粉喷桩在流塑状淤泥中沉井地基处理中的应用

刘小勇

（博天环境集团股份有限公司,上海 200120）

粉喷桩在流塑状淤泥中沉井地基处理中的应用

刘小勇

（博天环境集团股份有限公司,上海 200120）

以东莞市某污水处理厂为实例，介绍了饱和水条件下，地质为淤泥层时现有沉井下沉施工过程中存在的突沉、沉速过快和超沉、位移及倾斜过大等现象，提供了一种采用水泥粉喷桩的沉井下沉施工方法。

沉井；粉喷桩；流塑状淤泥

1 引言

污水处理厂中进水泵房，一般埋深较深，常采用沉井结构。沉井结构刚度大，整体性好，相对于大开挖施工，在施工过程中沉井开挖土方少，在城市污水处理工程中应用广泛。由于污水处理工程的特殊性，工程施工所在地往往地质条件较差，沉井施工时极易遇到饱和水条件下淤泥地层。淤泥地层具有承载能力差，摩擦系数小等特性。沉井施工时，易出现突沉、涌土、沉速过快、超沉及倾斜现象，不容易控制，处理不当容易造成经济损失，更为工程建设埋下安全和质量隐患。因此，选择合理下沉施工方法和地基处理措施就显得尤为重要。

2 工程及地质概况

2.1 工程情况

广东省东莞市某污水处理厂日处理量10×104t，污水处理厂中进水泵房埋深较深，且与相临沉砂池距离较近，拟采用沉井结构。圆形进水泵房，直径为20m，埋深11m，壁厚为800mm，内隔墙厚度800mm，将进水泵房分为2个区间。

2.2 场地地质情况

1）耕土层：褐灰、灰黑色，湿，软塑，含少量砂层,厚0.60～2.00m。工程力学性质差，具高压缩性，强度较低。

2）海陆交互沉积层：灰黑色，饱和，流塑，含粉细砂粒，海陆交互沉积成因,层厚4.00～13.50m。含水率W=58.8%,重度r=16.5kN/m3；本层为低强度、高压缩性，工程力学性质差，fak=50kPa,Es=2.28MPa。

3）粉质黏土：灰白色，饱和，可塑，主要为粉黏粒组成，含较多的中细砂,层厚10.30～14.70m。含水率W=30.3%,本层中等强度，中高压缩性，fak=140kPa,Es=5.0MPa。

3 方案选择及确定

1）一般来说，沉井下沉可选用排水下沉和不排水下沉。采用不排水下沉施工，由于水浮力的作用，减少了沉井自重，对正常下沉稳定有利，同时由于保持井内较高水平，减少了涌土、涌砂发生的几率。但相对于排水下沉，不排水下沉施工周期较长，对机械及施工要求较高，对于封底及底板混凝土要求高的结构，水下封底混凝土质量不易达到要求。综合比较，本工程沉井采用排水下沉方式。

2）本工程采用排水下沉方式，在沉井外侧设置止水帷幕[1]。首先，止水帷幕用以阻隔沉井内、外地下水的贯通和相互流动，减少沉井范围渗水。其次，止水帷幕有足够的刚度和强度，能够阻挡土体从基坑处流向基坑内，因此减低底涌的风险。

故在沉井下沉前，在井壁外侧1.5m处布置2圈直径600mm的水泥粉喷桩。桩体相互搭接150mm，桩长16.0m，桩顶同始沉设计地面，水泥掺入量为加固土体的20%。

3）刃脚处设置下沉稳定桩[2]：沉井壁厚800mm,设置2排粉喷桩加固软土层。2圈水泥粉喷桩中，内外2圈水泥粉喷桩设置相同数目的桩体，且内圈与外圈桩体一一对应。每圈水泥粉喷桩中，各桩体之间间距1000～2000mm，从而形成非连续、强度适宜的承载墙壁体，对沉井起到承托和导向作用,保证沉井稳定下沉。

原土层为淤泥质土层，容许承载力特征值为50kPa,设计粉喷桩水泥掺入量为加固土体的15%。由室内配比试验，水泥土 7d的抗压强度达到 1.62MPa，28 d的抗压强度达到2.7MPa，90d的抗压强度达到6.16MPa。根据规范[3]及当地施工经验[4]，粉喷桩桩身强度折减系数可取0.25，粉喷桩桩体90d的抗压强度为1.54MPa。计算桩体单桩承载力时，水泥土采用90d抗压强度，确定直径600mm的水泥粉喷桩单桩承载力为120kN,桩距取1000mm，此时下沉稳定桩的总体承载力大于沉井自重，可满足下沉稳定的要求。

