁進(jìn)行地基處理，攪拌樁主要加固處理粉質(zhì)黏土層，貫穿粉質(zhì)黏土層至粉砂層頂面，攪拌樁樁頂標(biāo)高+21 m，樁底標(biāo)高+15 m，樁徑500 mm，施工樁長6 m，平面布置以沉井中心為圓心環(huán)形布置，相鄰樁中心間距按1.2 m～1.73 m設(shè)置，沉井內(nèi)圓和井壁小圓孔底部不布置。水泥攪拌樁施工完成后開挖1.5 m，對局部處理效果較差地方，表面再開挖0.5 m摻入石灰后進(jìn)行回填碾壓，表面平整至+19.5 m，再鋪設(shè)1.5 m砂墊層，砂墊層頂面標(biāo)高+21 m，在砂墊層上采用砂袋粗砂堆砌成高為1.8 m刃腳模。

3 工法概述

為保證不排水階段時取土順利，采用傳統(tǒng)的干挖取土，利用挖機(jī)井下取土，采用吊機(jī)垂直運(yùn)輸，不僅效率低下，而且需要投入多臺大型起吊設(shè)備，且市區(qū)白天渣土車不能通行，施工場地狹小無臨時存儲場地，導(dǎo)致取土成本上升，難以達(dá)到文明施工要求，本工程采用沖吸泥工法解決這個問題。

沖吸泥工法是采用高壓水槍將泥土沖切形成泥漿，然后采用泥漿泵將泥漿抽出沉井，利用大功率泥漿泵接力將泥漿輸送到泥砂船上，系統(tǒng)構(gòu)成包含供水系統(tǒng)，高壓射水系統(tǒng)，泥漿輸送系統(tǒng)，沉井應(yīng)力姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。供水系統(tǒng)采用5臺200 m3/h水泵放置在江面抽水，然后利用2臺1 450 m3/h輸送泵接力，利用2根φ315 mm輸送管，采用高架形式越過長江大堤往蓄水池不斷補(bǔ)水。高壓射水系統(tǒng)采用12臺高壓水泵從蓄水池抽水，引出24條φ50 mm管路，形成高壓射水，射水壓力達(dá)到1 MPa，作業(yè)人員手持高壓水槍沖切泥土形成泥漿，如遇到堅(jiān)硬土層，利用挖機(jī)將土層進(jìn)行松動，遇到雜物、石塊、磚塊，采用人工清理后吊出沉井。泥漿輸送系統(tǒng)采用16臺揚(yáng)程15 m，200 m3/h泥漿泵將泥漿抽出沉井，匯聚到沉井外泥漿箱，采用2臺1 450 m3/h輸送泵接力，利用2根φ315 mm塑料輸送管將泥漿輸送到長江中泥砂船，泥漿輸送距離220 m。沉井應(yīng)力姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，采用預(yù)埋在底節(jié)鋼殼的鋼板計(jì)，以及鋼筋計(jì)、混凝土計(jì)、側(cè)壁土壓力計(jì)、刃腳壓力計(jì)及日常測量監(jiān)控作為控制手段。

4 工法應(yīng)用效果

4.1 工法工效

本次計(jì)劃取土下沉11 m，累計(jì)取土38 071 m3，由于接高過程中自重下沉約0.15 m，沖吸泥累計(jì)下沉10.34 m，用時14 d，日均下沉0.738 m/h，最小下沉量為7 mm/d，最大下沉量2 016 mm/d。沉井日下沉量時間關(guān)系圖及統(tǒng)計(jì)表見圖1，表1。

