靈活運(yùn)用地基處理方法 解決沉井施工難題

摘 要

1 前言 在城市地下管道埋設(shè)施工中，不可避免地會(huì)遇到需穿越諸如已有公路、鐵路、河流、原有地下管線、箱涵等障礙物。新建管線要穿越這些障礙物除具備條件的可采用大開(kāi)挖或
1 前言
    在城市地下管道埋設(shè)施工中，不可避免地會(huì)遇到需穿越諸如已有公路、鐵路、河流、原有地下管線、箱涵等障礙物。新建管線要穿越這些障礙物除具備條件的可采用大開(kāi)挖或跨越通過(guò)外，一般得采用頂管或定向鉆穿越。采用頂管穿越時(shí)，需要在頂管兩端首先施工工作井和接收井(統(tǒng)稱(chēng)頂管作業(yè)井)。作業(yè)井的支護(hù)方式可根據(jù)地形地質(zhì)條件、井位所處環(huán)境、井深等因素的不同采用不同的施工方法，如可采用沉井法、逆作法護(hù)臂支護(hù)、大開(kāi)挖放坡支護(hù)等。我司天然氣高壓燃?xì)夤艿拦こ叹陀龅搅舜罅宽敼艽┰焦こ蹋鲜鲎鳂I(yè)井的支護(hù)方式均有用到。作業(yè)井開(kāi)挖機(jī)支護(hù)施工常常會(huì)遇到各種閑難，我司專(zhuān)業(yè)人員通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、靈活運(yùn)用各種地基處理方法，解決了施工中遇到的許多難題。下面以某標(biāo)段頂管作業(yè)井-沉井施工的實(shí)例，闡述如何靈活運(yùn)用地基處理方法，解決沉井施工中所遇到的難題。供今后類(lèi)似的沉井工程施工參考。
2 過(guò)鐵崗水庫(kù)頂管作業(yè)井-沉井施工遇到的問(wèn)題
   過(guò)鐵崗水庫(kù)頂管工作井采用沉井方式，沉井深度17m，井位鄰近鐵崗水庫(kù)和機(jī)荷高速，周邊環(huán)境主要為荔枝林，主要工程地質(zhì)條件：
   0.OOm～0.50m為填土，干，松散；
   0.50m～5.20m為沖積粉質(zhì)粘土，稍濕，硬塑；
   5.20m～8.30m為中粗砂，飽和，較密實(shí)；
    8.30m～19.OOm為礫質(zhì)粘性土(花崗巖風(fēng)化殘積土)：
    19.OOm以下為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。
    該工作井在施工過(guò)程中遇到以下2個(gè)問(wèn)題：
    問(wèn)題1：在沉井施工接近底部時(shí)，由于井壁自重大、基地土因開(kāi)挖時(shí)擾動(dòng)和被地下水浸泡承載力較小，井壁自動(dòng)下沉，每天的沉降量超出實(shí)際施工深度40cm～70cm。在沉井接近封底深度時(shí)，井壁的超沉量越大。施工單位不知如何解決和控制沉降問(wèn)題。承擔(dān)沉井設(shè)計(jì)的某設(shè)計(jì)院也未能提出解決方法。同樣的問(wèn)題在廣州的某沉井施工中也曾經(jīng)遇到過(guò)：沉井施工到設(shè)計(jì)井深時(shí)，無(wú)法制止井壁自動(dòng)沉降，井深已經(jīng)超過(guò)設(shè)計(jì)深度6m(沉井造價(jià)平均米超過(guò)10萬(wàn)元)，還在繼續(xù)下沉，不知有什么辦法解決這個(gè)問(wèn)題。
    問(wèn)題2：在解決問(wèn)題1，制止了沉井自動(dòng)下沉后，該井在封底時(shí)又遇到了另外的難題：由于沉井深度過(guò)大(深度17m)、井內(nèi)地下水壓力大，井底土質(zhì)受浸泡后變得較松軟，沉井內(nèi)的土體在水壓的作用下自動(dòng)上涌，施工單位嘗試各種方法想清除井內(nèi)虛土均不奏效，土方挖出多少，又涌出來(lái)多少，井內(nèi)虛土總是保持有4m多厚。無(wú)法清除虛土，該沉井也就無(wú)法封底，不封底就無(wú)法進(jìn)行接下來(lái)的頂管作業(yè)。該沉井面臨廢棄。
3 井哇自動(dòng)下沉原閃分析
    沉井深度17.Om，在開(kāi)挖到接近底部時(shí)，由于井壁自重而產(chǎn)生超實(shí)際開(kāi)挖深度自動(dòng)下沉40cm/天～70cm/天。沉井自動(dòng)下沉原因分析如下：
3.1 沉井自重
計(jì)算參數(shù)：井壁厚度D=0.7m，沉井內(nèi)徑D1=8.0m，外徑D2=9.4m，井深H=17m，鋼筋混凝土比重d=2.6t/m。
沉井自重：W=1/4π(D22-D12)·H·d
               =1/4×3.14×(9.42-8.02)×17×2.6
               =845.2(T)
3.2 地基承載力F1
沉井基底為花崗巖風(fēng)化殘積的粘性土，由于受挖井過(guò)程擾動(dòng)并被地下水浸泡，沉井刃腳處地基承載力大大降低，承載力fa=100kPa(10t/m2)
地基承載力F1=π(D22-D12)·fa
                =3.14×(9.42-8.02)×10
                =764.9(t)
3.3 沉井側(cè)壁摩阻力F1
由于沉井側(cè)壁開(kāi)挖尺寸大于沉井外壁，因此側(cè)壁摩阻力取0。
計(jì)算結(jié)果：W＞F1+F2
上述簡(jiǎn)單計(jì)算可以看出，沉井自重(W)大于地基承載力(F1)與沉井側(cè)壁摩阻力(F2)之和，所以沉井出現(xiàn)自動(dòng)下沉。
4 靈活運(yùn)用，解決沉井施工難題(難題1)
由于該處地表土質(zhì)良好，主要為硬塑狀的粉質(zhì)粘土，承載力較高，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)察看后，我們提出在沉井頂部增加冠梁：使其構(gòu)造鋼筋與沉井井壁鋼筋連接，冠梁寬度加大到1m，厚度與沉井井壁厚度相等，混凝土強(qiáng)度等級(jí)與沉井一致。由于加大了頂部受力面積、增加地基承載力，補(bǔ)充了沉井刃腳處地基承載力的不足。該方案經(jīng)多方討論后被采納，實(shí)施后，被證明很有效，完全控制了沉井的沉降，避免了超挖。難題1得到解決。
5 無(wú)法清理沉井井底虛土，沉井無(wú)法封底原因分析
   該頂管工作井由于鄰近鐵崗水庫(kù)，地下水位埋深約3.Om，地下水量較大，沉井內(nèi)徑達(dá)8m，深度達(dá)17m，井底土體在地下水的浮力作用下出現(xiàn)砂土反涌現(xiàn)象。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工人反映，井內(nèi)虛土總是保持在距沉井刃腳約4m左右高度，土方挖出多少，又涌出來(lái)多少，無(wú)法清底，沉井不清底也就無(wú)法封底，不封底就無(wú)法進(jìn)行接下來(lái)的頂管作業(yè)，沉井面臨作廢的風(fēng)險(xiǎn)。
6 靈活創(chuàng)新，解決沉井封底問(wèn)題(問(wèn)題2)
要加固沉井內(nèi)虛土，首先想到的是旋噴樁。眾所周知，旋噴樁是一種適合于加同軟土的很好地基處理方法，但其施工一般是在地面上進(jìn)行。旋噴樁若要在深度達(dá)17m、而其中上部還要架卒約13m的沉井內(nèi)施工卻是從未曾有人嘗試過(guò)。旋噴樁施工隊(duì)伍也擔(dān)心架空13m可能無(wú)法施工、加固效果很難保證。經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析，我們大膽提出，只要采取的措施得法，旋噴樁是可以用于加固沉井內(nèi)虛土并起到止水作用的。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)施工，落實(shí)各項(xiàng)施工措施，最終證明，旋噴樁加固效果良好，虛土加固后，井底未出現(xiàn)涌砂、涌土現(xiàn)象，順利清除了井底虛土，保證了沉井順利封底。見(jiàn)圖1、圖2。
 

