沉井下沉過(guò)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(guò)程中若控制不好，就會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，所以在下沉過(guò)程中必須采取嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施，并對(duì)常遇到的流沙問(wèn)題進(jìn)行原因分析，總結(jié)出相應(yīng)的處理方法。

關(guān)鍵詞：沉井;下沉;流沙

1? 沉井下沉施工工藝

1.1? 下沉前準(zhǔn)備

刃腳斜面底模和砼墊層的鑿除破除刃腳下砼條形基礎(chǔ)應(yīng)在井壁砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%以上方可進(jìn)行。

1.2? 沉井下沉

沉井下沉過(guò)程中，在做好觀測(cè)、分析刃腳壓力變化、分析挖土深度與沉井下沉量的關(guān)系的基礎(chǔ)上，確定合理的開(kāi)挖深度，讓沉井緩緩“穿刺”下沉，防止因開(kāi)挖過(guò)深形成突沉，控制好井底開(kāi)挖量。沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，經(jīng)觀測(cè)在8小時(shí)內(nèi)累計(jì)下沉量不大于10mm，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。

1.3? 注意事項(xiàng)

沉井下沉?xí)r，井內(nèi)除土應(yīng)先從中間開(kāi)始，均勻、對(duì)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(duì)沉井的平衡穩(wěn)定作用差，容易產(chǎn)生偏斜，尤應(yīng)注意。在挖土下沉過(guò)程中，不應(yīng)偏除土，避免沉井發(fā)生偏斜。

下沉過(guò)程中，應(yīng)做好標(biāo)高、傾斜和位移的測(cè)量工作、隨時(shí)注意糾正沉井的偏斜。開(kāi)始下沉前，在其周?chē)鷺?gòu)筑物及地面設(shè)置一定數(shù)量的沉降、位移觀察點(diǎn)，隨時(shí)觀測(cè)沉井周?chē)孛娴乃?、開(kāi)裂情況和構(gòu)筑物沉陷、位移的情況，以便迅速采取措施，確保附近設(shè)施的安全。

2? 流沙對(duì)沉井施工的影響

沉井下沉是沉井施工過(guò)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?yàn)樵撌┕し椒▌趧?dòng)條件好，挖土準(zhǔn)確，容易控制和糾偏，土層中如有障礙物則易發(fā)現(xiàn)和排除，且能直接檢查地基土質(zhì)情況，可進(jìn)行干封底。采用這種施工方法，沉井在粉、細(xì)沙土層下沉?xí)r，經(jīng)常會(huì)遇到流沙的現(xiàn)象，對(duì)沉井施工影響很大。沉井會(huì)出現(xiàn)突沉、偏斜、下沉過(guò)慢和不下沉等現(xiàn)象。在沉井下沉過(guò)程中，由于井內(nèi)大量抽水，流沙將隨地下水大量涌進(jìn)井內(nèi)。此時(shí)，井內(nèi)的涌沙是由井外的沙土來(lái)補(bǔ)充，一般在出現(xiàn)流沙現(xiàn)象后，井內(nèi)的土面將始終保持一定的標(biāo)高，隨挖隨涌，而井外的地面卻出現(xiàn)大量坍塌現(xiàn)象。因此，預(yù)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(duì)周邊建筑物的安全穩(wěn)定性存在重大隱患。

3? 流沙產(chǎn)生的主要原因

砂子在地下遇到水，在水的壓力發(fā)生變化的情況下，水發(fā)生了流動(dòng)，這樣砂子跟水一起發(fā)生了流動(dòng)。由于地下水的水力坡度大，即動(dòng)水壓力大，且動(dòng)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(dòng)水壓力的作用，有向上舉的趨勢(shì)。當(dāng)動(dòng)水壓力等于或大于土的浸水密度時(shí)，土顆粒處于懸浮狀態(tài)，發(fā)生流砂現(xiàn)象。

3.1? 土的物理學(xué)特性指標(biāo)

（1）在地下水位以下的亞沙或粉、細(xì)土層厚度>25cm時(shí);（2）顆粒級(jí)配中布均勻系數(shù)Ku=d60/d10<5時(shí)（d60—相當(dāng)于粒度成分累積曲線上60%含量的直徑;d10—相當(dāng)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(zhì)是產(chǎn)生流沙現(xiàn)象根據(jù)。但具有上述性質(zhì)的土不一定會(huì)產(chǎn)生流沙現(xiàn)象，還必須具有一定的地下水的動(dòng)水壓力。地下水的動(dòng)水壓力的水頭梯度愈大，為產(chǎn)生流沙現(xiàn)象提供的條件愈充分，當(dāng)水頭梯度達(dá)到臨界水頭時(shí)才會(huì)產(chǎn)生流沙現(xiàn)象。