圖1 沉井下沉量時間關(guān)系圖

表1 沉井下沉量統(tǒng)計(jì)表

取土過程中表面約3.3 m刃腳模及表層換填均采用粗砂，取土速度較快，利用高壓水槍很容易將粗砂刃腳模沖潰，利用泥漿泵可以順利抽出沉井。進(jìn)入黏土層后，效率明顯降低，由于黏土層經(jīng)過水泥攪拌樁處理，形成水泥黏土塊，局部土層摻加石灰，高壓水槍難以沖開，工效低下，采用人工清除土塊，挖機(jī)局部破壞配合進(jìn)行作業(yè)。穿過黏土層后進(jìn)入細(xì)砂層，下沉速度最快。監(jiān)控數(shù)據(jù)反映在下沉初期數(shù)據(jù)處于正常水平，進(jìn)入黏土層后，由于下沉困難采取了中間掏空十字隔墻，形成大鍋底逐步往外側(cè)取土，導(dǎo)致中部脫空過大，刃腳在下沉困難的情況下，刃腳受到較大橫向壓力，使得十字隔墻中間鋼板計(jì)應(yīng)力持續(xù)上升，最高超過80 MPa，停止沖吸泥后，采用砂袋將十字隔墻中間處鍋底回填，利用千斤頂將十字隔墻中部全部頂起，然后慢慢進(jìn)行沖吸泥作業(yè)，根據(jù)鋼板計(jì)應(yīng)力及下沉量的變化，逐步對千斤頂卸載。當(dāng)進(jìn)入細(xì)砂層后，由于漸漸進(jìn)入地下水位，細(xì)砂較為松散，吸泥效率明顯提高，下沉速度最快。下沉過程中刃腳反力值正常。

4.2 工法應(yīng)用注意事項(xiàng)

1)沖吸泥工法主要是利用管路進(jìn)行泥砂運(yùn)輸，所以對管路的維護(hù)很重要，由于輸送泥砂方量多，運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，輸送管道要采用優(yōu)質(zhì)塑料管，管道布置采用下穿或高架的形式，不能影響施工且方便維護(hù)。

接頭可采用熱熔或法蘭連接方式，保證連接質(zhì)量，防止爆管影響施工效率，管路停止使用前必須泵送清水，將管路內(nèi)沉積物清理干凈。

2)沖吸泥工法在砂土中效果較好，黏土層則工效較低，如果在沉井接高過程中，為防止地基承載力不夠及不均勻沉降，進(jìn)行地基處理，建議采用砂樁進(jìn)行地基處理，換填石灰土對沖吸泥工效影響較大，由于采用水泥或石灰對地基進(jìn)行處理后，容易形成堅(jiān)硬土塊，需要進(jìn)行人工清理，泥漿泵難以泵送且容易堵管。

3)下沉階段針對不同土層應(yīng)該采用不同沖切方法進(jìn)行，對于表面換填砂墊層可以采用中間向外側(cè)進(jìn)行，形成大鍋底，中部脫空，方便砂墊層順?biāo)鞯街胁浚媚酀{泵抽出，當(dāng)刃腳進(jìn)入黏土層后，必須放慢中部沖吸泥作業(yè)，可以在四個隔倉沖吸形成4個小鍋底形狀，十字隔墻底部形成承托，減少十字隔墻應(yīng)力，防止下沉困難損壞隔倉。當(dāng)進(jìn)入細(xì)砂層后，應(yīng)盡快形成大鍋底形狀，因?yàn)榧?xì)砂層沖吸泥功效高，下沉快，防止突然下沉中部土層托住十字隔墻造成局部應(yīng)力過大損壞隔墻。在離計(jì)劃下沉標(biāo)高約1 m時，應(yīng)逐步將4個隔倉形成小鍋底，根據(jù)測量數(shù)據(jù)對沉井進(jìn)行調(diào)整，保證沉井均勻下沉至預(yù)定標(biāo)高。在下沉到位時必須保證刃腳埋入土中，增大支撐力，防止接高過程中突沉。

4)沉井下沉過程中應(yīng)勤觀測，由于土層不均勻性，沉井下沉過程中容易出現(xiàn)偏斜，需要經(jīng)常性進(jìn)行糾偏，時刻注意各種應(yīng)力值變化。

由于本工程在沉井外增設(shè)地下連續(xù)墻作為防護(hù)墻，防護(hù)墻內(nèi)外地下水滲流路徑改變，在沉井進(jìn)入地下水位后僅出現(xiàn)了局部小管涌、流砂現(xiàn)象，沒有形成翻砂造成沉井突沉，對周邊建筑無不利影響，對于不設(shè)防護(hù)墻，沉井下沉進(jìn)入地下水位后需要注意對周邊環(huán)境的觀測，防止管涌流砂影響周邊建筑物的安全。

5 結(jié)語

根據(jù)工法應(yīng)用情況看，沖吸泥工法工效較高，特別在砂土中，相對傳統(tǒng)干挖取土，投入設(shè)備少，文明施工效果好，特別適用城市內(nèi)施工場地受限的地方。該工法可以作為沉井不排水下沉階段的可行的工法，既可減少占地，又能節(jié)約成本，節(jié)能減排。

［1］張鳳祥.沉井沉箱設(shè)計(jì)、施工及實(shí)例［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010:213-214.

［2］劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009:930-938.