建筑与发展 ‘工程实录 Ｏｏｎｇ Ｃｈｅｎｇ Ｓｈｉ Ｌｕ １４２・ ＪｉＱｎ ＺｈｕＹｕ Ｆａ Ｚｈａｎ 复杂环境下沉井下沉施工技术 唐凤乾 国家发展和改革委员会稽察办公室 【摘要】结合某循环水泵房沉井工程，根据沉井结构、工程地质和水文条件、下沉深度、周围环境等因素，分析、确定复杂环境下的沉井下沉 方案，并成功实施，可供类似工程借鉴。 【燕舞词】复杂环境沉井排水下沉不排水下沉旋喷桩止水帷幕深井降水 １．工程概况 西塞山电厂二期工程位于湖北省黄石市西塞山区，循环水泵房沉 井平面尺寸３１．６７×１６．４ｍ，下沉深度２８．３ｍ，布置ｌ道纵向和３道横 向底梁，将沉井底部分为８个格仓。地面标高２１．０ｍ，沉井刃脚底设 计标高一６．８ｍ。 沉井地基土ｌａ上而下依次为：（１—１）层杂填土、（３）层粉质 粘土、（５—２）层粘土、（６～２）层粉质粘土、（１ ０—２）层粉质粘 土、（１ ２—２）层粉细砂、（１ ２—３）层粉细砂。粉细砂层水平渗透系 数为７．９６×１０—３ｃｍ／ｓ。沉井基础持力层为１６－３粉细砂层，下卧层为 其下的（２ ３）层砾岩。如工程地质示意图１。 ｑ ｊ０ 鞋Ｅ奠ｉＺ：ｌｊ：Ｅ ‘≈ 一 ’ ］’＿ 二一二 二 一攀篓舅 ｊ ｌ ｌ： ’！ ，ｊ 图１工程地质示意图 沉井地段地下水分为两层，第一层孔隙潜水埋藏于上部填土及粘 性土层中，埋深０．５ ｍ，以降水补给为主。第二层承压水埋藏于粉细 砂层中，水量较大，与长江水的水力联系密切，水头标高随季节变 化较大，沉井Ｆ沉期间观测井的水位为１ ０．２ｌｒｌ，高于江水标高，洪水 期承压水头甚至高于地表。 根据沉井内部结构和水文地质条件，沉井分五节制作，二次下 沉。第～节制作高度５Ｉｌｌ，第二节制作高度７．５ｍ，然后进行第一次下 沉；第三节制作高度４．６ｍ，第四节制作高度５．２ｍ，第五节制作高度 ６ ｍ，再进行第二次下沉。 ２．周边环境 沉井周边环境非常复杂，沉井位于西塞山区道士袱村村民聚居区 内，西侧和北侧均为２～３层砖混结构的村民自建房，大多为片石条形 浅埋基础，对地草沉降较为敏感，距离沉井最近的民房只有９．４ｍ。沉 井东侧紧邻黄富公路。南侧为六层居民楼及农业银行营业部。如周边 环境示意图２。 图２周边环境示意图 ３．下沉方案分析及确定 ３．１沉井下沉主要方案 沉井下沉主要有排水下沉和不排水下沉两种方案。 ３．１．１排水下沉法的优点 劳动条件好、挖土准确、下沉速度快；若土层中有障碍物，易 于发现和清除；沉井发生偏斜时易于纠正；可在无水下进行混凝土封 底。一般情况下，沉井下沉首选排水下沉法。沉井第一次下沉土质 为粘性土层，土层渗透系数小，下沉时水土流失较小，且下沉深度 只有１ ２．５ｍ，因此适合采用排水下沉法。 ３．１．２不排水下沉法的优点 不排水下沉法的优点是对周围环境影响相对较小，但由于是水下作 业，施工非常困难，功效很低，并且在需要靠迫降才能下沉时，外 部土体也会大量流失，对周围环境产生很大影响。所谓迫降是指不排 水下沉时，如果下沉系数太小，无法下沉或下沉困难时，不得不快 速降低井内水位，减小浮力，从而使得沉井下沉系数增大并快速下 沉，随着井格内土体逐渐堆高，下沉渐趋缓慢并停止，之后迅速回 灌水至内外水压平衡。因此该方案只有在无法使用不排水下沉法和工 期充裕的情况下才采用。 ３．２第二次下沉方案分析 如果采用深井降水配合排水下沉法，则会对周围环境影响比较 大。