浅谈沉井施工突发土体塌陷原因及处理方案

俞立珊

(福州市水环境建设开发有限公司　福建福州　350001)



浅谈沉井施工突发土体塌陷原因及处理方案

俞立珊

(福州市水环境建设开发有限公司福建福州350001)

福州市安泰河西段通湖路至白马河雨水管道工程7#沉井，在施工中突发地面土体塌陷。参建方通过现场施工现状及地质勘查资料，详细分析了其土体塌陷产生的原因，并针对该状况制定了采用小型灌注桩(即树根桩)+高压旋喷桩技术加固方案对该沉井倾斜的一侧地面进行土体加固，然后再进行沉井后续下沉纠偏工作，收到了良好的效果。

沉井下沉；土体塌陷；加固措施；沉井纠偏

0　引言

沉井是修建深基础和地下建筑物的主要基础类型，由于具有刚度大，承载力高，抗渗，耐久性好，且施工方便、工期短等特点，广泛应用于工程实践，如市政工程中给、排水泵房等，但沉井施工工艺较为复杂，技术要求高，在不同的地质、水文条件及施工工艺水平等因素影响下，施工过程中经常会产生一些状况，如沉井地面突发土体塌陷。因此探讨塌陷原因及处理方案具有较大的工程实践意义和指导价值。本文以福州市安泰河西段通湖路至白马河雨水管道工程。7#沉井地面突发土体塌陷的工程为例，结合施工现场及工程水文地质资料，对土体塌陷的原因进行了系统分析，并介绍了相应的处理方案，同时提出了沉井施工过程中防止地面土体塌陷的一些建议。

1　工程实例

1.1工程概况

安泰河是福州的一条内河，是三坊七巷和朱紫坊的重要组成部分，承载着深厚的历史文化内涵。为进一步打造和提升三坊七巷历史文化街区，展示福州的个性与魅力，福州相关部门规划在通湖路至道山路段新建长1km多的雨水管道，并在沿线设置8个沉井，通过顶管施工技术将安泰河西段沿线的雨水收集提升后排入白马河，进一步保证安泰河水质、优化内河景观。

安泰河西段通湖路至白马河雨水管道工程，其中7#沉井位于白马北路边上，道山西路与柳河路之间，施工现场平面示意图如图1所示。该沉井规格为16m×10m，沉井深度15.0m，井壁厚1 000mm；地面标高+7.30m，管内底标高(罗零标高)为-0.754m。该沉井在施工中突发地面土体塌陷，鉴于该情况，通过现场施工现状及地质勘查资料，详细分析了土体塌陷产生的原因，并针对该状况制定了土体加固方案，保障该沉井继续施工，为之后的顶管施工创造作业条件。

1.2场地的地质、水文条件

根据地质勘查报告，施工场地位于福州市鼓楼区道山路地段，场地地貌属山麓斜坡堆积地貌。岩土层主要由杂填土、粘土、淤泥质土、粘土、残积砂质粘性土和砂土状强风化花岗岩等组成。各土层的主要物理力学性质指标如表1所示。

地下水初见水位埋深约0.60～2.50m，混合稳定水位的埋设在0.60～2.50m之间(罗零标高5.55～8.38m)。地下水主要包括杂填土层中的上层滞水，残积砂质粘性土和砂土状强风化花岗岩中的孔隙潜水，属弱透水含水层，地下水水量较少。地下水受大气降水及沿线居民生活用水入渗影响。近3～5年最高地下水位高程为6.00～8.40m，历史最高洪水位标高为8.22m(罗零高程，闽江历年最高水位)。

表1　土层的主要物理力学性质指标

2　沉井突发土方塌陷

7#沉井在下沉至第12m时，其北侧即靠道山西路那侧井壁外侧地面发生塌陷，并且整个井体往北侧倾斜。经过实测，沉井南侧墙体高程比北侧墙体高400mm，如图2所示。为保障施工安全和防止地面的进一步塌陷，现场由施工单位临时在沉井井壁里侧施打一排钢板桩进行临时防护，如图3所示。

