洱海区域流砂地质条件下沉井施工工艺

2018-08-15方涛

山西建筑 2018年19期

方涛

(中建五局第三建设有限公司，湖南长沙 410000)

0 引言

沉井作为地下及深基础工程一种施工方法已是十分成熟的技术，它的优点是占地面积小，不需要进行边坡围护，与大开挖相比较，挖土量少对邻近建筑物的影响较小，操作相对简便，无需特殊的专业设备[1-3]。但对于流砂等复杂地质条件，施工难度加大，不易施工，特别是在施工过程中出现渗水、基坑土体不稳定等问题，就此，本文就以洱海区域流砂地质条件下顶管沉井施工为实例，结合沉井施工现场技术组织，最终从分节下沉高度、水下混凝土封底厚度等方面深化设计，并提出了加强施工质量的技术措施。经工程实践表明，其施工质量符合现行规范与验评标准，为类似工程提供借鉴。

1 工程概况

2 施工工艺及过程加强技术措施

2.1 高压旋喷桩施工

由于沉井施工穿过强透水层，故在沉井周边设置单重管高压旋喷桩作为止水帷幕，桩径为600 mm，桩间距为400 mm，咬合距离为200 mm。

2.1.1施工工艺

桩位放样→钻机就位、调整垂直度(使用水平尺)→开孔检查→钻进成孔→试喷检查→高喷作业→观察高喷参数→填写记录表→完成钻孔。

2.1.2施工措施

1)桩机按设计桩位准确定位[4]，做水平校正，成孔施工偏斜率不大于1%。若桩机位置定位不准确，则会导致桩间距及咬合距离不够，从而出现漏水等现象。

2)采用华润生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.8～1.5，注意当浆液比重与规定值误差超过0.1时，立刻停止作业，重新调整浆液，使得高压旋喷桩水泥用量达到210 kg/m。

3)旋喷桩注浆压力为15 MPa～20 MPa，注浆量为60 L/min～70 L/min，注浆转速为5 r/min～16 r/min，同时提升速度为7 cm/min～20 cm/min；施工中采取低速徐徐提升，以达到水泥与土体充分搅拌混合均匀的效果，并使旋喷桩胶结硬化后最终达到强度fcu≥2.0 MPa，抗剪强度大于0.2fcu，抗拉强度大于0.06fcu。

2.1.3施工中易出现的问题

1)为保证注浆压力，避免出现因喷浆口压值耗损过多出现桩径不足[5]的现象，则现场设置高压泵时，使其离喷浆口距离不大于20 m。

2)在旋喷注浆过程中，若出现冒浆超过浆量的20%或完全不冒浆等现象，立即根据现场情况分析查明原因，可能出现流砂、溶洞等特殊地质环境，及时调整设计及施工方案。

3)为保证桩体完整，供浆、供气、供水必须连续[6]，但若出现中断情况，则待恢复供应时必须将喷旋管下沉至停供点以下0.5 m处再旋喷提升；若因故停机超过2 h，避免出现堵塞，应对泵体及输浆管进行妥善清洗。

2.2 沉井施工

2.2.1测量控制

对已有定位桩及高程点进行复核，待确认无误后，在井壁四面设置控制桩对应点，再在四角用红漆做出标尺，间距500 mm，以此双方面监测沉井下沉过程情况。

以已作出的标尺为水平观测点，利用水准仪每隔1 h全方位观测一次，及时纠偏；除此之外，在井壁上再标注中线，以此按设计要求严格控制其平面位置。

2.2.2下沉控制

1)首次下沉。

沉井达到设计要求后，开始首次下沉，采用人工配合机械下沉，且由专人指挥[7]。

由于首节沉井高度达6 m，重心高，而在下沉过程中四壁摩阻力较小，下沉开挖时易产生倾斜位移，故在沉井入土后，采用分层、均匀、对称，且控制每层厚为30 cm。如出现倾斜，及时纠偏。在下沉深度0.3 m内，速度控制在0.2 m/d～0.5 m/d。

2)第二次下沉。

第二次下沉为沉井最后浇筑后进行，而此时井内土方高程已完全低于地下水位，由于地下水与洱海水相互渗流补给，使得现场在不排水情况下进行开挖施工。此时，在下沉过程中必须做好观测[8]，及时分析刃脚压力变化及挖土深度与下沉量的关系，合理开挖，使得沉井缓慢“穿刺”下沉。特别是接近设计标高时，谨慎控制井底开挖量，防止因开挖过深形成突沉。待沉井下沉至设计标高后，经观测在8 h内累计下沉量不大于100 mm或沉降速率在规范允许范围内时，即可进行沉井封底。

