软土地层中沉井施工及地基处理

徐斌

摘要：在软土地层中进行沉井施工，针对沉井下沉过程中下沉稳定系数较大等特性，软土地基中沉井下沉施工复杂，要完成沉井的安全顺利下沉需要采取多种施工技术相配合。沉井制作前，预先在刃脚处打两排水泥粉喷桩，粉喷桩连续墙对沉井起到支承和导向作用，保证沉井下沉过程可控。沉井基底采用水泥粉喷桩复合地基加固软土地层，确保沉井工作阶段正常使用。

关键词：软土地层；沉井施工；地基处理

1导言

沉井是修建深基础和地下建筑物的一种施工方法，先在地面或地坑内制作开口钢筋混凝土井身，待其达到要求强度后，在井筒内分层挖土运出，随着挖土和井内土面的逐渐降低，沉井筒身借其自重或其他技术措施克服与土壁之间的摩阻力和刃脚反力，不断下沉直至设计标高后封底。其施工要求应根据不同的地质条件、不同的周围环境及水文气象进行调整，合理的设计方案、施工方案是确保工程质量安全及提高工效的前提。

2工程及地质概况

2.1工程概况

某污水处理厂的进水泵房为矩形钢筋混凝土结构，由于占地面积较小而埋置较深采用沉井施工方法。进水泵房尺寸为16．4m×10．8m，沉井高度为11．8m，壁厚为700mm。沉井分三节制作一次下沉，第一节5m，第二节5m，第三节1．8m。由于沉井的第三节是在沉井封底后与顶板一起制作，不属于沉井的范围，因此重量及摩阻在沉井施工计算中不予以考虑。

2.2场地地质情况

本工程场地属于珠江入海口冲积阶地海陆交互相沉积地貌单元。场地地势低平，原为农田。施工场地范围内土层主要为耕土层、淤泥质土层、残积层，下伏基岩为白垩纪泥岩。①耕土层：褐灰、饱和，主要由粉粘粒组成，含少量砂，偶见植物根须。工程力学性质差。②淤泥质土层：深灰色，流塑为主，局部软塑，饱和，主要由大量的淤泥质及细砂粒组成，海陆交互沉积成因，层厚3．00m～12．50m，全场均有分布。埋深及厚度在水平向及垂直向变化较大，均匀性尚好，为高压缩性土，地基稳定性差。③残积土层：灰褐、灰黑、灰黄色，湿，硬塑，局部坚硬状，主要由粘性土组成，含少量砂粒，残留原岩结构构造，岩芯呈土状，泡水易软化，由泥岩风化残积而成。

3施工方法选择

1）沉井施工工艺包括施工准备、地基处理、井壁制作、沉井下沉、沉井封底五大部分。具体流程：场地平整→地基处理→定位放线→基坑开挖→铺砂垫层→浇筑素混凝土垫层→沉井分节制作→敲除素混凝土垫层→机械挖土下沉→混凝土封底→浇筑底板及内隔墙→回填土。2）沉井下沉施工方法主要取决于施工场地的水文、地质条件、施工机械。排水下沉法总的来说工期优势明显，对于下沉高度和水深不大的情况下，排水下沉法挖土技术相对简单容易掌握。在施工止水帷幕后，井内开挖范围渗水少、施工安全，设备在建筑市场常见且出土效率高。综合考虑，本工程沉井采用排水下沉。3）根据沉井在软土地层中施工所遇到的难题，从设计和施工配合措施两方面考虑：a．从沉井自身结构设计上完善，对于软土地区沉井的制作，可以通过加大刃脚踏面的宽度，并使刃脚斜面的水平倾角不大于60°等方法增加刃脚水平投影面积以增大摩阻，必要时在沉井底端增设底梁。b．为了保证沉井的下沉安全，对沉井刃脚范围内的土体进行加固，使其具备一定的承载力，能够给刃脚提供支撑，控制沉井稳定下沉。4）刃脚处原状淤泥土层承载力较小，采用粉喷桩处理后，粉喷桩桩体提供的竖向承载力大于沉井自重，保证了沉井在下沉过程中不会产生突沉的现象。刃脚处设置两排粉喷桩形成的地下连续墙，水泥粉喷桩的桩外沿与沉井井壁外边线相切，桩顶标高同始沉设计地面。由于刃脚处的桩体起一定导向作用，保证沉井不会发生大的倾斜。另外，沉井刃脚范围布置了水泥粉喷桩，由于水泥粉体吸水和胶结作用，降低了淤泥的含水量和流动性，有效阻止了井外淤泥涌入沉井内。5）沉井下沉至设计标高后，沉井封底。基底置于淤泥土软弱层上，在荷载作用下，淤泥层地基承载力低，地基沉降变形大，天然地基无法满足持力层要求，需要进行地基加固处理。通过对两种常见的软土地基处理方法比选，确定最终处理方案。预应力管桩施工方便，承载力高，入土深度大，造价相对较高。在深厚软土地质条件下，施工过程中桩身质量及垂直度无法保证，尤其送桩距离长，施工过程中如发生位移，则易造成废桩。水泥搅拌桩复合地基承载力高，最大限度利用原土，可根据工程需要灵活布置，造价成本相对较低。针对含水量较大的软土地基，从搅拌效果看，粉喷法比浆喷法得到的强度高，强度离散性小。基于上述原因，采用水泥粉喷桩处理软土地基是优先考虑方案。本工程采用粉喷桩复合地基，沉井底板范围内布置水泥粉喷桩，桩径500mm，水泥掺入量15%，桩距为1m，水泥粉喷桩以残积土层作为持力层，进入残积土层不小于1．0m。粉喷桩固化材料选用42．5级普通硅酸盐水泥。

