软土地层中沉井施工及地基处理

刘 小 勇

(1.同济大学,上海 200092； 2.博天环境集团股份有限公司，上海 200070)

软土地层中沉井施工及地基处理

刘 小 勇1，2

(1.同济大学,上海 200092； 2.博天环境集团股份有限公司，上海 200070)

在软土地层中进行沉井施工，极易产生突沉、倾斜及后期沉降过大等问题，通过工程实践，采用在刃脚处设置水泥粉喷桩地下连续墙、基底设置水泥粉喷桩复合地基进行加固，从而准确控制沉井下沉姿态和下沉深度。

沉井，粉喷桩，软土，地基处理

1 概述

沉井结构刚度大，整体性好，占地面积小，在市政工程中应用广泛。污水处理厂中进水泵房一般埋深较深，常采用沉井结构。沉井施工时极易遇到软土土层，软土地基具有高压缩性、高灵敏性、强度低等特点，沉井在下沉过程中随时会发生倾斜、突沉、超沉和偏移等问题，对施工质量和施工安全影响较大。因此选择合理下沉施工方法、地基处理措施十分重要。

2 工程及地质概况

2.1工程概况

某污水处理厂的进水泵房为矩形钢筋混凝土结构，由于占地面积较小而埋置较深采用沉井施工方法。进水泵房尺寸为16.4 m×10.8 m，沉井高度为11.8 m，壁厚为700 mm。沉井分三节制作一次下沉，第一节5 m,第二节5 m,第三节1.8 m。由于沉井的第三节是在沉井封底后与顶板一起制作，不属于沉井的范围，因此重量及摩阻在沉井施工计算中不予以考虑。

2.2场地地质情况

本工程场地属于珠江入海口冲积阶地海陆交互相沉积地貌单元。场地地势低平，原为农田。施工场地范围内土层主要为耕土层、淤泥质土层、残积层，下伏基岩为白垩纪泥岩。

①耕土层：褐灰、饱和，主要由粉粘粒组成，含少量砂，偶见植物根须。工程力学性质差。

②淤泥质土层：深灰色，流塑为主，局部软塑，饱和，主要由大量的淤泥质及细砂粒组成，海陆交互沉积成因,层厚3.00 m～12.50 m，全场均有分布。埋深及厚度在水平向及垂直向变化较大，均匀性尚好，为高压缩性土，地基稳定性差。

③残积土层：灰褐、灰黑、灰黄色，湿，硬塑，局部坚硬状，主要由粘性土组成，含少量砂粒，残留原岩结构构造，岩芯呈土状，泡水易软化，由泥岩风化残积而成。

3 施工方法选择

1)沉井施工工艺包括施工准备、地基处理、井壁制作、沉井下沉、沉井封底五大部分[1,2]。具体流程：场地平整→地基处理→定位放线→基坑开挖→铺砂垫层→浇筑素混凝土垫层→沉井分节制作→敲除素混凝土垫层→机械挖土下沉→混凝土封底→浇筑底板及内隔墙→回填土。

2)沉井下沉施工方法主要取决于施工场地的水文、地质条件、施工机械。排水下沉法总的来说工期优势明显，对于下沉高度和水深不大的情况下，排水下沉法挖土技术相对简单容易掌握。在施工止水帷幕后，井内开挖范围渗水少、施工安全，设备在建筑市场常见且出土效率高。综合考虑，本工程沉井采用排水下沉。

3)根据沉井在软土地层中施工所遇到的难题，从设计和施工配合措施两方面考虑：

a.从沉井自身结构设计上完善，对于软土地区沉井的制作，可以通过加大刃脚踏面的宽度，并使刃脚斜面的水平倾角不大于60°等方法增加刃脚水平投影面积以增大摩阻，必要时在沉井底端增设底梁。

b.为了保证沉井的下沉安全，对沉井刃脚范围内的土体进行加固，使其具备一定的承载力，能够给刃脚提供支撑，控制沉井稳定下沉。

4)刃脚处原状淤泥土层承载力较小，采用粉喷桩处理后，粉喷桩桩体提供的竖向承载力大于沉井自重，保证了沉井在下沉过程中不会产生突沉的现象。刃脚处设置两排粉喷桩形成的地下连续墙，水泥粉喷桩的桩外沿与沉井井壁外边线相切，桩顶标高同始沉设计地面。由于刃脚处的桩体起一定导向作用，保证沉井不会发生大的倾斜。另外，沉井刃脚范围布置了水泥粉喷桩，由于水泥粉体吸水和胶结作用，降低了淤泥的含水量和流动性，有效阻止了井外淤泥涌入沉井内。

5)沉井下沉至设计标高后，沉井封底。基底置于淤泥土软弱层上，在荷载作用下，淤泥层地基承载力低，地基沉降变形大，天然地基无法满足持力层要求，需要进行地基加固处理。通过对两种常见的软土地基处理方法比选，确定最终处理方案。

预应力管桩施工方便，承载力高，入土深度大，造价相对较高。在深厚软土地质条件下，施工过程中桩身质量及垂直度无法保证，尤其送桩距离长，施工过程中如发生位移，则易造成废桩。水泥搅拌桩复合地基承载力高，最大限度利用原土，可根据工程需要灵活布置，造价成本相对较低。针对含水量较大的软土地基，从搅拌效果看，粉喷法比浆喷法得到的强度高，强度离散性小。基于上述原因，采用水泥粉喷桩处理软土地基是优先考虑方案[3,4]。