沉井内侧临时钢板桩加固完毕后，现场施工人员按照常规沉井下沉作业方法，继续在沉井内开挖下沉并择时进行沉井纠偏，但现场随即出现另外一个问题：沉井里面开挖多少土方，沉井外面地面就向下塌多少土方。考虑位于该沉井北侧10m左右有一桥台，沉井如果继续下沉，造成的土方塌陷势必会影响到该桥台及桥梁安全，施工单位暂停沉井下沉施工，并将该情况报告给勘查、设计、监理、建设等各参与单位。

3　沉井突发土体塌陷原因分析

3.1现场施工工艺分析

经了解，施工单位在沉井施工前已完成沉井施工专项施工方案的编制工作，并经监理单位审核确认后，进场施工。专项施工方案比较完整，审批手续完善。施工期间监理单位严格督促施工单位按照该专项方案进行施工，并对邻近道路、房屋、地面沉降等进行观测。该沉井下沉至12m时，沉井北侧即靠道山西路那侧井壁外侧地面发生塌陷，属于突发现象，现场施工工艺符合规范及设计要求。

3.2水文、地质情况分析

据地质勘查报告，该处地段地下水主要包括杂填土层中的上层滞水，残积砂质粘性土和砂土状强风化花岗岩中的孔隙潜水，属弱透水含水层，地下水水量较少。

经调取由勘查单位提供的临近该处的原地质勘查报告(注：原设计方案此处为5#沉井，直径12m，井底埋深为10m，对应的钻孔编号为ZK19)，该处沉井位于白马河公园内，由于占道审批手续繁琐且时间较长，勘查单位为配合建设工期要求，在原设计沉井的边缘、无苗木的位置布置ZK19钻孔，并完成该孔的钻探，地质剖面图见图4。ZK19揭示的地层情况为：0～2.3m杂填土，2.3～11.7m粘土，11.7～14.6m残积砂质粘性土。

因设计单位将整个工程方案进行优化设计，该处沉井方案已调整为7#沉井，16×10m矩形沉井，井底埋深为15m，平面位置向白马河移动了约10m，因优化设计前后两处沉井位置变动距离小，考虑地质情况不会有较大变动，设计单位还是按原先的地质勘查报告进行该处沉井设计。

鉴于实际施工中，现场该处沉井北侧出现的状况，初步探明该处实际地质状况与勘查单位提供的地质报告不符。为此，建设单位委托原勘查单位对该处地质进行了补勘工作，在7#沉井的4个角点布置ZK1、ZK2、ZK4、ZK5孔；另据施工现场反馈，在7#成井北侧疑存在空洞，另补设ZK3钻孔，钻探时受场地条件限制，钻孔略作移位施工，如图5所示。

补勘的地质情况为：ZK4地层：0～3.7m杂填土，3.7～10.6m粘土，10.6～18.8m残积砂质粘性土，该孔与原ZK19孔距离约11m，地层相符。其余4孔均揭示了2.1～3.1m厚的淤泥或淤泥质图层，补勘剖面图,如图6、图7所示。

3.3土方塌陷原因分析

结合现场施工情况、水文情况以及补勘的地质资料，7#沉井下沉突发土体塌陷的原因可以明确：补勘的ZK4地层与原ZK19地层相符外，沉井四周的新补勘的钻孔ZK1、ZK2、ZK3、ZK5孔均揭示此处沉井下方有2.1～3.1m的淤泥或淤泥质土层，地质情况发生变化。沉井在开挖下沉过程中，淤泥质土滑溜到沉井内，导致沉井北侧地面突发土体塌陷。