4）沉井下沉至设计标高后，沉井封底。为了保证沉井正常使用，采用粉喷桩加固喷加固地基，要求复合地基承载力特征值大于沉井正常使用期荷载。

沉井井壁内布置水泥粉喷桩，桩直径为500mm，桩间距为1000mm，桩长8m，桩顶标高同沉井下沉至设计标高后的刃脚底端标高，水泥掺入量为加固土体的20%，设计复合地基承载力特征值大于150kPa。

粉喷桩布置见图1。

图1 沉井及水泥粉喷桩剖面示意图

4 沉井下沉

下沉过程中，沉井刃脚下灰桩桩体一层，先将井壁范围内桩头间隔挖断，以使剩余桩体被沉井自重压碎，再人工清除。这就形成了当需要沉井下沉时，只需凿除桩头，沉井可凭自重克服土体摩擦力和支撑力而下沉，一旦刃脚沉至桩头即可止沉的机理。所以下沉速度可以通过挖土深度和人工凿除井壁范围桩头联合控制，实现了沉井下沉速度可控，下沉姿态平稳。

5 沉降观测

沉井位置标高控制是在沉井外部地面及井壁顶部4面设置纵横十字中心控制线、水准点。沉井垂直度的控制，是在井筒内按4等份标出垂直轴线，各吊线锤1个对准下部标板来控制。沉进下沉时按勤测勤纠的原则作业，随时观测沉降量和垂直度，如果出现不均匀沉降，沉降过快等异常现象，立即停止下沉并采取相应处理措施。

6 沉井封底

沉井下沉至设计标高以上0.1m，停止井内挖土和抽水，使其靠自重下沉至设计标高，再经2～3d下沉稳定，或经观测在8h内沉井自沉量累计不大于10mm时，则进行封底[5]。采用排水法封底方式，将新老混凝土接触面冲洗干净，对井底进行修整使之形成锅形底。封底混凝土达到设计强度50%后，进行底板、内隔墙及顶板施工，完成沉井施工。

7 结论

1)本项目为饱和水条件下，地质为淤泥层时现有沉井下沉施工过程中存在的突沉、涌土、沉速过快和超沉、位移及倾斜过大等现象，提供了一种采用水泥粉喷桩的沉井下沉施工方法。

2)下沉稳定桩的重点是确定合适的粉喷桩强度，既保证桩体总体承载力大于沉井自重，同时粉喷桩的强度不宜太高，以免造成沉井下沉凿桩施工困难。根据日常施工经验，桩体强度不超过2.0MPa，凿桩比较容易。桩体施工前，通过不同水泥掺入量配比实验，确定桩体合适的抗压强度。

3)本项目的优势是:在饱和水条件下地质为淤泥层的沉井下沉过程中，沉井外侧的两排水泥粉喷桩能有效挡水，保证帷幕内土体稳定；刃脚处设置的水泥粉喷桩在软土层中形成一道强度适宜的承载墙壁体，在沉井下沉过程中就像形成了一道可靠的导轨。通过分节、分部位凿除粉喷桩桩头来调节支撑力，准确控制沉井姿态和下沉速度、深度。沉井内的水泥粉喷桩形成的复合地基能作为沉井的稳定地基，保证沉井正常使用。

【1】陈钰林.污水厂沉井泵房在淤泥中的施工方法[J].施工技术，2012（3）：137-139.

【2】孙树林，王毅等.流塑状淤泥中大型泵房沉井施工新法[J].中国给水排水，2000（16）：48-50.

【3】JGJ79—2012建筑地基处理技术规范[S].

【4】龚晓南.地基处理手册[K]北京：中国建筑工业出版社，2008.

【5】李小东，杨云龙.海淤泥层大型沉井施工[J].山西建筑，2005，31（9）：92-93.

CementM ixingPileon theFlow ModelofM iltin theApplicationoftheOpenCaisson FoundationTreatment

LIUXiao-yong
(PotenEnvironmentGroupCo.Ltd.,Shanghai 200120，China)

In dongguan, a sewage treatment plant for example, introduced in this paper, under the condition of the saturatedwater geologyfor silt layer existing in the process of the open caisson sinking construction of heavy, heavy speed too fast and super heavy, displacement andtilttoomuchwaitforaphenomenon,providesacementpowderspraypilesinkingofopencaissonconstructionmethods.

opencaisson；cementmixingpile；flowmodelofsilt

TU473.2

B

1007-9467（2016）08-0053-02

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.009

2016-05-19

刘小勇（1981～），男，江苏泰州人，工程师，从事给排水结构工程设计与研究，（电子信箱）liugong2010@163.com。