本工程采用粉喷桩复合地基，沉井底板范围内布置水泥粉喷桩，桩径500 mm，水泥掺入量15%，桩距为1 m，水泥粉喷桩以残积土层作为持力层，进入残积土层不小于1.0 m。粉喷桩固化材料选用42.5级普通硅酸盐水泥。

4 沉井制作

沉井制作的场地选择在泵房原位上，为保证沉井初沉阶段的平稳下沉，将表层杂填土挖除1.5 m，降低了沉井总下沉量。沉井制作时，先铺设砂垫层，垫层厚度0.5 m，填砂时分层铺设，每层厚度不超过30 cm，采用平板振捣器分层压实。砂垫层铺设完毕后，其上浇筑150厚C20素混凝土垫层，即可进行刃脚制作。刃脚踏面底模直接利用垫层，底面铺设一层3 cm厚的1∶3水泥砂浆，其上再铺一层油毡纸。

沉井外侧要求尽量平滑，以利下沉，要求外侧模板的板面光滑，井壁采用2 440 mm×1 220 mm×18 mm双面覆膜木胶合板。内外模板间设对拉螺栓，间距600 mm×450 mm，止水钢片与钢筋之间采用双面焊。所有预留孔洞及预埋件必须在浇筑混凝土前预留和预埋。刃脚部位钢筋密度大，要适当延长振捣质量，以免出现蜂窝、麻面及裂纹等。由于沉井分多次制作，在浇筑第一节沉井时，须设置施工缝和止水带。施工缝处采用3 mm厚镀锌钢板，混凝土表面凿毛，清除浮粒，并冲洗干净。在浇筑混凝土时，先用水湿润后，在表面上再铺10 mm～15 mm厚的水泥砂浆一层，然后再浇筑上层混凝土。

5 沉井下沉

沉井下沉过程中，为保证沉井能够均匀竖直下沉，挖土时应分层、均匀、对称进行。表层耕土层采用人工挖土，在井上搭设人字桅杆，用卷扬机垂直提升弃土到井外。淤泥层采用高压水枪射水冲泥，高压水枪水流冲射刃脚边土层淤泥，将其化为泥浆，通过泥浆泵排至池外，同时清水泵入池内，补充水枪用水，循环不断。沉井刃脚落在粉喷桩上，当需要下沉时，人工凿除桩头，沉井克服摩擦力和支撑力而下沉。进水泵房沉井通过在刃脚处设置粉喷桩地基处理取得十分良好的效果，经过粉喷桩处理，淤泥的含水量减少，桩周土体胶结成团，流动性降低。同时土体抗剪性提高，没有出现涌土现象，桩体的导向作用使得施工过程中沉井没有出现突沉、倾斜现象。

6 沉井封底

沉井下沉至设计标高，并基本稳定以后8 h内下沉量不大于10 mm，进行沉井封底工作[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底形，沉井中部设两个集水井，使井底的水汇入井中，由潜水泵排出，保持地下水位低于基面0.5 m以下。封底前先铺设500 mm的碎石，经整平后浇筑素混凝土封底。浇筑混凝土时应分层、不间断进行，由四周向中间推进，每层浇筑厚度控制在300 mm～500 mm。待底板混凝土达到设计强度70%后，对集水井进行封堵处理。

7 结语

在软土地层中进行沉井施工，针对沉井下沉过程中下沉稳定系数较大等特性，软土地基中沉井下沉施工复杂，要完成沉井的安全顺利下沉需要采取多种施工技术相配合。沉井制作前，预先在刃脚处打两排水泥粉喷桩，粉喷桩连续墙对沉井起到支承和导向作用，保证沉井下沉过程可控。沉井基底采用水泥粉喷桩复合地基加固软土地层，确保沉井工作阶段正常使用。

[1] JGJ 79—2012，建筑地基处理技术规范[S].

[2] 张凤祥．沉井沉箱设计、施工及实例[M]．北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3] 黄文贺.水泥搅拌桩在大型泵房地基处理中的应用[J].武汉大学学报，2010(43)：206-209.

[4] 孙树林，王 毅.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.

[5] 刘少跃.大型沉井施工技术在江苏陈家港电厂循环水泵房中的应用[J].广东水力水电，2012(11):62-73.

Constructionandgroundtreatmentofopencaissoninsoftsoilstratum

LiuXiaoyong1,2

(1.TongjiUniversity,Shanghai200092,China； 2.PotenEnvironmentGroupCo.,Ltd,Shanghai200070,China)

For open caisson construction in soft soil, prone to sudden sinking, tilt and post settlement problems, through the engineering practice, the cement powder spraying pile for underground continuous wall, the base is provided in the edge at the foot of cement powder spray pile composite foundation reinforcement, so as to accurately control the caisson sinking depth and attitude.

open caisson, cement mixing pile, soft soil, ground treatment

1009-6825(2017)28-0080-02

2017-07-24

刘小勇(1981- )，男，在读工程硕士,工程师

TU471.8

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