2.2.3措施控制

根据本工程独有的地质条件及现场施工环境，易出现各种问题，应视具体情况分别对策。

1)纠偏。

a.深度较浅时，采用对刃脚高一侧进行人工挖土，在刃脚低一侧适当以填砂的方式进行纠偏；

b．深度较深时，首先可以考虑采用对井外喷水，井内边除土的方式进行纠偏；若效果不佳，采取排水法进行施工，先是对刃脚高一侧进行逐渐纠偏，纠偏过程中，使沉井向偏位方向倾斜，直至沉井底面中轴线与设计中轴线重合或接近，接着再后沿倾斜方向下沉继续纠偏，使其调整到容许范围内；

c．如位置发生扭转，可利用对对角除、填土所形成的扭矩使沉井在下沉过程中逐步纠偏到位。

2)突沉。

由于穿越的土质复杂，可能会出现突沉现象[9]，故在施工过程中保留刃脚四周0.5 m～1 m的土埂；若仍未满足要求，则在井壁四周填充碎石，且将井壁外的土夯实，以此增大摩阻力。

2.2.4水下封底

由于井外地下水位较高，为避免在一定的水头压力下产生流砂现象[10]，采用不排水沉井下沉，进行水下混凝土封底，用混凝土泵输送至集料斗内通过导管向沉井内灌注商品混凝土。

1)施工工艺。

水下锅底整平→安置导管→储料→开浇→提升导管→浇筑结束→测量→验收。

2)计算分析。

a.鉴于现场工程的技术需要，灌注前向商品混凝土公司进行技术交底[11]，确定水下混凝土所采用的原材料及配合比如表1所示。

表1 水下混凝土配合比

b.水下混凝土初灌量。

沉井顶部搭设浇筑工作平台，保证超自然地面2.5 m，导管直径250 mm；导管扩散半径为2.5 m，且保证导管口埋深不小于0.5 m，则按下式进行计算：

其中，Vc为混凝土初灌量，m3；h为水位面至基底的深度，取7.94 m；h1为导管内混凝土柱与管外泥浆柱平衡所需高度，m；h2为初灌混凝土下灌后导管外混凝土扩散高度，取1.34 m；d为导管内径，取0.25 m；r为扩散半径，取2.5 m；k为充盈系数，取1.3；γw为水的重度，取9.8 kN/m3；γc为混凝土重度，取24 kN/m3。则：

c.水下混凝土浇筑面坡率：

I=T0/(Ht×γc)，T0=(30-S)×10-2×γc/1.47。

其中，I为水下混凝土浇筑面坡率；S为混凝土坍落度，取18 cm；γc为混凝土重度，取24 kN/m3；Ht为混凝土浇筑结束时导管的埋深，取1 m。则：

I=[(30-S)×10-2×γc/1.47]/(Ht×γc)=[(30-18)×10-2×24/1.47]/(1×24)=1∶12。

d.混凝土面上升速度。

在设计混凝土配合比时，保证初凝时间为4 h，则混凝土面上升速度为：V=H/t=1.5/4=0.38 m/h。

3)加强施工技术措施。

a.采用导管法进行水下C35P6素混凝土浇筑，将沉井平均分成两格，对称均匀，每格一次性浇筑，先锅底后四周；

b.整个浇筑过程中，不断用测绳测量水下混凝土面上升情况，同时通过导管上的刻度和测绳测得的水深，算出导管下口的标高，掌握导管下口埋入混凝土的深度，以此保证导管口埋深不小于0.5 m。

2.2.5施工缝

为防止侧壁接缝处出现渗水现象，对其进行加强施工质量技术措施处理，具体水平施工缝做法如下：首先，在首节沉井制作前，利用硬木条预留顶面凹槽；其次待混凝土终凝后，剔除硬木条，以此定位止水条于沟槽中；接着采用对旧混凝土界面有显著粘结能力的WJ界面粘结剂，以粘贴形式将止水条粘结好，最后用水泥钉钉入的方式加固，同时，露出沟槽面的遇水膨胀止水条部分小于150 mm。施工过程中为考虑在二次沉井浇筑混凝土前，止水带受外界雨淋或冲洗水的影响发生前期膨胀，故本工程采用BW型遇水膨胀止水带。

3 施工验证

经建设、设计及监理单位对沉井分部、分项工程的验收，未发现裂缝、蜂窝、麻面、露筋等现象，其外观质量合格；尤其是水下混凝土封底工程，经检验，其抗压强度、抗渗与抗浮性能均符合现行规范要求。过程施工质量均符合GB/T 51130—2016沉井与气压沉箱施工规范中6.3下沉及封底及GB 50202—2016建筑地基基础工程施工质量验收规范中4.10高压喷射注浆地基的检验评定标准；细部构造中防水施工质量符合GB 50208—2011地下防水质量验收规范中5.1施工缝的主控和一般项目验收标准要求，且将整个项目工期缩短了近半个月。