洱海区域流砂地质条件下沉井施工工艺

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。

4 结语

1)从采用规范公式计算、混凝土配比设计及现场施工部署等3个方面分析，提出对强透水层下采用不排水水下混凝土封底来避免发生流砂现场的施工措施，既可以防止沉井出现超沉现象，又有效地防止沉井周边构筑物因土体塌陷出现倾斜开裂等情况，且大大地降低了排水费用。

2)对于止、防水工程，采用在井体周边施打高压旋喷桩及在井侧壁水平施工缝处设置遇水膨胀止水带等加强施工技术措施，以此降低地下水位的影响。