防止沉井下沉对周边环境有害影响的施工技术

2013-10-19李得胜田满义

水利建设与管理 2013年10期

李得胜，田满义

(上海宏波工程咨询管理有限公司，上海 200232)

1 沉井下沉对周边环境的潜在影响及其特征

在沉井下沉过程中，因将沉井中心部位的土体挖出，沉井周边的土粒受到地下水的渗透作用而产生渗流。随着沉井下沉，其周边流失的土粒由下而上、由近及远地流失、下沉，最终形成以沉井为中心的锅底形凹地，地表下陷的范围与深度，与地下水位高低、土层透水性强弱、沉井下沉深度等有重大关系。一般情况下，地下水位越高、土层导水性越强，地面沉降范围及深度越大，反之则小。若遇到特殊的地下暗浜、暗槽，地面下沉，倾斜将加剧。

在沉井下沉时，若方法不适宜且不采取任何措施，对周边管线工程、建筑物将造成一定影响，严重时会造成管线被拉裂、建筑物基础因不均匀沉降而被损毁等有害影响，见图1。

图1

2 减小沉井下沉对周边环境影响的施工方法

一般沉井下沉方法有两种:带水下沉和不带水下沉。开挖土方的方法有:机械开挖和水力开挖。从施工进度上讲，机械开挖进度快;从施工成本上考虑，水力开挖要低一些;但对于黏性较大或砂砾较大的土体就不适宜水力开挖。

为了尽可能减小沉井周边地面下沉、位移、倾斜等情况，就要选择适宜的下沉方法。

2.1 掏芯开挖下沉法

在沉井挖土下沉时，井内开挖工作面呈一锅底形状，即掏芯挖土。四周留有一定厚度和高度的阻止渗流的土体，依靠沉井自重下沉切削塌落开挖。这样可以阻挡部分井壁外侧土粒渗漏，进而减小周边土层的下沉，控制下沉对地面的影响，见图2。采用这种方法，一定要注意土层透水性强弱及下沉深度。若地下水位较高、土层为砂性土，则井壁四周留置的土体要厚，挖土面与留置土台高差要缩小。无论是带水下沉还是不带水下沉，这种掏芯挖土下沉法，均可有效控制沉井周边土粒流失，但缺点是下沉速度慢。

图2

2.2 带水下沉法

在沉井下沉施工时，对地下水位以下的土方采取水下开挖的方法，尽可能保持井内水位与地下水位基本平衡，消除井内外水压力差，进而避免或减小沉井周边土粒因水压作用而渗流，达到控制沉井下沉对其周边环境影响的目的，见图3。

在施工过程中，一定要注意控制井内水位，不得因为水深挖土难度大而降低(抽排)井内水位。若井内水位偏低，造成内外水压力差，会直接影响到防渗及控制沉井下沉对周边环境影响的效果。带水下沉施工时，无论采取机械开挖，还是高压水冲削吸泥法开挖，千万不要开挖沉井刃脚下土体，这些土体对防止沉井外侧土粒流失有一定的阻流作用。

图3

上述两种施工方法，要针对不同的地质情况或施工条件，灵活选择或组合使用。

3 减小沉井下沉对周边环境有害影响的施工措施

在沉井下沉前或下沉过程中，采取一些有效的施工措施，可以控制沉井对周边环境的影响程度，避免对周边建筑物等造成有害影响。

3.1 在沉井周边施打防渗桩

在沉井施工前，根据附近受护对象的重要性及其与沉井距离的大小，在沉井四周施打防止土体渗漏的钢板桩或槽钢桩，可避免周边土体流失，进而减小沉井下沉对周边受护对象的影响。

采用防渗桩保护沉井周边的建筑物、管线工程时，一定要控制好桩底标高及其轴线与沉井间的距离。一般情况下，桩底标高要超深透水层1.5m以下，最好达到刃脚底标高下1.5m为宜。防渗桩轴线与沉井间水平距离不得低于沉井深度的1.5倍，且不得影响沉井下沉施工，见下页图4。防渗桩拔除时间控制在沉井封底、底板混凝土浇筑前达到一定强度后，以免防渗桩拔除过早造成沉井封底困难，或对未达到设计强度的沉井底板造成不利影响。

