海淤土地基大型沉井群施工控制

2010-01-31沈继华胡芊芊

治淮 2010年9期

崔飞沈继华杨中胡芊芊

海淤土地基大型沉井群施工控制

崔飞沈继华杨中胡芊芊

一、工程概况

三洋港挡潮闸位于江苏省连云港市郊新沭河入海口，是沂沭泗河洪水东调南下工程新沭河治理工程的关键性骨干工程，设计流量6400m3/s，为Ⅰ等大（1）型工程，主要建筑物为1级，工程总投资55216万元。该闸共33孔，单孔净宽15m，闸墩分缝，分二孔一联及单孔一联布置。闸室采用串联式半封底沉井基础，共17只，其中16只沉井顺水流长为17.9m，垂直水流向长为34m；位于沉井群中间单只沉井顺水流长为17.9m，垂直水流向长为16.9m。井壁刃脚底高程-10.6 m，沉井顶高程-3.1 m，沉井间距均为1.1m。该工程沉井群垂直水流方向总长 575.82m，占地面积 10307m2，为目前国内软基上最大的沉井群。

二、工程地质

闸址处钻探深度内揭示的土层均为第四系地层，其中全新统海相沉积地层（厚约11m左右）具有高压缩性、低强度的共性，上更新统及以前沉积地层总体强度高，分布较稳定。

设计闸底板底高程为-3.1m，位于第②层淤泥质软土层下部，该层土呈流塑状，具高压缩性，场区普遍分布，厚4～8m，标准贯入击数小于1击，天然地基承载力40kPa；下伏第③层淤泥和淤泥质粘土，土质软弱、厚度大、力学性能差，场地普遍分布，厚4～6m，标准贯入击数0.7～1.9击，天然地基承载力50kPa。建基面下软弱土层总厚度6m左右，不能直接作为建筑物的天然地基持力层，需进行地基处理。第④层粘土和粉质粘土层位较稳定，厚度较大，天然地基承载力190kPa，工程力学性能良好，其下伏各层力学性能亦好，可作为基础持力层。

该工程沉井制作层位于第③层土，沉井下沉到位后的持力层位于第④层土上。

三、沉井施工工艺流程

沉井均采取一次制作，依次下沉的施工方案。制作时3个沉井为一个序列，下沉时4个沉井为一个序列，分别由左右岸向中间依次推进。

沉井施工工艺流程如下：

基坑开挖→砂垫层→混凝土条形基础→砖砌刃脚胎模→搭设脚手→立内模→绑扎钢筋→安置预埋件→立外模→混凝土浇筑准备及浇筑前检查→浇筑混凝土→养护等强、拆除模板及脚手→拆除砖胎模、混凝土垫层→拆除砂垫层→井内挖土下沉→井底回填砂砾 →沉井封底、底板→沉井内、间回填土→沉井防渗处理。

四、沉井制作

1.沉井制作基础处理

沉井制作基坑面高程为-5.5m（位于③层土），地基承载力为50kPa，而沉井单位长度的重力为186kN/m，不能满足沉井制作时的稳定性，需填筑砂垫层，根据《水闸施工规范》中相关公式算得砂垫层厚度约1.5m，填筑高程至-4.0m。为扩大沉井刃脚的支承面积，减轻对砂垫层的压力，以及省去刃脚下的底模板，便于沉井下沉，在砂垫层上铺筑一层标号为C20素混凝土垫层，其作用相当于支承垫木，根据相关公式计算素混凝土垫层厚度为0.1m。

沉井施工共需砂垫层约1.9×104m3，砂垫层采用水力挖土机械输送至基坑，由左、右两岸向中间推进，分段填筑，采取漫水插入式振动器振捣密实，分三层填至-4.0m。隔墙位置的条形基础，先筑砂袋再向其中充填砂并震捣密实。砂垫层填筑时在沉井上、下游侧中间位置预设φ50cm钢筋骨架外缠滤布排水井，抽排砂垫层密实后的余水，确保砂垫层干容重控制在1.60～1.65g/cm3。

砂垫层施工完成后，在刃脚和隔墙部位浇筑10cm厚C20素混凝土条形基础，达到强度后在其上标出沉井刃脚轮廓线，再砌砖模并用砂浆抹面。

2.沉井制作

沉井混凝土总量约为32600 m3，由于施工时间紧、强度大，混凝土生产采取集中配制、罐车运输、泵送入仓。现场配备2台套75m3/h混凝土生产系统，混凝土的水平运输配备6辆容量为8m3混凝土搅拌车，每20min运输一次；垂直运输配备2辆臂架混凝土泵车，混凝土输送能力为120m3/h，浇筑仓面以布料杆分配混凝土，共设18个下料点。沉井混凝土浇筑水平分层厚度控制在50cm以内，混凝土浇筑做到对称、分层、缓慢上升，由左向右依次下料，采用插入式振捣器振捣。沉井采用大掺量磨细矿渣高性能混凝土，并尽量避开低温施工，混凝土浇筑结束后，及时进行保温、养护。