7 方法的運(yùn)用
    過(guò)鐵崗水庫(kù)頂管還有一個(gè)接收井待開(kāi)挖，地質(zhì)條件與工作井相同，將來(lái)施工時(shí)也會(huì)遇到同樣的問(wèn)題。
    通過(guò)上述解決工作井沉井所遇到問(wèn)題的成功經(jīng)驗(yàn)，將來(lái)也可用于解決接收井施工遇到的問(wèn)題。
8 結(jié)束語(yǔ)
    各類(lèi)頂管作業(yè)井(包括沉井)施工，由于水文及工程地質(zhì)條件、周邊環(huán)境等的不同，施工過(guò)程中總是會(huì)遇到這樣或那樣的問(wèn)題，通過(guò)靈活運(yùn)用各種地基處理方法和技術(shù)創(chuàng)新，可以解決工程建設(shè)中遇到的許多問(wèn)題，挽救一些瀕臨廢棄和失敗的工程。成功解決過(guò)鐵崗水庫(kù)頂管沉井施工所遇到問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)和方法，可供類(lèi)似工程借鑒。
參考文獻(xiàn)
1 油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50243-2007).北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2008
2 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范(JGJ120-99).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999
3 高大釗、黃紹銘.軟土地基與地下工程.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005
 
(本文作者：黃福升 深圳市燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司天然氣工程建設(shè)分公司 518045)