4沉井施工过程

4.1施工坑开挖沉井采取在基坑中制作，以减少下沉深度，降低施工作业面。开挖深度为2.5米，考虑到拆除垫架和支模操作的需要，基坑比沉井宽2米，四周挖排水沟，集水井，使地下水位降至比基坑底面低0.5m，挖土采用1台反铲挖掘机进行。配合人工修坡和平整坑底，挖出的土方用自卸车运至弃土场堆放。

4.2沉井制作

（1）刃脚支设本沉井高度大，重量重，地基强度较低，采用垫架法支撑。沉井刃脚铺设标准枕木（160mm×220mm×2500mm）作支承垫架的垫木，然后在其上支设刃脚及井壁模板，浇筑砼。地基上铺设砂垫层，可减少垫架数量，将沉井的重量扩散到更大的面积上，避免制作中发生不均匀沉降，同时易于找平，便于铺设垫木和抽除。根据第一、二节沉井的重量和地基的承载力设计，按下式计算枕木用量：n———每米内垫木根数（根）；G———第一节沉井的单位长度的重力（kN/m）；F———每根垫木与地基（或砂垫层）的接触面积（平方米）；「f」———砂垫层（或地基土）的承载力设计值（kN/平方米）n＝1193.8×24/（97.2×0.22×2.5×250）＝2.14枕木间距为0.46m，共用97.2&pide;0.46≈212根。设8组定位架，砂垫层厚度为50cm，满足砂垫层底面处的自重应力加砂层底面处加附加应力小于或等于砂垫层底部土层的承载力设计值。选用中砂用平板振动器振捣并洒水，控制干密度≥1.56t/m3，地基整平后，铺设垫木，使顶面保持在同一水平面上，用水平仪控制其标高差在10mm以内，并在其孔隙中垫砂夯实，垫木埋深为其厚度一半。（2）模板支设和钢筋绑扎沉井制作的模板支设和钢筋绑扎与普通结构施工要求一样，只不过由于是在软基上施工，所以要均匀对称施工，以防止不均匀沉降。（3）混凝土浇筑混凝土采用商品砼，并用砼输送泵，送至沉井浇筑部位，沿井壁均匀对称浇筑。浇筑采用分层平铺法，每层厚30cm，将沉井沿周长分成若干段同时浇筑，保持对称均匀下料，以避免一侧浇筑，使沉井倾斜，每层混凝土量为23立方米，要求2h内浇筑一层。两节混凝土的接缝处设凹型水平施工缝，上节混凝土须待下节混凝土强度达到70%后浇筑，接缝处经凿毛及冲洗处理，并浇10cm厚减半石子混凝土。

5结语

沉井结构刚度大，整体性好，占地面积小，在市政工程中应用广泛。污水处理厂中进水泵房一般埋深较深，常采用沉井结构。沉井施工时极易遇到软土土层，软土地基具有高压缩性、高灵敏性、强度低等特点，沉井在下沉过程中随时会发生倾斜、突沉、超沉和偏移等问题，对施工质量和施工安全影响较大。因此选择合理下沉施工方法、地基处理措施十分重要。

参考文献：

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