4　处理方案——沉井外侧土体加固

4.1土体加固方案

根据7#沉井现场已经发生的实际情况，并依据补勘的地质资料，经参建各方充分讨论研究决定：采用简易工法桩或钻孔灌注桩+高压旋喷桩的加固方案对该沉井倾斜的一侧地面进行土体加固，加固后再进行沉井后续施工。考虑到工期及现场施工条件，在沉井北侧和东西两侧采用小型灌注桩(即树根桩)+高压旋喷桩对土体进行加固，现场试验确定可行有效，并经参建各方认可。

鉴于沉井北侧目前处于一定程度的倾斜塌陷状态，因此场地需先平整后再打桩，并在土体加固实施过程中，加强对井体、道路、驳岸以及周边建筑物的监测，待桩体达到要求强度后，再继续实施沉井下沉和沉井纠偏工作。树根桩+高压旋喷桩平面布置及旋喷桩剖面图如图8所示，树根桩配筋图如图9所示。

4.2土体加固方法

(1)采用Φ400@400树根桩+高压旋喷桩加固，并设置500×400的钢筋砼冠梁。

(2)主要材料

①混凝土：采用42.5R普通硅酸盐水泥，添加0.08%三乙醇胺和0.5%氯化钠(与水泥重量比)外掺剂。混凝土强度：冠梁：强度等级C30；主体结构：强度等级C30，抗渗强度等级0.6MPa；树根桩：强度等级C30；垫层：强度等级C15；

②钢筋：采用Ⅰ级钢和Ⅲ级钢，主筋净保护层厚度：除树根桩为20mm，其余均为30mm。

(3)树根桩+高压旋喷桩施工技术要求[1]

①树根桩施工中执行《建筑地基处理技术规范》，认真做好清底工作，严格控制桩的垂直精度，在浇筑帽梁前凿除桩顶疏软部分混凝土，桩内主筋伸入帽梁长度为35d。

②高压旋喷桩在注浆后28d，加固体静力触探比贯入阻Ps≥1.4MPa，渗透参数≤1×10-7cm/s。

(4)施工工艺

①高压旋喷桩工艺参数符合表2规定，施工中严格按照标中规定参数来控制泥浆的质量。

表2　高压旋喷桩工艺参数

②钻机成孔采用天然泥浆护壁。

③灌注施工时，为防止相邻桩孔移位和窜孔，采取间隔施工。

④桩长采取平面图标注长度及以进入全风化花岗岩1.0m双控。

4.2检测及验收

(1)土体加固施工完成后，经勘查、设计、施工、监理、业主单位人员到场检测、验收确认，桩孔达到设计要求的持力层。

(2)每3～6根桩留置一组试块，经过抗压强度检测，桩身强度均符合设计要求。

(3)采用动测法检验桩身质量，经过检测，符合要求。

(4)旋喷桩防渗效果，按照规范要求，经过压水试验，检测合格。

5　沉井下沉、纠偏、封底

(1)树根桩+高压旋喷桩施工完成并检测合格后，即可对沉井进行后续施工。

(2)根据该处沉井存在的情况，后续沉井下沉取土分两部分取土，把井内分割成两个三角形，先在三角形Ⅰ的A角往B、C方向取土，取土过程沉井产生些许下沉，待稳定后继续挖至刃脚以下，再挖三角形Ⅱ，把沉井慢慢纠正回来，如图10所示。

(3)根据该处沉井的实际倾斜情况，该处沉井采用偏心压重法进行纠偏[2,3]，在沉井较高一侧(即南侧)加偏心压重，并同时在较高一侧多挖土，使沉井逐渐下沉恢复水平后，再进行均匀挖土，使沉井顺利下沉，如图11所示。

(4)沉井挖土下沉采用机械配合人工挖土，用一台25t汽车吊吊运出土。由于场地限制，挖土施工存在困难，综合考虑挖土、吊运的施工能力，沉井下沉速度控制为1m/24h。在坑边堆放弃土、材料和移动施工机械时，与坑边保持一定的距离，距坑边3m以外，堆放高度不超过1.5m[4]。

