水泥攪拌樁控制沉井下沉施工技術

1 工程概況

天津塘沽開發區基礎設施泵站基坑長31.5m、寬19.6m、高15.255m、下沉12.855m。沉井所在地場區為典型的濱海鹽土環境，地基土均為淤泥質及淤泥質粘土厚19m，含水量45%～50%，孔隙比1.4～1.6，土質性能極差。

2 沉井施工方案

在沉井施工中，尤其在軟土地基下沉井施工，將不可避免地擾動沉井周圍土體，產生底涌、突沉或超沉、傾斜，難以糾偏，輕則影響工程質量，造成工期延誤；重則造成傷亡事故或構筑物的報廢，不僅在經濟上損失嚴重，也會給施工企業帶來惡劣影響。開發區的大型沉井在下沉施工中如不采取有效的加固方法常會出現各種問題。由于本工程工期緊，在施工過程中必須采取有效方法確保沉井下沉安全，控制沉井質量。

2.1 施工難點分析

1）由于土質太差，沉井下沉施工中容易出現超沉、突沉、井底涌土等現象。

2）沉井下沉施工中容易造成沉井周邊土體下沉、土體開裂，影響臨近設施安全。

2.2 沉井地基處理方案

針對以上難點，設計采用在刃腳下打攪拌樁的方法，解決沉井下沉施工的質量及安全問題。

刃腳下設置水泥攪拌樁。根據沉井的重量、沉井施工特點、土的力學性能、水泥攪拌樁在開發區的物理性質的經驗值等推算確定，刃腳樁采用雙排水泥攪拌樁，樁徑600mm，強度2MPa，樁總長度16m，樁與樁之間縱向咬合20 cm、橫向相切。刃腳下水泥攪拌樁有兩種強度要求，可在一根樁中采用兩種不同的水泥摻入量，達到兩種強度要求，一種用在沉井下沉過程中刃腳需將其穿過壓碎的上部樁體部分，長為13m，該部分樁體要求既能滿足支承沉井重量的要求又能在挖土下沉過程中樁體自身壓碎破壞，這部分樁體的水泥摻入量為10%；另一種是用在沉井下沉到位后支承刃腳的下部樁體部分，長為3m，該部分樁體要求有足夠的強度支承沉井重量且防止底涌，這部分樁體的水泥摻入量為15%。刃腳外側設置一排護樁，在沉井挖土下沉過程中，為減少沉井下沉對周圍土體的擾動，須在沉井外側施打一排鋼板樁圍護，采用18m長40B工字型鋼樁。

采取水泥攪拌樁地基加固技術對軟土地基進行加固處理，使軟土抗剪強度提高的同時增大地基承載力。沉井通過不斷剔鑿破碎水泥攪拌樁的過程進行下沉，當需要下沉時，只需鑿除樁頭（沉井下沉初期階段，隨著井內的不斷取土，攪拌樁可由沉井自重壓碎），沉井即可憑自重克服土體摩擦力而下沉。這樣，沉井在淤泥中下沉的過程成為一個可控的過程，有效地解決了沉井在軟土地基下沉過程中易出現的質量問題。

設計地面以下15m范圍內自上而下分別為回填土、淤泥、粉質粘土及淤泥質粉質粘土，當沉井沉至設計標高后，刃腳及封底后的底板落在淤泥質粉質粘土層上，其承載力特征值僅為80 kN，不能滿足要求。因此需要解決施工過程中及沉井終了的穩定問題。沉井井筒分三節澆筑，第一、二節澆筑高度為10.7m，第三節待沉井落到設計位置后再接高澆筑。第一、二節沉井制作混凝土量為1 022.36m3，總重量約為24 536.64 kN，井壁周長為88.78m，刃腳踏面寬為0.4m，則刃腳總面積A=88.78×0.4=35.51（m2）。如僅以刃腳底面作為支撐面時，則承受的荷載P=690.98kN/m2，根據地質資料，軟土地基承載力僅為80 kN/m2，很明顯，即使滿鋪木方也不能滿足預制時承載力的要求。為此，根據設計意圖，在預制沉井箱體之前先加固刃腳下地基，使加固后的土體能支承住沉井的重量，不致在預制過程中產生沉降和下沉過程中速度過快產生突沉和偏移。在沉井刃腳下預打水泥攪拌樁，形成聯排樁式的地下連續樁墻，對于沉井井壁形成具有一定強度的承托和支撐墻體，將沉井在淤泥中下沉的過程成為一個可控的工藝。

