沉井下沉过程中遇流沙层的处理方法

刘韧

摘    要：沉井下沉是沉井施工中一道非常重要的工序，在挖土下沉过程中若控制不好，就会出现质量问题，所以在下沉过程中必须采取严格的质量控制措施，并对常遇到的流沙问题进行原因分析，总结出相应的处理方法。

关键词：沉井;下沉;流沙

1  沉井下沉施工工艺

1.1  下沉前准备

刃脚斜面底模和砼垫层的凿除破除刃脚下砼条形基础应在井壁砼达到设计强度75%以上方可进行。

1.2  沉井下沉

沉井下沉过程中，在做好观测、分析刃脚压力变化、分析挖土深度与沉井下沉量的关系的基础上，确定合理的开挖深度，让沉井缓缓“穿刺”下沉，防止因开挖过深形成突沉，控制好井底开挖量。沉井下沉至设计标高后，经观测在8小时内累计下沉量不大于10mm，或沉降速率在规范允许范围内时，即可进行沉井封底。

1.3  注意事项

沉井下沉时，井内除土应先从中间开始，均匀、对称地逐步向刃脚处分层取土，特别是下沉初期，沉井入土较浅，土层对沉井的平衡稳定作用差，容易产生偏斜，尤应注意。在挖土下沉过程中，不应偏除土，避免沉井发生偏斜。

下沉过程中，应做好标高、倾斜和位移的测量工作、随时注意纠正沉井的偏斜。开始下沉前，在其周围构筑物及地面设置一定数量的沉降、位移观察点，随时观测沉井周围地面的塌陷、开裂情况和构筑物沉陷、位移的情况，以便迅速采取措施，确保附近设施的安全。

2  流沙对沉井施工的影响

沉井下沉是沉井施工过程的主要工序，其方法多种多样，通常采用排水下沉，这是比较理想的施工方法。因为该施工方法劳动条件好，挖土准确，容易控制和纠偏，土层中如有障碍物则易发现和排除，且能直接检查地基土质情况，可进行干封底。采用这种施工方法，沉井在粉、細沙土层下沉时，经常会遇到流沙的现象，对沉井施工影响很大。沉井会出现突沉、偏斜、下沉过慢和不下沉等现象。在沉井下沉过程中，由于井内大量抽水，流沙将随地下水大量涌进井内。此时，井内的涌沙是由井外的沙土来补充，一般在出现流沙现象后，井内的土面将始终保持一定的标高，随挖随涌，而井外的地面却出现大量坍塌现象。因此，预防和处理流沙具有十分重要的作用。尤其沉井附近有建筑物，对周边建筑物的安全稳定性存在重大隐患。

3  流沙产生的主要原因

砂子在地下遇到水，在水的压力发生变化的情况下，水发生了流动，这样砂子跟水一起发生了流动。由于地下水的水力坡度大，即动水压力大，且动水压力的方向与土的重力方向相反，土不仅受水的浮力，而且受动水压力的作用，有向上举的趋势。当动水压力等于或大于土的浸水密度时，土颗粒处于悬浮状态，发生流砂现象。

3.1  土的物理学特性指标

（1）在地下水位以下的亚沙或粉、细土层厚度>25cm时;（2）颗粒级配中布均匀系数Ku=d60/d10<5时（d60—相当于粒度成分累积曲线上60%含量的直径;d10—相当于同一曲线上10%含量的直径）;（3）含水量w>30%～40%;（4）土的孔隙率n>43%;（5）土的颗粒组成中，粘粒（粒径d>0.005mm）含量小于10%，粉粒（粒径d=0.005mm～0.05mm）含量大于75%;（6）土具有上述性质是产生流沙现象根据。但具有上述性质的土不一定会产生流沙现象，还必须具有一定的地下水的动水压力。地下水的动水压力的水头梯度愈大，为产生流沙现象提供的条件愈充分，当水头梯度达到临界水头时才会产生流沙现象。

