某沉井施工失敗的原因總結(jié)

唐培連，錢(qián) 鋒，陳 周

（中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，河北廊坊 065000）

某沉井施工失敗的原因總結(jié)

唐培連，錢(qián) 鋒，陳 周

（中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，河北廊坊 065000）

某矩形沉井在施工過(guò)程中出現(xiàn)傾斜、涌土等不良現(xiàn)象，最終該沉井以失敗告終。失敗的原因是多方面的，設(shè)計(jì)、施工都存在不妥之處。文章從工程概況、施工中出現(xiàn)的問(wèn)題以及處理措施等對(duì)該沉井失敗的過(guò)程進(jìn)行了介紹，并總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)。

矩形沉井；軟土地基；沉井偏斜；施工

1 工程概況

某沉井平面為矩形結(jié)構(gòu) （見(jiàn)圖1），南北方向長(zhǎng)22m，東西方向?qū)?m，井深18.5m，壁厚為1m，中間采用四道橫梁支撐。由于主體工程的需要，在沉井施工前，沿南側(cè)井壁外側(cè)向南側(cè)打了4 m長(zhǎng)深層攪拌樁進(jìn)行地基處理。

該沉井施工所經(jīng)過(guò)的地層為：地面以下5.4 m為淤泥質(zhì)黏土，其余為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土 （見(jiàn)表1）。

從表1中所列指標(biāo)可以看出，該沉井所處的地層具有明顯軟土特征：含水量大于35%，且天然含水量高于液限，孔隙比大于1，液性指數(shù)大于1，飽和，承載力較低。

2 施工中出現(xiàn)的問(wèn)題

該沉井采用三次澆注三次下沉來(lái)完成施工。第一次澆注9 m，下沉6.2 m；第二次澆注4.5 m，總下沉量為11 m；第三次澆注5 m，下沉到位。在第三次下沉過(guò)程中沉井結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題且不可修復(fù)，工程最終失敗。現(xiàn)總結(jié)一下沉井施工中出現(xiàn)的問(wèn)題：

表1 地層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

（1）偏斜。整個(gè)下沉過(guò)程中，南北兩側(cè)一直存在大的高差，最大時(shí)偏差超過(guò)1 m。南側(cè)高，北側(cè)低。雖然通過(guò)不均勻取土、南側(cè)加配重、北側(cè)加帽檐等措施，但效果并不理想 （見(jiàn)表2、圖2）。

糾偏采用的主要方法是不平衡開(kāi)挖。該工程中此法不但沒(méi)有顯著效果，而且由于過(guò)分采用不平衡開(kāi)挖，導(dǎo)致在第二次下沉過(guò)程中井內(nèi)南北兩側(cè)的土面高差達(dá)到6m。這在沉井施工中是不多見(jiàn)的，也是很危險(xiǎn)的。不平衡開(kāi)挖之所以失效，有兩方面原因：南側(cè)井壁刃腳落在了深層攪拌樁上，樁體強(qiáng)度高，且不易破除；軟土與井壁間的摩擦力小，擾動(dòng)后刃腳下土的承載力很低。因此北側(cè)總是下沉得快，最后不得不在豎井北側(cè)套井與井壁間隙內(nèi)填充碎石，并在給南側(cè)井壁增加配重后才把偏差調(diào)整至28cm。

（2）涌土。沉井下部所處地層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，具有強(qiáng)觸變性，施工中采用挖機(jī)配合吊斗作業(yè)出土。挖機(jī)在井內(nèi)作業(yè)時(shí)，對(duì)地基土造成了擾動(dòng)，使地基承載力迅速降低，四周土體從豎井中間隆起。

（3）刃腳處地基承載力偏低。整個(gè)沉井范圍內(nèi)的土在施工過(guò)程中一直處于反復(fù)擾動(dòng)中，承載力低，很可能導(dǎo)致沉井下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)剎不住車(chē)，難以封底。

表2 沉井各階段下沉中高差統(tǒng)計(jì)

3 處理措施

針對(duì)上述施工中的問(wèn)題，決定優(yōu)先進(jìn)行抗隆起處理，然后再進(jìn)行豎井下沉及糾偏施工。首先用高壓旋噴樁土體改良工藝對(duì)豎井周?chē)皟?nèi)部土體進(jìn)行加固。具體如下：

