淤泥質(zhì)黏土地質(zhì)沉井一次整體下沉控制

張帥

（中交第三航務(wù)工程局有限公司南京分公司，江蘇 南京210000）

1 工程概況

本工程雨水泵站位于太倉(cāng)四期堆場(chǎng)16#泊位集裝箱堆場(chǎng)北側(cè)，施工前，地基處理工作已經(jīng)完成。雨水泵站為鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)邊為29.35m，短邊為15.2m，總高12.4m（其中刃腳1.5m 高），泵房底板厚0.9m，沉井內(nèi)設(shè)置隔墻三道，外井壁厚B=0.8m，內(nèi)隔墻厚度為0.5m，泵房頂板標(biāo)高為+6.35m，刃腳踏面標(biāo)高為-6.05m，始沉地面標(biāo)高+3.2m，沉井深度9.25m。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 沖填土（KC）

灰黃色，濕～飽和，松散～稍密。細(xì)砂性，含云母，局部含貝殼碎片及腐植物根莖。該層在陸域堆場(chǎng)區(qū)均有分布，為陸域的表土層，厚度一般為6.0～9.7m。

2.2 灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（al-mQ42）

飽和，流塑。切面稍粗糙，土質(zhì)不勻，含有機(jī)質(zhì)，夾少量粉土薄層，單層厚度0.2～0.5cm，局部切面較光滑，近淤泥質(zhì)黏土夾粉砂，搖振無(wú)反應(yīng)，韌性中等，干強(qiáng)度中等。該層廣泛分布水域碼頭后沿和陸域勘察區(qū)內(nèi)，頂板標(biāo)高一般為-1.89～-10.49m，厚度一般為0.8～8.4m。

2.3 灰色淤泥質(zhì)黏土（al-mQ42）

飽和，流塑。切面光滑，土質(zhì)較勻，夾少量粉土或粉砂薄層，局部含有機(jī)質(zhì)及貝殼碎屑，搖振具反應(yīng)，韌性高，干強(qiáng)度高。該層廣泛分布于陸域勘察區(qū)內(nèi)，局部相變?yōu)棰? 灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，頂板標(biāo)高一般為-1.90～-5.84m，厚度一般為3.0～8.8m。

研究地質(zhì)報(bào)告得出，沉井所在地質(zhì)狀況較差，屬于淤泥質(zhì)黏土地質(zhì)，沉井施工難度高。

3 降水設(shè)計(jì)及下沉、抗浮驗(yàn)算

3.1 降水設(shè)計(jì)

本雨水泵站采取沉井施工工藝，現(xiàn)場(chǎng)澆筑的方式，原地面按3.2 米計(jì)，水位在2 米左右，沉井深度9.25 米，刃腳標(biāo)高-6.05米，降水深度8.05m，含水層厚度按8.05m 考慮。

本次降水的目的有兩個(gè)：為沉井排水下沉創(chuàng)造條件；防止沉井在封底后底板強(qiáng)度上來(lái)前這段期間上浮，故將地下水位降至刃腳標(biāo)高以下。

為滿足降水要求，現(xiàn)場(chǎng)采用雙濾頭管井降水方式。在沉井下沉之前開(kāi)始保持連續(xù)抽水，直到雨水泵房底板砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后回填井壁間隙土方后方可停止。

井點(diǎn)降水計(jì)算與設(shè)計(jì)：

井點(diǎn)布置及埋置深度：井點(diǎn)管沿著矩形沉井一邊一個(gè)。

井點(diǎn)布置計(jì)算：

（1）基坑假想半徑x0 的確定（基坑長(zhǎng)寬比小于5，將其化成假想半徑x0 的圓形井）：

x0=（A/π）1/2

A 為井點(diǎn)管所包圍的平面面積（m2）；25.2×33.35=640.32m2;

x0=14.27；

x0 為基坑假想半徑（m）；

（2）抽水影響半徑的確定：

R=1.95S（KH）1/2=54.9m

R 為降水井影響半徑（m）；

K 為滲透系數(shù)（m/d）;

