【摘要】介绍了在滩涂流塑状淤泥软土地基中大型异型沉井下沉施工实例,总结了沉井施工中遇到的问题和处理办法,着重介绍了排水下沉法和不排水下沉法在工程中的施工方法。
1、工程概况
某污水处理厂一期建设用地15.48公顷,日处理能力10万吨;新建粗格栅间及进水泵房为异型沉井,呈“凸”字形状。沉井壁厚外壁厚1米、内壁厚0.6米,沉井下沉阶段制作高度为14米,制作时刃脚标高为-3米,终沉标高为-16.5米,下沉深度13.5米,沉井平面积340m2,下沉总土方量为4590m3,沉井下沉重量为3158t。由于该沉井呈“凸”字形状,重心明显偏移,下沉系数大,对地基不均匀沉降十分敏感,沉井施工措施稍欠缺,就可能造成沉井扭曲变形,受力不均而倾斜和开裂(见下图)。
本场地浅部沉积土类型以海相淤泥质土为主,含水量大、压缩性高,且分布广泛,因此,地貌类型属于第四纪滨海淤泥积平原。场地早期为淤积滩涂,后经人工围垦成养殖鱼塘,以养殖鱼虾为主,东北侧外围为近几年新修海塘,故本场地不受海水潮汐涨落影响。
2、工程地质概况
根据岩土工程勘察报告,地质分层从上至下为:
表层:场地回填塘渣层:现塘渣层顶面标高2.5米,相对标高-1.4米;0层;
素填土:局部为近期人工回填成,由块石、碎石、粘性土,呈松散状态,下部为粉煤灰,层厚0.5m-1.0m,层底标高为0.86m;1b层:粉煤灰、层厚为0.42m,层底标高为-0.44m;2a层淤泥质粉质粘土:层厚1.9m左右,层底标高为-2.34m,流塑,饱和,高压缩性,地基承载力特征值为50Kpa;2b层淤泥质粉质粘土层厚5.3m左右,层底标高为-7.64m,流塑,饱和,高压缩性,地基承载力特征值为55Kpa;2c淤泥质粘土层厚6.9m左右,层底标高为-14.54m,流塑,粘塑性好,高压缩性,地基承载力特征值为50Kpa;3粉砂层层厚5m,层底标高为-19.54m,中密,砂质分选较差,摇震反应迅速,地基承载力特征值为140Kpa;4a淤泥质粉质粘土,流塑,粘塑性一般,高压缩性。
水文条件:本场地地下水为孔隙潜水类型,主要赋存于2层淤泥质土中,受大气降水及海水补给,深层承压水主要赋存于3层粉砂层中。根据地质资料显示,该沉井下沉土质情况极差,土体含水量大,高压缩性,低承载力,持力层为2c淤泥质粘土层,距3粉砂层顶为1.9m。
3、沉井预制
原设计沉井为四节,表层填土挖除后,地面标高为第三节沉井标高,因此第四节沉井不再视作沉井结构,待三节沉井下沉到位封底后再接着打。为减少第一次浇筑混凝土的重量,避免下沉过大及不均匀沉降造成混凝土开裂,第一节浇筑刃脚(高3.85m),待混凝土强度达到设计强度70%以上时浇筑第二节侧壁(高5m),再依次浇筑第三节侧壁(高5.15m)。待三节沉井混凝土全部完成,一次下沉就位。
4、沉井下沉施工
4.1因本工程地质差,挖除表层回填土和粉煤灰层至2a层,在第一节沉井制作前需对沉井刃脚处地基进行处理。同时为减少沉井沉入深度,降低施工作业面,刃脚标高挖至-4米。对刃脚处地基进行铺设1米厚砂垫层和0.25米厚C25混凝土垫层处理。
4.2根据本工程沉井的结构特点初阶段采用排水下沉法,水位差将部分地下水渗入沉井中,按照常规经验判断,沉井周边扰动范围与沉井下沉深度之比为1:1,在施工中应密切关注利用现场的砂或粘土及时回填压实,以防地面水进入扰动土体,形成更大范围的塌陷,同时也确保周边环行道路的安全。排水下沉过程中为防止沉井外土体扰动,沉井内取土施工应进行有效控制,采取先中间后边上,适当保留大梁和隔墙下部土体,形成七个小锅底,以防止土体承载力极差所带来的突沉。由于本粗格栅间沉井呈“凸”字形状,重心明显偏移,容易产生大端易沉,小端难沉的现象。应此在下沉过程中要把握小端先纠原则,即小端先沉20~30厘米,大端再沉20~30厘米纠平,循环至终沉。
4.3沉井终沉,沉井刃脚标高离设计标高0.5米时进入终沉阶段。沉井底部取土不能形成锅底,而应沿刃脚边定量取土不超过0.10米,使沉井底部泥面形成反锅底。由于沉井内灌满水浮力较大,使刃脚踏面下定量取土后沉井也不会自沉。此时可适当降低井内水位,使沉井的浮力减少、下沉力增大,沉井将稳妥下沉。终沉顺序:定量取土→井内降水→观测→井内加水,通过三至四个循环使沉井标高达到设计要求。待沉井下沉还差0.10米到设计标高后,停止施工观察下沉量,通过冲泥修平锅底,沉井在8小时内,自沉累计下沉量不大于0.1米便能保持稳定,12小时后便基本稳定,可以开始抛石后浇筑封底混凝土施工。
4.4施工效果,本次下沉总计用时为19天,整个施工过程中严格按照施工方案操作控制沉井最大下沉量3厘米/小时,最大刃脚高差控制在36厘米以内,下沉过程及封底时沉井无变形、倾斜、开裂现象;沉井结构无流线现象,底板无渗水现象取得了较好的效果。沉井终沉到位后,刃脚平面中心位置纵向为3.5厘米,横向为5.8厘米;沉井四角中任何两角的刃脚底面高差不大于1.8厘米;刃脚平均高程为1.3厘米,均符合设计及规范要求。
5、施工经验总结
①沉井下沉期间要勤测勤纠,用测量数据来指导下沉施工,严格控制沉井高程偏差在10厘米内,以防止沉井产生较大的位移。
②在后期,沉井不排水下沉期间要经常观察沉井内水位,及时补充水源,勤测水下泥面情况,与井下作业的潜水员保持联络畅通,及时提供沉井锅底及偏差情况。
③终沉段放慢下沉速度,宜采取多次抽放水纠偏方式,确保沉井到达设计标高,倾斜率、位移等指标符合要求。
④下沉期间应每日对沉井周围所设的测量监控点进行观测,做好记录,发现异常要及时采取措施处理。
⑤做好混凝土试块工作,按规范要求进行同条件试块养护,等混凝土试块强度达到设计要求强度70%后方可抽水
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