4   处理流沙的施工方法

土因水头梯度的大小或方向转化为流沙，所以处理流沙的基本方法是：改变水头梯度的大小或方向;也可以设法改变沉井刃脚外围上下土质物理力学性质可将流沙转变为稳定土。在沉井施工中处理流沙的途径有：减小动水压力;改变动水压力方向;注浆固结形成防水层。

4.1  减小动水压力的施工方法

4.1.1  在全年最低水位季节施工

因为地下水位低时，沉井内外水位差小，所以动水压力减小。即在沉井下沉施工过程中也就不易发生流沙，至少也可以减轻流沙，从而达到顺利施工的目的。

4.1.2  土体（水）加压

在沉井下沉施工过程中，如果出现了流沙，沉井下沉缓，往往首先向井底抛下石块，增加压重，减小动水压力。先减小流沙出现，然后组织抢挖，使挖土速度超过冒沙速度，迫使沉井继续下沉，挖至标高后立即铺设芦席并抛大石块把流沙压住，用以解决局部或轻微流沙是有效的。如果沉井内涌入大量泥沙无法采用挖机开挖施工，可往井内注水，使井内水压力大于井四周水压力，采用换浆法置换井底泥沙，然后灌注水下混凝土进行封底。

4.2  井点法

轻型井点法是在沉井的四周将许多直径较细的井点管埋入地下蓄水层中，井点管的上端通过弯联管与总管相连接，利用抽水设备将地下水从井点内不断抽出，将原有地下水位降低至坑底以下。在遇有流沙的情况，除采用轻型井点外，采用管井井点，特别是在土的渗透系数大，地下水比较丰富的土层中，采用轻型井点解决不了的问题时，宜采用管井井点法。深（管）井井点是在沉井周围每隔一定距离设一个管井，每个管井单独用一台抽水泵不断地抽水，从而降低地下水位。根据管井的材料，管井可分为金属管、竹木管与混凝土管等。管井的埋设宜采用泥浆护壁钻孔法。

4.3  注浆固结法

化学固结形成防渗帷幕的施工方法利用化学溶液或胶黏剂，通过压力灌注到沉井外围刃脚下的土层，而将土粒胶黏起来，以改善沉井外围刃脚下土层的物理力学性质，这种处理方法叫化学加固法。其主要目的不仅是提高岩土的力学强度和变形模量，而且还能降低土的渗透性，提高土的抗剪强度和抗渗能力，使其在沉井下形成一层新的闭合防渗帷幕，使沉井能继续下沉施工，或者预先通过化学加固沉井下沉位置附近可能出现流沙的土层，以形成强度高，抗渗力好的新土层，从而为日后沉井下沉施工创造良好条件，杜绝流沙的产生。

（1）高压喷射注浆法利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以高压设备使浆液成为20m左右的高压流从喷嘴中向四周围喷射，冲击破坏土体，使土粒与浆液混合。旋喷时，喷嘴一面喷射一面旋转和提升，胶结硬化后，即在土层中形成直径比较均匀的圆柱体，当旋转喷射位置环绕沉井外围一定的均匀距离施工时，便成一个闭合的帷幕。

（2）灌浆法用气压、液压把某些能固化的浆液注入沉井位置下的土层中，以改善土层的物理力学性质，它是一种静态的高压喷射注浆法，其中以“袖阀管法”较为先进。

（3）电硅化法利用硅酸钠（水玻璃）为主要的混合液进行化学加固土层的方法叫硅化加固。施工时，先在沉井两边土中打入两个电极，然后将水玻璃溶液和氯化钙溶液先后由阳极压入土中，通以电流，使溶液在土中电渗。采用电动硅化法加固土层，不但对土的加固作用快，抗剪力强，而且抗渗能力极好，是理想的制止流沙、堵塞泉眼的施工方法。

5  结语

通过上文的介绍与分析可以发现顶管沉井施工在现在市政管网施工方法中有巨大的优势。尤其老旧管网改建主要位于城市主干道下或构筑物边缘，大开挖施工将牵扯路政、地面障碍物拆除及恢复、公众协调等诸多因素。以上是沉井遇到流沙处理的多种方法，在施工过程中往往是多种组合使用，这样效果更好。

参考文献：

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