因为一方面在粉细砂层中排水下沉外部土体易于流失，另一方面 沉井周边地下水位降低将导致降水漏斗范围内土层固结，致使周边地 面沉降。一般来说该方案最大影响范围是２倍的下沉深度，正常影响 范围是ｉ倍的下沉深度，严重影响范围是０．５倍的下沉深度。 如果采用不排水下沉法，并且沉井可以不必迫降而顺利下沉，就可 以最大限度的减小对周边环境的影响。但这需要满足两个条件：一是保 持沉井内外水压始终平衡，二是沉井下沉系数大于１．１５。以下按不排水 下沉法，对沉井下沉系数进行分析。 九．． 下沉系数： ：睾— ～ 式中：Ｋ：下沉系数，一般应大于１．１５： Ｏ：沉井自重及附加荷载（ｔ），沉井接高后总重量约ｌ２０００ｔ； Ｂ：浮力（ｔ），根据当时的长江水位和观察井静止水位情况，控制 沉井内水位标高保持在＋ｌ １ｍ； Ｔ：沉井井壁与土层间的摩阻力（ｔ）； Ｌ：沉井外周长（ｍ），为９６．１４ｍ； Ｒ：地基反力，为地基极限承载力乘以沉井州脚踏面和底梁踏面面 积之和。根据经验，Ｆ沉时地基极限承载力近似取２倍地基承载力特 征值，刃脚踏面及底梁踏面面积之和为１ ３ ６．０ ７Ⅱｒ。 沉井下沉系数分析表１。 层底 劁犀 板限承 地基 摩诅力 浮力 下沉 土层 标高 髓力 戴力 反力 ｔ 系数 ｍ ｔ／ｍ’ ｔ／ｍ ｔ ｌ ０＂２粉质秸 ５．４ ２．１ ２５６ｌ ｌｌ２０ ３２ ４３５４ １．５Ｔ Ｉ争２柑细砂 一２．６ ２．２ ４２５３ ２４２２ 《２ ５７ｉ５ ｎ辨 ｌ２－＂３粉细砂 吨．８ ２．５ ５２６３ ３２ｏ０ 飘 ７３４８ 吼７０ 由上表１可以看出，沉井第二次下沉时，沉井在进入粉细砂层后 下沉系数小于１，必须靠迫降才能顺利下沉。 工程实录 Ｇｏｎｇ Ｃｈｅｎｇ Ｓｈｉ ｋｕ 建筑与发展 Ｊｉａｎ ＺｈｕＹｕ Ｆｏ Ｚｈａｎ ・１４３・ ３．３第二次下沉方案确定 沿沉井四周施工高压旋喷桩，要求采用落底式，即旋喷桩钻孔深 部冲泥和吸泥。在沉井顶部，操作人员通过测绳测量井格内泥面高 度，指挥冲吸装置移动。冲吸装置要勤移动，在每个井格内网格设 点逐渐形成锅底，并跳格作业。 当沉井刃脚和，１＂￣ＪＪ部位难于定点定向冲射时，应暂停冲吸装置作 业，改由潜水员水下操作高压水枪冲泥。 不排水下沉过程中，将深井降水的水抽入沉井中，使沉井内外水 位保持平衡。当沉井内水位较高，浮力较大，沉井无法下沉时，通 过降低井内水位使沉井迫降下沉。为了保持沉井内外水位平衡，降水 深井要提前运行，保持沉井内水位始终高于沉井外地下水位。 ６．２．２不排水下沉中主要采用偏除土的纠偏方式控制要求 度超过沉井刃脚底并进入不透水岩层，形成闭合止水帷幕。止水帷幕 的主要功能：一是隔离支护作用，止水帷幕能有效防止下沉时的水土 流失向帷幕外扩展，对临近民房起到直接保护作用；二是止水防渗作 用，止水帷幕能大大减小土层渗透系数，延长地下水渗径长度，减 少降水量，降低因降水引起地面的沉降量。 为减少沉井迫降下沉时止水帷幕内的水土流失，减少止水帷幕内 外土层压力差，设计降水深井配合沉井迫降下沉。同时考虑到旋喷桩 的水泥浆液射流高达２０ＭＰａ以上，对粉细砂层进行穿透填充后，会影 响旁边的降水井降水效果，因此将降水深井布置在沉井井格内。 ４．旋喷桩止水帷幕施工 旋喷桩桩径８００ｍｍ，桩距６００ｍｍ，搭接２００ｒａｉｎ，桩长３３ ｎｌ，距离 沉井四周１０ｍ布置，由于临民房侧间距不足１０ｍ，采用三排高压旋喷 桩，以增加刚度和防渗效果，其余方向为单排桩，总计４ ５ ２根。 