沉井施工中常见问题分析与处理

2016-12-05尹毅颖彭辉吕连兵泛华建设集团有限公司湖南长沙410000

低碳世界 2016年22期

关键词：流砂沉井标准值

尹毅颖，彭辉，吕连兵（泛华建设集团有限公司，湖南长沙410000）

沉井施工中常见问题分析与处理

尹毅颖，彭辉，吕连兵（泛华建设集团有限公司，湖南长沙410000）

本文介绍了沉井下沉的理论控制原则，对沉井施工过程中常见的下沉困难、下沉过快或突沉、倾斜、流砂、浮起等问题进行归纳总结，分析其出现的原因并提出处理办法，对工程实践具有重要的指导意义。

沉井；下沉系数；下沉困难；流砂；施工处理办法

前言

沉井作为一种特殊的结构形式，主要有以下优点：①沉井结构基础埋置深度可以很大，稳定性好、整体性强，有较大的承载面积，能承受较大的荷载；②沉井既是基础，又是施工时的挡土、挡水结构物，下沉过程中无需单独设置坑壁支撑或板桩围护，简化了施工，节省了工程费用；③沉井不需大开挖施工，对邻近建筑物影响较小。因此沉井广泛应用于基础埋深较大、开挖施工有困难的工程。但沉井也有几项缺点：①相对于大开挖施工方式，沉井施工工期较长；②施工技术要求高；③施工中易发生不沉或难沉、下沉过快或突沉、下沉倾斜、流砂、浮起等问题[1]。

在市政给排水工程中，沉井结构主要应用于取水头部、吸水井、取水泵房、排水泵房、管线顶管工作井和接收井、拱管桥支座等。本文从理论及实践的角度对沉井施工过程当中常见的问题进行原因分析，并给出处理办法。

1 沉井下沉理论控制原则[2]

（1）下沉系数。为了使沉井能够顺利下沉，下沉系数应满足下式要求[3]：

其中，kst为沉井下沉系数；G1k为沉井自重标准值（包括外加助沉重量）；Ffw，k为下沉过程中水的浮托力标准值；Ffk为井壁总摩阻力标准值。

（2）下沉稳定系数。当沉井的下沉系数较大（一般大于1.2时），或在下沉过程中遇有软弱土层时，为防止突沉或下沉标高不能控制，应根据实际情况进行下沉稳定验算。下沉稳定系数应满足下式要求：

其中，kst，s为沉井下沉稳定系数，可取0.8～0.9；F′fw，k为验算状态下水的浮托力标准值；F′fk为验算状态下井壁总摩阻力标准值；Rb为沉井刃脚、底梁和隔墙下地基土极限承载力之和。

（3）抗浮系数。沉井抗浮应区分沉井封底和使用两个阶段，分别根据实际可能出现的最高水位进行验算，在不考虑沉井壁摩阻力条件下应满足下式要求：

其中，kfw为沉井抗浮系数；Fbfw，k为基底的水浮托力标准值。当封底混凝土与底板间有拉结钢筋等可靠连接时，封底混凝土的自重可作为沉井抗浮重量的一部分。

2 施工中常见问题分析与处理

2.1 沉井下沉困难

沉井下沉发生困难，主要是由于沉井自身下沉力克服不了井壁摩阻力，下沉系数过小，或刃脚下遇到大的障碍物导致沉井被搁置所致。

处理办法：①增加沉井自重。当沉井采用多次浇筑下沉时可继续浇筑上节混凝土增加重量，或在沉井顶部均匀施加其它重量。②减小沉井外壁的摩阻力。常用的方法有：在沉井壁内预埋射水管，利用高压水冲松井壁外侧的砂类土，使沉井外壁的摩阻力减小；在沉井外壁与土间灌入触变泥浆或黄土，降低摩阻力；在沉井周围挖除部分覆盖土，减小部分摩阻力；不排水下沉改为排水下沉，以减少浮力，相当于变相减小摩阻力。③当刃脚下遇较大障碍物或较坚硬岩层时，可用小型药包爆破振动，但刃脚下挖空宜小，爆破过程中控制好药量，同时刃脚应做好防护措施。

2.2 沉井下沉过快或突沉

为鉴定插入的序列是否正确，将重组质粒送公司测序，结果如图3，此质粒所携带的目的基因测序结果与NCBI收录的序列100%匹配，可用于下一步转染细胞。

沉井下沉过快，根本原因在于沉井下沉系数偏大，具体可能是下沉过程当中遇到软弱土层，土的抗压强度小，沉井下沉速度超过挖土速度，也有可能是沉井外部土体在外部作用下发生液化现象或是因为长期抽水作用，使井壁与土体间摩擦力减小[4]。特别的，当下沉时遇到淤泥或淤泥质黏土时，由于此类土具有触变性，经扰动后，其强度急剧降低，导致井壁摩阻力瞬间骤减，产生突沉；在饱和粉砂、细砂土中进行下沉施工时，出现严重流砂，也极易造成突沉现象。

处理办法：①将排水法下沉改为不排水法下沉，增加浮力。②将沉井外壁处的土夯实，增大土体与井壁的摩阻力。③调整单节沉井浇筑高度，减轻沉井自重。④控制挖土，杜绝突沉前的滞沉现象，特别是发生停沉时，应通过逐步挖除刃脚位置的土体，使沉井挤土下沉。⑤控制流砂现象发生，在砂土层中进行下沉施工时，要确保井点的降水效果，注意沉井内外水位的变化，使沉井内部水位始终高于沉井外部水位0.5～1.0m。

2.3 沉井下沉倾斜

沉井下沉过程中垂直度出现歪斜，超过允许限度。主要的原因有以下几种：①沉井刃脚下的土质软、硬不均；②挖土过程中未能实现均匀开挖，沉井内侧土面高差悬殊；③沉井外部四周的土压荷载不均，造成对沉井侧壁的偏压；④由于沉井突沉、流砂而造成下沉倾斜。

沉井发生倾斜时，主要的纠偏方法有[5]：①土纠偏，即通过调整土的高差及调整沉井刃脚处保留土台的宽度进行纠偏，具体为当沉井向某一侧倾斜时，可在刃脚高的一侧多挖土，使沉井恢复水平，然后再均匀挖土；②射水纠偏，即在下沉少的一侧的沉井井壁外侧注射高压水，以减小土的抗力和沉井外壁与土之间的摩擦力，促使沉井较高一侧下沉；③局部增加荷载纠偏，即在沉井下沉较少一侧的井壁上施加荷载，促使其下沉；④针对沉井突沉、流砂而造成下沉倾斜的情况，可综合采用上述几种方法进行处理。

2.4 沉井下沉过程中发生流砂侧地面严重下沉，甚至危及附近建构筑物及施工人员的安全。

2.5 沉井浮起

当沉井的自重（含上部配重）小于浮力时，沉井浮起[7]。产生的主要原因有：①在不排水下沉施工情况下，沉井本身自重不够，当下沉到某一定深度后，沉井自重小于基坑内水的浮力，从而导致沉井浮起。②在雨期施工时，基坑内地下水位急剧上升，或地表水大量涌入基坑，使沉井自重小于浮力，从而导致浮起。

根据上述原因，采用的抗浮措施主要有：①增加沉井的自重或配重；②引入外来水进入构筑物，消除沉井内外水位差，以减小其浮力；③在雨期施工时，应在沉井四周设置挡水设施，防止外来水进入基坑；④在构筑物下或基坑内四周埋设排水盲管和抽水设备，一旦发生沉井内积水及时抽除。