4? ?處理流沙的施工方法

土因水頭梯度的大小或方向轉(zhuǎn)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(shè)法改變沉井刃腳外圍上下土質(zhì)物理力學(xué)性質(zhì)可將流沙轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定土。在沉井施工中處理流沙的途徑有：減小動(dòng)水壓力;改變動(dòng)水壓力方向;注漿固結(jié)形成防水層。

4.1? 減小動(dòng)水壓力的施工方法

4.1.1? 在全年最低水位季節(jié)施工

因?yàn)榈叵滤坏蜁r(shí)，沉井內(nèi)外水位差小，所以動(dòng)水壓力減小。即在沉井下沉施工過(guò)程中也就不易發(fā)生流沙，至少也可以減輕流沙，從而達(dá)到順利施工的目的。

4.1.2? 土體（水）加壓

在沉井下沉施工過(guò)程中，如果出現(xiàn)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(dòng)水壓力。先減小流沙出現(xiàn)，然后組織搶挖，使挖土速度超過(guò)冒沙速度，迫使沉井繼續(xù)下沉，挖至標(biāo)高后立即鋪設(shè)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(nèi)涌入大量泥沙無(wú)法采用挖機(jī)開(kāi)挖施工，可往井內(nèi)注水，使井內(nèi)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(jìn)行封底。

4.2? 井點(diǎn)法

輕型井點(diǎn)法是在沉井的四周將許多直徑較細(xì)的井點(diǎn)管埋入地下蓄水層中，井點(diǎn)管的上端通過(guò)彎聯(lián)管與總管相連接，利用抽水設(shè)備將地下水從井點(diǎn)內(nèi)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(diǎn)外，采用管井井點(diǎn)，特別是在土的滲透系數(shù)大，地下水比較豐富的土層中，采用輕型井點(diǎn)解決不了的問(wèn)題時(shí)，宜采用管井井點(diǎn)法。深（管）井井點(diǎn)是在沉井周?chē)扛粢欢ň嚯x設(shè)一個(gè)管井，每個(gè)管井單獨(dú)用一臺(tái)抽水泵不斷地抽水，從而降低地下水位。根據(jù)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(shè)宜采用泥漿護(hù)壁鉆孔法。

4.3? 注漿固結(jié)法

化學(xué)固結(jié)形成防滲帷幕的施工方法利用化學(xué)溶液或膠黏劑，通過(guò)壓力灌注到沉井外圍刃腳下的土層，而將土粒膠黏起來(lái)，以改善沉井外圍刃腳下土層的物理力學(xué)性質(zhì)，這種處理方法叫化學(xué)加固法。其主要目的不僅是提高巖土的力學(xué)強(qiáng)度和變形模量，而且還能降低土的滲透性，提高土的抗剪強(qiáng)度和抗?jié)B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(xù)下沉施工，或者預(yù)先通過(guò)化學(xué)加固沉井下沉位置附近可能出現(xiàn)流沙的土層，以形成強(qiáng)度高，抗?jié)B力好的新土層，從而為日后沉井下沉施工創(chuàng)造良好條件，杜絕流沙的產(chǎn)生。

（1）高壓噴射注漿法利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使?jié){液成為20m左右的高壓流從噴嘴中向四周?chē)鷩娚?，沖擊破壞土體，使土粒與漿液混合。旋噴時(shí)，噴嘴一面噴射一面旋轉(zhuǎn)和提升，膠結(jié)硬化后，即在土層中形成直徑比較均勻的圓柱體，當(dāng)旋轉(zhuǎn)噴射位置環(huán)繞沉井外圍一定的均勻距離施工時(shí)，便成一個(gè)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(xué)性質(zhì)，它是一種靜態(tài)的高壓噴射注漿法，其中以“袖閥管法”較為先進(jìn)。

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

5? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上文的介紹與分析可以發(fā)現(xiàn)頂管沉井施工在現(xiàn)在市政管網(wǎng)施工方法中有巨大的優(yōu)勢(shì)。尤其老舊管網(wǎng)改建主要位于城市主干道下或構(gòu)筑物邊緣，大開(kāi)挖施工將牽扯路政、地面障礙物拆除及恢復(fù)、公眾協(xié)調(diào)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(guò)程中往往是多種組合使用，這樣效果更好。

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