具體的施工做法是在刃腳下打兩排直徑600mm、間距600mm的水泥攪拌樁，上下排咬合200mm，樁長16 m，水泥采用42.5#普通硅酸鹽水泥，摻入水泥標高為-14.000～-11.000m，15%～18%(此標高段為沉井終了后支撐沉井作用，永久存在，不挖除)，其余段-11.000～2.000m為10%。(實踐證明摻量10%的水泥攪拌樁便于施工時挖除)。按經驗數據水泥摻量為10%的水泥土7 d的無側限抗壓強度為 600 kPa，28 d抗壓強度為800～1 000 kPa，因此水泥攪拌樁本身的強度能承受沉井的壓載，而為使沉井在澆注和養護時不下沉，經計算樁長需16m。另外在沉井箱體內側距箱體壁1～2m處打兩排500mm間距1 000mm的水泥攪拌樁，其深度與刃腳底的水泥攪拌樁相同。這一做法是可以改變井內淤泥土結構，結合刃腳下的樁體共同作用阻止挖土時井外土體向井內的上涌現象。

2.3 下沉施工方法

由于該沉井刃腳下進行過樁基處理，所以與一般沉井施工方法不同。

1）挖土方法。由于泵站場區外南側地勢開闊且淤泥質土人工開挖較困難，因此挖土采用水力沖挖、泥漿泵抽泥出土。破碎樁頭吊車吊運，20 cm為一層，分層對稱從刃腳向中心開挖，盡量保持1～l.2m的高差，使井底土形成倒鍋底形狀，以減少井內底部的被動土壓力的損失。

2）破樁方法。如樁身不能擠壓破碎，則沉井不會下沉，需采用破樁來下沉。首先要挖出沉井刃腳并暴露出水泥樁，人工用鐵鎬鑿除樁身。鑿樁要求對稱同步進行，先鑿內排樁，按60 cm間隔、50 cm高一樁進行鑿除，直到靠沉井自重可壓碎下沉為止，如仍不能下沉，以同樣方法鑿除外排水泥樁。

3）沉井施工質量控制。根據本工程的質量要求和沉井施工規范制定質量控制指標，進行嚴格控制，控制指標見表1。

表1 沉井施工質量控制指標

根據指標進行觀測。為防止沉井傾斜、軸線位移或垂直的偏移，在沉井四周上設標尺，標尺外用鋼管架搭設固定標針，標針均在同一水平面上，一旦沉井發生傾斜，即可在標尺上反應出來，同時在沉井外30m處設軸線位移觀測點，軸線位移觀測點和標尺外標針每兩個小時觀測一次，一旦沉降傾斜和沉降平移超過控制標準便通過改變取土方法來進行調整。

3 實施效果

泵站沉井下沉過程相當穩定，以0.4～0.5m/d的速度均勻下沉，甚至能夠做到隨意地控制沉井的傾斜和下沉的速度，與設計標高偏差最大4 cm，沉井四角高差最大3 cm，滿足規范要求。沉井下沉過程中不需要人工破樁，靠自重壓碎下沉。沉井下沉過程中周邊土體無明顯破壞，井底無涌土現象，南側地面局部土體有下沉現象，地面土體最大開裂裂隙在3 cm之內，沉井施工均取得了良好的效果。

4 結語

1）采用水泥攪拌樁處理大型沉井地基操作方便可靠，克服了在軟土地基中沉井施工常出現的涌土、傾斜、超沉等不良現象，能夠確保工程質量和施工安全。

2）同一樁身采用不同水泥摻量的攪拌樁在施工中取得了成功，沉井下沉過程中刃腳穿透壓碎的上部樁體水泥摻人量為10%；沉井下沉到位后支承刃腳的下部樁體水泥摻人量為15%能夠滿足施工要求，同時還改善了施工挖土的條件，但打樁時水泥摻量的標高控制應注意。

3）從經濟效益上講，采用攪拌樁處理沉井地基相對于其他方法來說是經濟合理的，同時該沉井挖土采用了水力沖挖下沉，節省了大量的機械費用，節約了開支，降低了成本。