靈活運用地基處理方法 解決沉井施工難題

摘 要

1 前言 在城市地下管道埋設施工中，不可避免地會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挖或
1 前言
    在城市地下管道埋設施工中，不可避免地會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挖或跨越通過外，一般得采用頂管或定向鉆穿越。采用頂管穿越時，需要在頂管兩端首先施工工作井和接收井(統(tǒng)稱頂管作業(yè)井)。作業(yè)井的支護方式可根據地形地質條件、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、逆作法護臂支護、大開挖放坡支護等。我司天然氣高壓燃氣管道工程就遇到了大量頂管穿越工程，上述作業(yè)井的支護方式均有用到。作業(yè)井開挖機支護施工常常會遇到各種閑難，我司專業(yè)人員通過技術創(chuàng)新、靈活運用各種地基處理方法，解決了施工中遇到的許多難題。下面以某標段頂管作業(yè)井-沉井施工的實例，闡述如何靈活運用地基處理方法，解決沉井施工中所遇到的難題。供今后類似的沉井工程施工參考。
2 過鐵崗水庫頂管作業(yè)井-沉井施工遇到的問題
   過鐵崗水庫頂管工作井采用沉井方式，沉井深度17m，井位鄰近鐵崗水庫和機荷高速，周邊環(huán)境主要為荔枝林，主要工程地質條件：
   0.OOm～0.50m為填土，干，松散；
   0.50m～5.20m為沖積粉質粘土，稍濕，硬塑；
   5.20m～8.30m為中粗砂，飽和，較密實；
    8.30m～19.OOm為礫質粘性土(花崗巖風化殘積土)：
    19.OOm以下為強風化花崗巖。
    該工作井在施工過程中遇到以下2個問題：
    問題1：在沉井施工接近底部時，由于井壁自重大、基地土因開挖時擾動和被地下水浸泡承載力較小，井壁自動下沉，每天的沉降量超出實際施工深度40cm～70cm。在沉井接近封底深度時，井壁的超沉量越大。施工單位不知如何解決和控制沉降問題。承擔沉井設計的某設計院也未能提出解決方法。同樣的問題在廣州的某沉井施工中也曾經遇到過：沉井施工到設計井深時，無法制止井壁自動沉降，井深已經超過設計深度6m(沉井造價平均米超過10萬元)，還在繼續(xù)下沉，不知有什么辦法解決這個問題。
    問題2：在解決問題1，制止了沉井自動下沉后，該井在封底時又遇到了另外的難題：由于沉井深度過大(深度17m)、井內地下水壓力大，井底土質受浸泡后變得較松軟，沉井內的土體在水壓的作用下自動上涌，施工單位嘗試各種方法想清除井內虛土均不奏效，土方挖出多少，又涌出來多少，井內虛土總是保持有4m多厚。無法清除虛土，該沉井也就無法封底，不封底就無法進行接下來的頂管作業(yè)。該沉井面臨廢棄。
3 井哇自動下沉原閃分析
    沉井深度17.Om，在開挖到接近底部時，由于井壁自重而產生超實際開挖深度自動下沉40cm/天～70cm/天。沉井自動下沉原因分析如下：
3.1 沉井自重
計算參數：井壁厚度D=0.7m，沉井內徑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化殘積的粘性土，由于受挖井過程擾動并被地下水浸泡，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 沉井側壁摩阻力F1
由于沉井側壁開挖尺寸大于沉井外壁，因此側壁摩阻力取0。
計算結果：W＞F1+F2
上述簡單計算可以看出，沉井自重(W)大于地基承載力(F1)與沉井側壁摩阻力(F2)之和，所以沉井出現自動下沉。
4 靈活運用，解決沉井施工難題(難題1)
由于該處地表土質良好，主要為硬塑狀的粉質粘土，承載力較高，經現場察看后，我們提出在沉井頂部增加冠梁：使其構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，混凝土強度等級與沉井一致。由于加大了頂部受力面積、增加地基承載力，補充了沉井刃腳處地基承載力的不足。該方案經多方討論后被采納，實施后，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 無法清理沉井井底虛土，沉井無法封底原因分析
   該頂管工作井由于鄰近鐵崗水庫，地下水位埋深約3.Om，地下水量較大，沉井內徑達8m，深度達17m，井底土體在地下水的浮力作用下出現砂土反涌現象。據現場工人反映，井內虛土總是保持在距沉井刃腳約4m左右高度，土方挖出多少，又涌出來多少，無法清底，沉井不清底也就無法封底，不封底就無法進行接下來的頂管作業(yè)，沉井面臨作廢的風險。
6 靈活創(chuàng)新，解決沉井封底問題(問題2)
要加固沉井內虛土，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行。旋噴樁若要在深度達17m、而其中上部還要架卒約13m的沉井內施工卻是從未曾有人嘗試過。旋噴樁施工隊伍也擔心架空13m可能無法施工、加固效果很難保證。經過仔細分析，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虛土并起到止水作用的。通過現場指導施工，落實各項施工措施，最終證明，旋噴樁加固效果良好，虛土加固后，井底未出現涌砂、涌土現象，順利清除了井底虛土，保證了沉井順利封底。見圖1、圖2。
 

7 方法的運用
    過鐵崗水庫頂管還有一個接收井待開挖，地質條件與工作井相同，將來施工時也會遇到同樣的問題。
    通過上述解決工作井沉井所遇到問題的成功經驗，將來也可用于解決接收井施工遇到的問題。
8 結束語
    各類頂管作業(yè)井(包括沉井)施工，由于水文及工程地質條件、周邊環(huán)境等的不同，施工過程中總是會遇到這樣或那樣的問題，通過靈活運用各種地基處理方法和技術創(chuàng)新，可以解決工程建設中遇到的許多問題，挽救一些瀕臨廢棄和失敗的工程。成功解決過鐵崗水庫頂管沉井施工所遇到問題的經驗和方法，可供類似工程借鑒。
參考文獻
1 油氣輸送管道穿越工程設計規(guī)范(GB50243-2007).北京：中國計劃出版社，2008
2 建筑基坑支護技術規(guī)范(JGJ120-99).北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999
3 高大釗、黃紹銘.軟土地基與地下工程.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005
 
(本文作者：黃福升 深圳市燃氣集團股份有限公司天然氣工程建設分公司 518045)