控制软土地基中沉井不均匀沉降的措施

袁新军 姚亚欧

1 工程背景

在软土地基中地基承载力差、距长江近,地下水、补给水均很充分的情况下施工沉井,沉井的下沉速度、垂直偏差等很难控制,如不选用恰当的方案,往往会造成超沉、倾斜、偏位等质量缺陷。本文介绍了一种采用干沉湿沉相结合的方案,使得上述问题迎刃而解。

扬州第二发电厂2号雨水泵房位于扬州市瓜洲镇东北、长江大堤北侧约100m,一部分位于原河塘位置,泵房所处地层为第四纪长江冲积物,自然地面标高1.50m。

泵房下部为箱形沉井结构,平面尺寸32.4 m×23.8 m,高15.8 m。沉井分三次制作,一次下沉,预留1.5 m高待沉井封底后与4.30m层平台一起浇筑,设计刃脚标高-11.5 m。

根据上述情况,决定采用沉井设计时,必须考虑施工的可行性,充分考虑在软土地基上如何控制异形沉井的突沉及不均匀下沉的问题,也必须考虑下沉过程中,沉井取土后淤泥上涌问题,即井壁外流塑状淤泥因井内外土面高差涌入井内,使井内只出土,但土体标高不下降,而井外土体下沉,导致沉井倾斜失稳的问题。

2 技术措施

沉井施工分排水下沉和不排水下沉,即所谓干沉和湿沉。排水下沉,劳动条件较好,挖土准确,下沉速度易于控制,若土层中有障碍物,易于发现和清除,沉井发生倾斜也易于纠正,所以应尽量采取措施排水施工。但排水下沉要求较高,如下沉系数不能大于1.05,沉井穿过的土层透水性较差,渗水量不大,或者虽然透水性强、渗水量大,但采取人工降水措施不致产生流砂等等。

但该沉井位置地质条件较差,沉井持力层为淤泥质粉质粘土,承载力很差,地下水丰富,加之本沉井自重较大,平衡条件很难满足。

若排水下沉,终沉系数:

1)沉井自重 G=9120 t。

2)考虑管井降水,地基反力按极限承载力10 t/m2,考虑沉井内涌土2.0m,刃脚和隔梁全部受力,R刃=1291 t,R梁=1530 t。

3)沉井内壁及隔梁与土的接触高度2.0m,每次仅挖两格,其余不挖,摩擦系数取1.0 t/m2,T梁=588 t,T井=1461 t。

所以排水下沉时,沉井不能平衡。

本工程3号,2号雨水泵房设计相同,3号雨水泵房先于2号雨水泵房施工,采用了排水下沉的方案,在接近设计标高1.7 m时,停止除土,沉井完全自沉到位,最快时1 h自沉20cm,后紧急采取井内灌水、抛石压重、井外降水、覆土覆砂等各种阻沉措施,沉井才得到控制。

GB J202-83地基和基础工程施工及验收规范规定,在软土层中以排水法下沉沉井,当沉井距设计标高2 m时,对下沉和挖土情况应加强观测,如沉井仍不断自沉时,应向井内灌水,改用不排水施工,或采用其他使沉井稳定的措施。

综合3号雨水泵房沉井施工教训,2号雨水泵房采用干沉湿沉相结合的方案。

下沉初期,由于沉井重心较高,重点控制偏位和不均匀下沉,因此拆除砂堤和井内取土应对称进行。下沉至7 m～8 m时,淤泥质粘土在渗流作用下,涌进井内引起沉井下沉过快,这时应及时向井内灌水,保持沉井内外水位基本平衡,进入湿沉阶段,这时采用空气吸泥机逐层对称吸除井内土层,但保持井内土层不低于刃脚踏面,沉井靠自重下沉,若此时沉井仍处于稳定状态,则可以逐步排井内水迫使下沉。沉井下沉至距设计标高2 m时,进入终沉阶段,应放慢速度,加强观测,重点纠偏,确保沉井在到达设计标高0.15 m时各项误差控制在允许范围内。当沉井下沉至距设计标高0.10m时,应停止下沉。若沉井仍在下沉,应采取井内灌水、井外降水迫使下沉停止。当8 h内下沉量不大于0.01 m时,沉井稳定,下沉结束,进入封底阶段。

3 各阶段下沉系数分析

3.1 刃脚穿过砂垫层入土

刃脚穿过砂垫层入土时,砂垫层选在②-1土层。

1)摩擦系数取2.0 t/m2,T=450 t。

2)地基承载力取5 t/m2,R刃=645 t,R梁=765 t。初沉时,下沉系数太大,排土要特别谨慎。

3.2 终沉阶段

沉井进入③-1土层,井内土与隔梁底平,支撑住刃脚和隔梁。

1)井内灌水,水位稳定在1.5 m,沉井受浮力 B=3393 t。

2)井外降水,地基承载力 10 t/m2,R刃=1291 t,R梁=1530 t。

3)摩擦系数取1.0 t/m2,T井=1461 t。

k＞1.05,这说明湿沉时,井内要求土体压重。

3.3 除土高度的确定

假定k=1.05沉井稳定平衡,考虑取2格土封底,如图1所示。

在灌满水的情况下,隔梁需埋入土内3.1 m高,即当沉井除土至-7.8 m时,应停止除土,让沉井自沉至设计标高稳定后,开始清除土体,每次2格,进行水下封底。

4 阻沉措施

4.1 人工降低地下水位

人工降低地下水位是固结地基提高地基承载力和摩擦力的有效办法,考虑到沉井稳定条件不够安全,拟打6口直径60cm的深井,井深30m,距沉井壁 10m,沿沉井放射状布置。同时考虑到砂垫层选在②-1土层,该土层承载力差,地下水丰富,为保证沉井制作安全,降水宜早进行。为观测降水效果,布置3眼观测井,井深20m。

4.2 侧面增阻

沉井下沉过程中,周围土体受到影响,由近及远产生裂缝和下坍,此时应及时在井外补土,并沿沉井外壁填充砂石料跟沉,增加土体与井外壁的摩擦力。同时在井外设明沟,排除井外地表水,防止地表水渗入减小土体与井外壁的摩擦力。

5 结语

通过本泵站沉井设计和施工的成功经验,给在软土地基上施作沉井的设计总结出了新的思路。今后在不同的软土地基上做沉井设计可以通过计算,变化刃脚面积等诸多手段调整承载力,此方法工艺简便,造价低廉,安全可靠。

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