H 為含水層厚度（m）；

S 為基坑水位降深（m）；

抽水影響半徑R=54.9+14.27=68.8m。

（3）總涌水量計(jì)算（按無(wú)壓完整井群井點(diǎn)考慮）：

Q=1.366k（2H-S）×S/（lgR-lgx0）=197.87m3/d=0.002m3/s（4）計(jì)算井點(diǎn)管數(shù)量和間距：

深井單位長(zhǎng)度出水量：

q=2πrl√k/15=0.0003m3/s

r 為井管的直徑；

l 為濾管的長(zhǎng)度；

深井進(jìn)水過(guò)濾器部分需要的總長(zhǎng)度L=Q/q=6.67m；

群井抽水單個(gè)深井過(guò)濾器浸水部分長(zhǎng)度h0=3.48m；此數(shù)值nh0=4×3.48>L 條件。

深井井點(diǎn)布置考慮工程平面尺寸：

x1=17.1，x2=17.1，x3=12.08，x4=12.08，x3=17.1，x4=17.1，x7=12.08，x8=12.08

所以lg（x1*x2*x3*x4*x5*x6*x7*x8）=9.26

Q=1.366k（2H-S）×S/（lgR-lg（x1*x2*x3*x4*x5*x6*x7*x8）/n）

=198m3/d=0.002m3/s

經(jīng)驗(yàn)算，深井?dāng)?shù)8 個(gè)，在沉井每邊各一個(gè)?？傆克?、深井井點(diǎn)數(shù)和布置距離滿足本工程降水要求。

圖1 沉井位置示意圖

3.2 沉井的下沉穩(wěn)定系數(shù)

（按制高10.5m，下沉10.5m，且排水下沉進(jìn)行計(jì)算，B=0）K=Q-B/[L（H-2.5）f]

其中：K-沉井下沉系數(shù)；

Q-井壁自重；

H-井壁高度；

L-井壁外周長(zhǎng)；

f-土壤的摩擦系數(shù)

=（6.86*11.8+1.1*9.8+1.09*9.8）/（6.86+1.1+1.09）=11.3KN

K= （10.5 ×0.8 ×85.5 ×+10.5*0.5*13.6*3）*25／[85.5 ×（10.5-2.5）×11.3]＝3.02＞1.25。

所以沉井能在自重下順利下沉。

3.3 沉井的抗浮驗(yàn)算

設(shè)計(jì)高水位為+2.0m，而沉井底標(biāo)高為-6.05m，則地下水對(duì)沉井的浮力為

F＝ρghs1＝35912.66KN

其中ρ－水的密度，取103Kg/m3；

h－水面至井底高度2m+6.05m＝8.05m；

s1－井底面積，15.2×29.35＝446.12m2；

F－水對(duì)沉井的浮力

按最不利算，不考慮土與井壁摩擦力

沉井自重：G=（85.5*0.8*11.7+13.6*0.5*11.7*3+15.2*29.35*0.2）×25=28205KN；封底砼G=（1.5+2）/2*15.2*29.35*24=18737kN；

所以G=28205KN+18737KN=46942KN

K＝G/F=46942/35912.66=1.3>1.1

因此，沉井在地下水浮力的作用下能夠保持穩(wěn)定。

4 施工重點(diǎn)控制

4.1 沉井一次整體下沉控制

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用排水取土下沉，在沉井四周分別設(shè)置管井進(jìn)行降水，每個(gè)深井內(nèi)部安裝潛水泵，確保地下水位降至沉井底高程0.5 米至1m 以下，保持沉井內(nèi)部無(wú)積水。在下沉過(guò)程中，始終將井中的水位保持在下沉表面下方至少0.5 米處。

下沉?xí)r需要對(duì)角對(duì)稱取土，從四角同時(shí)取土，刃腳邊緣應(yīng)使土堤保持在1m 以上，如果預(yù)留1m 的土體沉井還不能順利下沉，則采用齒輪式對(duì)稱取土，取土?xí)r不能將刃腳掏空或沖刷到沉井的外壁外側(cè)，以免引起井外的土塌入井內(nèi)或突然下沉。控制沖沉?xí)r的速度以及偏斜。