采用防渗桩施工措施，虽可避免或减小周边土体流失，但投入较大，特别在沉井较深时，投入更大，故其适应性有一定的局限性。另外采用防渗桩，也有一定的阻止地表水平位移的作用。故施工时，应加强质量管理，提高其抗侧压能力。

图4

3.2 及时回填沉井周边沉陷坑

在沉井下沉过程中，地表沉降由近及远、由深渐浅，为了有效阻止地表下沉引发的水平位移，将沉井附近的沉陷区及时填土，阻挡外围区域向沉井方向的位移，进而减小水平位移的不利影响。

填坑阻挡外围区域水平位移，虽然不能从根本上控制对周边环境的沉降影响，但可以将水平位移的影响减弱，特别对于管线工程，防止水平位移有重要意义。

3.3 严格控制下沉速率

在沉井下沉过程中，周边土粒渗流与下沉速率有一定关系，下沉越快，土粒流失越快，越易发生周边环境突发性变形。故在沉井下沉过程中，根据地质情况及周边环境影响监测情况，合理控制下沉速率。

3.4 注浆阻流

在沉井下沉过程中，若遇到特殊的渗流通道，出现大量冒砂现象时，要暂停施工，探清通道走向、标高及范围，再采取钻孔注浆方法，阻断渗流通道，防止冒砂，避免发生地表严重塌陷现象。

3.5 排除沉井周边积水区积水

若沉井周边有大面积积水区(地表水)，其对下沉作业是很不利的，很容易发生地表水与沉井间地下渗流现象，进而引起地表塌陷现象发生。故在沉井下沉前，必须排除附近积水，避免渗流发生。

3.6 变形监测

沉井下沉对周边环境的影响，可通过事先在地表设置变形监测点，及时发现、分析影响范围、趋势及影响程度，为指导下沉施工和控制施工影响发挥重要作用。

a.变形监测点布置示意图如右图:在纵横断面上，每侧布置不少于5个点，相邻点之距以5～10m为宜，见图5。

图5 变形监测点布置示意图

b.变形监测方法:在沉井下沉影响范围之外布置观测基准点，用全站仪观测平面位置，用直接水准测量方法观测沉降。施工前先测出初始值，施工过程中，每天不少于两次进行观测，施工完成稳定后，最后精确测定点位及标高。首末两次测量精度稍高一些，以±5mm为宜，日常观测精度以±8mm为宜。若受护对象要求高，精度提高到±3～±5mm。

c.成果分析:计算沉降量和水平位移量，绘制下沉曲线和位移曲线。

对上述计算结果进行分析、判断，若发现变形对环境可能造成有害影响趋势时，立即暂停施工，调整下沉方法并采取有效措施，控制影响趋势扩展。

4 实例

图6

某工程提污泵房采用沉井施工方式，沉井几何尺寸为长17m，宽9m，深10m，刃脚底标高-5.6m，地面标高4.5m。该地区地下水位+2.5m，地层从上到下依次是①层吹填土，2.6～0.5m;②层砂质粉土，0.5～-2.0m;③层淤泥质粉质黏土夹砂，-2～-6.43m;该沉井西侧和北侧均有二级公路，距沉井约15m。见P18图6。

针对本区域地质及周边受护对象情况，施工时采取了带水下沉、水力挖土施工方法。为了减小对公路的不利影响，在该沉井西侧和北侧均施打了槽钢桩，下沉速率控制在1.5m/天以内。

在施工过程中，沉井周边发生下沉，施工人员及时对下沉区域进行了回填，同时尽可能减少公路上重载车辆通行。

在施工全过程中，对北侧和西侧路面变形情况进行了监测，沉降和位移最大变形量达1.5cm，公路未受到有害影响，说明施工方法适宜，措施得当。