(5)在沉井沉至设计标高1.0m以上时，适当减少下沉速度，特别是刃脚下掏土的速度，防止突沉或超沉事故产生。周边开挖深度小于10cm，避免发生倾斜，保持正确的平面位置与垂直度，在离设计深度20cm 左右停止取土，依靠自重下沉至设计标高[4]。

(6)沉井挖土时随时观测垂直度，下沉过程中，每班至少观测两次，并在每次下沉后进行检查，做好记录，发现倾斜、位移、扭转时，及时进行纠正操作，使偏差控制在允许范围以内。沉井在下沉过程中，最大沉降差均控制在250mm以内[4]。当沉至离设计标高2m时，对下沉与挖土情况加强观测，以防超沉。

(7)当沉井沉到设计标高，经2～3d ，下沉稳定，经过检测，8h内累计沉降量<10mm[4]，经勘查、设计、监理、建设单位人员验槽并符合要求后，对该处沉井进行封底施工。本沉井既作为顶管工作井，日后又

是作为提升泵井使用，对封底质量要求严格，不允许出现渗漏，鉴于实际施工中涌水量不大，井底土质较密实，采取排水封底施工方法进行封底[5]。

6　结语

本文详细论述了沉井在施工过程中突发土体塌陷及导致沉井倾斜的具体情况，并根据施工现场情况，结合地质勘查报告，对其原因进行了综合探讨分析;研究制定了土体加固措施，后续再进行沉井下沉施工及纠偏工作。现已全部完成施工，并顺利进行顶管作业，取得较好的效果，可以为类似工程提供施工经验和借鉴。

汲取该沉井施工产生地面土体塌陷的经验教训，为避免今后沉井施工过程中发生地面土体塌陷，笔者提出以下3点建议：

(1)设计、勘查单位在对原设计方案进行优化调整时，应重新核对原地质勘查报告，按实际情况需要，重新展开地质勘查或补充地质勘查，为结构设计提供翔实准确的地质资料，为工程实施方案制定提供可靠依据。

(2)施工单位在施工前应仔细查看并熟悉工程地质勘查报告，在施工中应进行现场地层检验，如发现实际地质情况与勘查资料不符时，应及时报请勘查、设计、监理、建设单位，共同研究解决办法。

(3)施工过程中，监理单位应督促施工单位严格按照设计及规范要求，加强对临近建筑物、道路、地面沉降等进行观测，形成书面记录，并做好安全防范和应急措施，如有异常，及时处理，并及时报请勘查、设计、监理、建设单位，共同研究解决办法。

[1]JGJ 79—2012 建筑地基处理技术规范[S].

[2]何江华，冉纪海，桑宝岩，等.沉井施工中常见问题及解决方法[J].施工技术， 2005(S1)：354-356.

[3]吴红兵. 软土地层中沉井施工纠偏调平技术探讨[C].中国土木工程学会隧道及地下工程学会年会.1996.

[4]GB50141-2008 给水排水构筑物工程施工及验收规范[S].

[5]梁泽洋.排水沉井施工方法探讨[J].山西建筑， 2003，29(3)：99-100.

On the Causes and Treatment of Sudden Collapse of Open Caisson Construction Soil

YULishan

(Fuzhou water environment construction & development Co.,Ltd,Fuzhou 350001)

From Tonghu Road, which is in the west section of Antai River, to rain pipeline engineering of Baima River——7# open caisson occurred sudden collapse of ground soil in construction.During the construction, based on the site construction status and geological prospecting data, we analyzed the reasons for the collapse of the soil in detail.In view of this situation, we established reinforcing measures of adopting Filling Pile & High Pressure Jet Grouting Pile Technology to strengthen the inclined side of the open caisson’s ground soil.After this, we did the deviation rectification work of the subsequent open caisson sinking.This method had received a good effect.

Open caissons descending； Soil collapse；Strengthening measures；Deviation rectification of open caisson

俞立珊(1982.04-)，男，工程师。

E-mail:lishan0415@163.com

2016-03-25

TU992.2

A

1004-6135(2016)06-0117-06