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(shè)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

0 引言

沉井作為地下及深基礎(chǔ)工程一種施工方法已是十分成熟的技術(shù)，它的優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，不需要進(jìn)行邊坡圍護(hù)，與大開挖相比較，挖土量少對(duì)鄰近建筑物的影響較小，操作相對(duì)簡(jiǎn)便，無需特殊的專業(yè)設(shè)備[1-3]。但對(duì)于流砂等復(fù)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(shí)例，結(jié)合沉井施工現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)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(shè)計(jì)，并提出了加強(qiáng)施工質(zhì)量的技術(shù)措施。經(jīng)工程實(shí)踐表明，其施工質(zhì)量符合現(xiàn)行規(guī)范與驗(yàn)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)，為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

2 施工工藝及過程加強(qiáng)技術(shù)措施

2.1 高壓旋噴樁施工

由于沉井施工穿過強(qiáng)透水層，故在沉井周邊設(shè)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(jī)就位、調(diào)整垂直度(使用水平尺)→開孔檢查→鉆進(jìn)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(jī)按設(shè)計(jì)樁位準(zhǔn)確定位[4]，做水平校正，成孔施工偏斜率不大于1%。若樁機(jī)位置定位不準(zhǔn)確，則會(huì)導(dǎo)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(dāng)漿液比重與規(guī)定值誤差超過0.1時(shí)，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(dá)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(shí)提升速度為7 cm/min～20 cm/min；施工中采取低速徐徐提升，以達(dá)到水泥與土體充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻男Ч?，并使旋噴樁膠結(jié)硬化后最終達(dá)到強(qiáng)度fcu≥2.0 MPa，抗剪強(qiáng)度大于0.2fcu，抗拉強(qiáng)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(chǎng)設(shè)置高壓泵時(shí)，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(chǎng)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(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)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(fù)供應(yīng)時(shí)必須將噴旋管下沉至停供點(diǎn)以下0.5 m處再旋噴提升；若因故停機(jī)超過2 h，避免出現(xiàn)堵塞，應(yīng)對(duì)泵體及輸漿管進(jìn)行妥善清洗。

2.2 沉井施工

2.2.1測(cè)量控制

對(duì)已有定位樁及高程點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，待確認(rèn)無誤后，在井壁四面設(shè)置控制樁對(duì)應(yīng)點(diǎn)，再在四角用紅漆做出標(biāo)尺，間距500 mm，以此雙方面監(jiān)測(cè)沉井下沉過程情況。

以已作出的標(biāo)尺為水平觀測(cè)點(diǎn)，利用水準(zhǔn)儀每隔1 h全方位觀測(cè)一次，及時(shí)糾偏；除此之外，在井壁上再標(biāo)注中線，以此按設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制其平面位置。

2.2.2下沉控制

1)首次下沉。

沉井達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，開始首次下沉，采用人工配合機(jī)械下沉，且由專人指揮[7]。

由于首節(jié)沉井高度達(dá)6 m，重心高，而在下沉過程中四壁摩阻力較小，下沉開挖時(shí)易產(chǎn)生傾斜位移，故在沉井入土后，采用分層、均勻、對(duì)稱，且控制每層厚為30 cm。如出現(xiàn)傾斜，及時(shí)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(jìn)行，而此時(shí)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(bǔ)給，使得現(xiàn)場(chǎng)在不排水情況下進(jìn)行開挖施工。此時(shí)，在下沉過程中必須做好觀測(cè)[8]，及時(shí)分析刃腳壓力變化及挖土深度與下沉量的關(guān)系，合理開挖，使得沉井緩慢“穿刺”下沉。特別是接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，謹(jǐn)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(shè)計(jì)標(biāo)高后，經(jīng)觀測(cè)在8 h內(nèi)累計(jì)下沉量不大于100 mm或沉降速率在規(guī)范允許范圍內(nèi)時(shí)，即可進(jìn)行沉井封底。

2.2.3措施控制

根據(jù)本工程獨(dú)有的地質(zhì)條件及現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，易出現(xiàn)各種問題，應(yīng)視具體情況分別對(duì)策。

1)糾偏。

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

b．深度較深時(shí)，首先可以考慮采用對(duì)井外噴水，井內(nèi)邊除土的方式進(jìn)行糾偏；若效果不佳，采取排水法進(jìn)行施工，先是對(duì)刃腳高一側(cè)進(jìn)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(shè)計(jì)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(duì)對(duì)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(fù)雜，可能會(huì)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??；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(shí)，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(jìn)行水下混凝土封底，用混凝土泵輸送至集料斗內(nèi)通過導(dǎo)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(dǎo)管→儲(chǔ)料→開澆→提升導(dǎo)管→澆筑結(jié)束→測(cè)量→驗(yàn)收。

2)計(jì)算分析。

a.鑒于現(xiàn)場(chǎng)工程的技術(shù)需要，灌注前向商品混凝土公司進(jìn)行技術(shù)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(shè)澆筑工作平臺(tái)，保證超自然地面2.5 m，導(dǎo)管直徑250 mm；導(dǎo)管擴(kuò)散半徑為2.5 m，且保證導(dǎo)管口埋深不小于0.5 m，則按下式進(jìn)行計(jì)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(dǎo)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(dǎo)管外混凝土擴(kuò)散高度，取1.34 m；d為導(dǎo)管內(nèi)徑，取0.25 m；r為擴(kuò)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(shí)導(dǎo)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(shè)計(jì)混凝土配合比時(shí)，保證初凝時(shí)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(qiáng)施工技術(shù)措施。

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

b.整個(gè)澆筑過程中，不斷用測(cè)繩測(cè)量水下混凝土面上升情況，同時(shí)通過導(dǎo)管上的刻度和測(cè)繩測(cè)得的水深，算出導(dǎo)管下口的標(biāo)高，掌握導(dǎo)管下口埋入混凝土的深度，以此保證導(dǎo)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(duì)其進(jìn)行加強(qiáng)施工質(zhì)量技術(shù)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(yù)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(duì)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(shí)，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(yàn)證

經(jīng)建設(shè)、設(shè)計(jì)及監(jiān)理單位對(duì)沉井分部、分項(xiàng)工程的驗(yàn)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(yàn)，其抗壓強(qiáng)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(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范中4.10高壓噴射注漿地基的檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)；細(xì)部構(gòu)造中防水施工質(zhì)量符合GB 50208—2011地下防水質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范中5.1施工縫的主控和一般項(xiàng)目驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，且將整個(gè)項(xiàng)目工期縮短了近半個(gè)月。

4 結(jié)語

1)從采用規(guī)范公式計(jì)算、混凝土配比設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工部署等3個(gè)方面分析，提出對(duì)強(qiáng)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(chǎng)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(gòu)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(fèi)用。

2)對(duì)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(shè)置遇水膨脹止水帶等加強(qiáng)施工技術(shù)措施，以此降低地下水位的影響。