五、沉井下沉

1.下沉方式选择

沉井下沉有两种施工方式可供选择：一种是排水下沉，另一种是不排水下沉。

不排水下沉的优点主要在于下沉过程中对土体的扰动较小，软土地基中下沉系数小，但缺点是工期可预见性差、投入大、施工难度大、安全系数小等。相比较而言，排水下沉具有施工周期短、施工成本低、施工安全性高、出现不利情况时便于采取措施等优点，但缺点是下沉过程中土体扰动大，而且在软土地基中下沉系数大，下沉过程中必须采取相应措施来控制沉井下沉系数。根据分析及施工经验并综合考虑工程的工期和成本控制因素，该工程采用排水下沉法施工。

2.下沉准备

下沉前在每只沉井的四角绘制高程指示刻度线，并设高度观察指针，下沉过程中对指针的精度经常加以校正。沉井群的两端设上、下游方向观察装置，便于观察沉井的下沉状况。沉井顶部的四个角点设固定观测点，用全站仪和水准仪观测沉井的位移。沉井每下沉1m，检测井位，确保井位平面位移值不大于25cm，并检测井壁倾斜度，倾斜偏差不大于下沉总深度的2%，做好相应记录，用于指导纠偏和制定下一步纠编措施。

3.下沉土方开挖

为减小偏差，沉井下沉时不同土层采用不同的施工方法见图1。清除砂垫层时，采用人工开挖，按50cm分层进行。先对称拆除井格中间部分，再对称拆除中间隔墙部分，最后对称拆除井周部分，由中间向两端进行。进入土层后采用水力冲挖，每只沉井内按4套泥浆泵，考虑对称除土、均衡下沉，在 2#、14#、5#、17#4 个井格内各布置1台除土设备。按12只沉井同时下沉的工况配置设备，同时考虑备用设备，该工程共配置60台套的水力挖塘机组。群井开挖由左、右岸向中间同步进行。沉井内土方按照井格内→隔墙下→井周边的顺序对称冲挖，每层挖深控制在0.5m以内，相邻井格内的土面高差不超过1.0m，对可能存有的块石、未拆净的混凝土垫层等，采取人工配合卷扬机、胶皮筐吊运出沉井。

4.沉井纠偏

由于下沉过程中相互影响，沉井群有向中间位移的趋势，控制不当极易造成沉井偏位。同时左右两端边井垂直水流向所受土压力差较大，下沉过程中，两端边井极易向中间位移，故下沉时必须预先将边井向外纠正。而且土质较软及下沉深度比较小，一旦偏位，纠正难度较大。针对上述可能发生的问题，采取预防偏位措施如下：

①沉井初沉，拆除刃脚、垫层时，对称进行，并控制拆除的进度；

②采取对称除土，控制每层除土的厚度不大于50cm，尽量使沉井均匀下沉，减小下沉偏差；

③控制沉井间的高差不超过1m，减少沉井相互间的影响；

④沉井群采取中间高两边低的三角形状下沉，抵抗沉井向中间位移的趋势；

⑤边井采取偏沉法。远离岸坡的一端先沉，靠岸坡一端再调平下沉，预先向外纠正。

沉井下沉的过程是一个不断纠偏的过程，针对下沉过程中偏位，采取纠偏措施如下：

①偏除土，这是该工程使用的主要纠偏措施；

②井外射水；

③增加土压、偏心压重或井外减载。

5.终沉、封底、回填

沉井下沉至距设计高程约2m时，控制下沉速度，同时加强对下沉的观察，调整井格内的土面高度，使其尽量保持在同一平面内，确保沉井平稳就位，并预留少量的自沉量。

持续深井降水，确保基坑干燥，井内砂砾回填厚度将视刃脚入土深度、基底开挖面等具体情况而定，回填厚度不小于30cm。回填砂砾采用泥浆泵吹填入仓，平板振捣器密实。在连续8h内沉降量不大于1cm时进行素混凝土封底，然后扎筋浇筑底板混凝土，混凝土由搅拌站拌和输送泵运输直接入仓，人工插入式振动器振捣密实。沉井底板完成后，铺好井顶边格盖板，再进行中间井格土方回填。

相邻沉井中间土体整平夯实后上部采用微膨胀混凝土回填，再采用旋喷桩加固封闭。

该工程首只沉井于2009年10月16日开始浇筑，2010年1月10日17只沉井全部下沉就位，经检测，沉井平面位置、倾斜度、平面扭角等偏差均满足设计及规范要求。