（1）井外樁位布置。豎井外設(shè)置兩排高壓旋噴樁作為支護(hù)樁，樁徑600 mm，樁間距400 mm，樁深度控制在－5.2～－21.1m，即成樁范圍在刃腳現(xiàn)狀高程以上5m至刃腳設(shè)計(jì)高程以下8m。其中，在豎井東西兩側(cè)的北半部分?jǐn)嚢铇缎毕蛳麓颍苯嵌?°，使刃腳以下的土體得到改良，以方便對(duì)沉井的糾偏。

（2）井內(nèi)樁位布置。將樁打入第⑥層砂質(zhì)粉土層，支護(hù)樁深入刃腳設(shè)計(jì)高程下8 m。根據(jù)抗隆起及復(fù)合地基的抗剪強(qiáng)度計(jì)算，共需施打高壓旋噴樁的有效面積為79.2m2。井內(nèi)外樁位布置如圖3所示。

然而在地基處理完成后的繼續(xù)取土施工過(guò)程中，沉井井壁突然斷裂，導(dǎo)致工程失敗。

4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（1）工序。由于主體工程的需要，施工單位在沉井施工前沿南側(cè)井壁外側(cè)做了深層攪拌樁，且加固效果很好，形成了一根根的樁體。在沉井沉到攪拌樁位置時(shí)，刃腳落在了攪拌樁上，直接導(dǎo)致了很大的偏斜量。盡管采用各種辦法來(lái)糾偏，但效果一直不理想。所以，當(dāng)主體工程需要進(jìn)行地基處理加固時(shí)，一定要在沉井施工結(jié)束后再進(jìn)行。

（2）工法。施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)文件充分了解土層的特性。本次施工采用挖機(jī)加吊斗取土的辦法施工，對(duì)土體擾動(dòng)過(guò)大，最終導(dǎo)致了大面積的涌土。在這種軟土地基上建井，一定要對(duì)地質(zhì)條件有充分的認(rèn)識(shí)。當(dāng)沉井較深時(shí)，可以根據(jù)下沉系數(shù)和下沉穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算結(jié)果，采取開(kāi)始排水施工，到達(dá)一定高程后就不排水的施工方法，來(lái)降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

（3）應(yīng)急預(yù)案。在這種軟土地區(qū)建井，當(dāng)施工中可能出現(xiàn)或出現(xiàn)異常情況時(shí)，可先改為不排水下沉再慢慢處理存在的問(wèn)題是一個(gè)比較穩(wěn)妥的方法。不排水法施工時(shí)有如下優(yōu)點(diǎn)：可通過(guò)調(diào)節(jié)淹水深度使沉井重力控制在15～25 kN/m3，平衡了井外水頭，不至于發(fā)生涌砂等不良現(xiàn)象，增加了刃腳下地基土的承載力。因此在不排水的情況下，即使在軟土地區(qū)施工，涌土、突沉等問(wèn)題都是可控的。

[1]段良策.沉井設(shè)計(jì)與施工［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2006.

[2]葛春輝.鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

[3]程文襄，康谷貽，顏德亙.混凝土結(jié)構(gòu)原理［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[4]湯偉，葛春輝.沉井設(shè)計(jì)若干問(wèn)題討論——沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程介紹［J］.特種結(jié)構(gòu)，2003，20（4）：17-18.

[5]CECS137-2002，給水排水工程鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程［S］.

Reason Summary on Failed Construction of Rectangle Caisson

TANG Bei-lian（China Petroleum Pipeline Engineering Company， Ltd.,Langfang 065000,China）,QIAN Feng，CHEN Zhou

During the construction of one rectangle caisson,the caisson was inclining with soil gushing,at last the construction failed.The reasons causing the failure were various in design and construction,which were analyzed and summarized,including the engineering outline,construction problems and treatment measures.

rectangle caisson;soft soil foundation;caisson tilting;construction

TE4

B

1001－2206（2011）06－0045－02

唐培連 （1980-），男，山東濰坊人，工程師，2008年畢業(yè)于北京交通大學(xué)，碩士學(xué)位，主要從事管道穿跨越工程的設(shè)計(jì)工作。

2010-11-02