采用二重管高压喷射注浆法施工，设备为ＸＰ一２０改进型旋喷钻 机，该钻机带双油马达动力，施工主要技术参数：采用普硅３ ２．５水 泥，水灰比ｌ：ｌ，水泥用量２ ５０ｋｇ／Ｉｌｌ，浆压２０～２ ８ＭＰａ，气压０． ７ＭＰａ，提升速度约２０ｃｍ／ｍｉｎ。 ５．降水深井施工 本工程设计８只井格布置８只降水井，单井最： 抽水量为１４４０ｍ３／ ｄ，群井最大总出水量为ｌ１ ５２０ｍ ３／ｄ。 降水井成孔深度３３ｍ，孔径 ５５０ｍｍ，下井管３３．５ｉｎ（井口高于 地面０．５ｍ），井管采用２ ７ ３ｍｍ钢管，壁厚４ｍｍ，其中滤水管长１ ２ｍ， 下部设沉淀管１ ｍ，并安装扶正器，井管间为焊接连接。滤水管为桥 式滤水管，滤水管外均包一层３ ０目的尼龙网，滤水管外围采用颗粒 磨圆度较好的绿豆砂围填，围填部位从井底向上至滤水管项部以上 ２ ｍ。在填砾以上围填粘性土止水。 ６．沉井下沉施工 ６．１第一次下沉施工 沉井第一次下沉采用排水下沉方案，人工使用高压水枪将井内泥 土冲成泥浆，再用泥浆泵将泥浆吸出井外，通过排泥管道送入泥浆池 内。 下沉施工中配备６套４寸高压水泵和冲泥水枪．水枪出口压力０． ６ＭＰａ，高压水泵流量ｌ２０ｍ。／ｈ，功率１ ５ＫＷ。配备６套６寸泥浆泵，分 别和井格内的水枪相应配套使用，泥浆泵扬程１ ５ｍ，流量２８０ｍ。／ｈ， 功率２ ２ＫＷ。 ６．２第二次下沉施工 ６．２．１沉井第二次下沉采用不排水下沉方案 将２套高压水枪和ｌ台大功率泥浆泵捆绑固定在一起，组合成不排 水下沉的主要冲泥和吸泥装置，配置３套装置，２套使用，１套备用。 冲吸装置用吊机维持其悬吊状态，并保持出泥管垂直，不断从沉井底 根据刃脚高的一侧井格内泥面高度测量情况，将冲吸装置靠近刃 脚高的一侧冲吸泥。随着沉井的下沉，沉井高的一侧减少刃脚下正面 阻力，沉井低的一侧增加刃脚下的正面阻力，使沉井的偏差在下沉过 程中逐渐纠正。控制沉井下沉阶段四角高差不大于５ ０ ｃｍ。 ６．３下沉监测 ６．３．１沉井下沉监测 在沉井壁四角上设４个沉降观测点，用水准仪测量下沉过程中的 每次下沉量和四角高差。下沉过程中每２小时测量１次刃脚标高和四 角高差，根据每次测量数据控制下沉纠偏。终沉时每ｌ小时测量１次 四角高差。如遇下沉速度较快时适当加密测量频率。 ６．３．２降水监测 沉井迫降下沉期间，做好备降水井的水位观测和出水量记录工 作，频率为每４小时１次，及时掌握地下水动水位的变化情况。 ６．３．３民房监测 沉井下沉期间对周边民房进行沉降监测，监测频率为每天１次。 同时对周边民房做好结构、装修、裂纹等监测工作，采用文字、图 纸、照片方法，记录房屋的损坏部位、范围和程度，频率为每天１ 次。 结束语 沉井第一次排水下沉历时１ 天，对周围民房几乎没有影响。沉 井第二次不排水下沉历时８ ５天，终沉状态良好，刃脚距设计标高 ４５ｍｍ，四角最大高差１０７ｍｍ，尽管施工进度很慢，但周边民房基本未 受大的影响，取得了，预期效果。 采用高压旋喷桩止水帷幕结合深井降水的方法配合不排水下沉， 解决了沉井周边环境复杂，对周边地面沉降要求严格的地区（如城 区），且富含地下水、承压水头高、深厚流砂层条件下，普通沉井 无法下沉的困难，可供类似工程借鉴。 参考文献 ［１］周锡海，永和大桥北岸桥台沉井止水帷幕施工，广东公路 交通，２ ０ ０ ６（３），３ ２—３ ３ ［３］李俊，深井降水技术在大型沉井排水下沉和干封底中的应 用，建筑施工，２ ０ ０ ６（１ ０），３ ８—４ ０