圖2 沉井下沉沖洗順序示意圖

下沉速度控制：沉井的下沉控制，主要控制沉井下沉量的及沉井中軸線的位移。初始階段應(yīng)至少每2 小時(shí)測(cè)量一次。如有必要，應(yīng)進(jìn)行連續(xù)觀察以糾正偏差。下沉速度控制在50cm/d。終沉階段觀測(cè)頻次為1 小時(shí)。當(dāng)沉降量接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)觀察，只有在8 小時(shí)內(nèi)沉降量不超過(guò)10mm 時(shí)，才能封底。沉井在下沉前2m 以內(nèi)的速度應(yīng)較慢，并應(yīng)嚴(yán)格控制沉井刃腳的高度差，以形成穩(wěn)定的下沉軌跡。最終下沉的時(shí)間（即最后2m以內(nèi)）應(yīng)較慢，并且下沉應(yīng)在設(shè)計(jì)標(biāo)高之上約20cm 處，停止挖掘，加強(qiáng)觀察并糾正任何偏差，以使沉井穩(wěn)定并達(dá)到設(shè)計(jì)位置。沉井下沉結(jié)束后的允許偏差：刃腳高程和設(shè)計(jì)高程的誤差不得超過(guò)100mm；刃腳平面位置的偏差不得超過(guò)下沉總深度的1%；當(dāng)下沉總深度小于10m 時(shí)，偏差可為100mm。

4.2 沉井下沉位移控制

為控制沉井下沉位移，日沉降量應(yīng)控制在50cm 以內(nèi)，以防損壞井壁，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用排水取土下沉，在沉井四周分別設(shè)置管井進(jìn)行降水，每個(gè)深井內(nèi)部安裝潛水泵，確保地下水位降至沉井底高程0.5 米至1 米以下，保持沉井內(nèi)部無(wú)積水。在下沉過(guò)程中，始終將井中的水位保持在下沉表面下方至少0.5米處。

4.3 沉井下沉速度及偏斜控制

沉井的下沉控制，主要控制沉井下沉量及沉井中軸線的位移。初始階段應(yīng)至少每2 小時(shí)測(cè)量一次。如有必要，應(yīng)進(jìn)行連續(xù)觀察以糾正偏差。下沉速度控制在50cm/d。終沉階段觀測(cè)頻次為1 小時(shí)。當(dāng)沉降量接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)觀察，只有在8 小時(shí)內(nèi)沉降量不超過(guò)10mm 時(shí)，才能封底。沉井在下沉前2m 以內(nèi)的速度應(yīng)較慢，并應(yīng)嚴(yán)格控制沉井刃腳的高度差，以形成穩(wěn)定的下沉軌跡。最終下沉的時(shí)間（即最后2m 以內(nèi)）應(yīng)較慢，并且下沉應(yīng)在設(shè)計(jì)標(biāo)高之上約20cm 處，停止挖掘，加強(qiáng)觀察并糾正任何偏差，以使沉井穩(wěn)定并達(dá)到設(shè)計(jì)位置。

沉井傾斜：即沉井垂直出現(xiàn)歪斜超過(guò)允許限度，此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)資料的校核和分析；分區(qū)、依次、對(duì)稱，同步拆除磚模；或在刃腳高的一側(cè)加強(qiáng)取土，低的一側(cè)少取土，或不取土，待正位后再均勻分層取土，還可以在高側(cè)配重加載。

沉井偏移：即沉井軸線產(chǎn)生位移現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)首先加強(qiáng)測(cè)量資料的校核，然后控制沉井不再向偏移方向傾斜，在刃腳高的一側(cè)加強(qiáng)取土，低的一側(cè)少取土或不取土。糾正方法都是A 側(cè)刃腳處去土，促使沉井向A 側(cè)傾斜，直至沉井底部中心接近設(shè)計(jì)中心線，然后在B 側(cè)刃腳處去土糾傾斜。如偏位較大，要多次如此反復(fù)進(jìn)行，直至消除為止。

5 結(jié)論

為保證蘇州港太倉(cāng)港區(qū)四期堆場(chǎng)工程雨水泵站沉井施工的質(zhì)量和安全，根據(jù)施工條件、設(shè)計(jì)要求和相關(guān)行業(yè)規(guī)范，通過(guò)對(duì)沉井下沉、抗浮的相關(guān)數(shù)據(jù)驗(yàn)算，對(duì)施工中的多個(gè)方面進(jìn)行了重點(diǎn)控制，這些措施都有力的保證了沉井施工的下沉、偏斜、位移等都符合要求，為以后相似工程的沉井施工提供借鑒。