淺談沉井施工突發土體塌陷原因及處理方案

俞立珊

(福州市水環境建設開發有限公司　福建福州　350001)

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淺談沉井施工突發土體塌陷原因及處理方案

俞立珊

(福州市水環境建設開發有限公司福建福州350001)

福州市安泰河西段通湖路至白馬河雨水管道工程7#沉井，在施工中突發地面土體塌陷。參建方通過現場施工現狀及地質勘查資料，詳細分析了其土體塌陷產生的原因，并針對該狀況制定了采用小型灌注樁(即樹根樁)+高壓旋噴樁技術加固方案對該沉井傾斜的一側地面進行土體加固，然后再進行沉井后續下沉糾偏工作，收到了良好的效果。

沉井下沉；土體塌陷；加固措施；沉井糾偏

0　引言

沉井是修建深基礎和地下建筑物的主要基礎類型，由于具有剛度大，承載力高，抗滲，耐久性好，且施工方便、工期短等特點，廣泛應用于工程實踐，如市政工程中給、排水泵房等，但沉井施工工藝較為復雜，技術要求高，在不同的地質、水文條件及施工工藝水平等因素影響下，施工過程中經常會產生一些狀況，如沉井地面突發土體塌陷。因此探討塌陷原因及處理方案具有較大的工程實踐意義和指導價值。本文以福州市安泰河西段通湖路至白馬河雨水管道工程。7#沉井地面突發土體塌陷的工程為例，結合施工現場及工程水文地質資料，對土體塌陷的原因進行了系統分析，并介紹了相應的處理方案，同時提出了沉井施工過程中防止地面土體塌陷的一些建議。

1　工程實例

1.1工程概況

安泰河是福州的一條內河，是三坊七巷和朱紫坊的重要組成部分，承載著深厚的歷史文化內涵。為進一步打造和提升三坊七巷歷史文化街區，展示福州的個性與魅力，福州相關部門規劃在通湖路至道山路段新建長1km多的雨水管道，并在沿線設置8個沉井，通過頂管施工技術將安泰河西段沿線的雨水收集提升后排入白馬河，進一步保證安泰河水質、優化內河景觀。

安泰河西段通湖路至白馬河雨水管道工程，其中7#沉井位于白馬北路邊上，道山西路與柳河路之間，施工現場平面示意圖如圖1所示。該沉井規格為16m×10m，沉井深度15.0m，井壁厚1 000mm；地面標高+7.30m，管內底標高(羅零標高)為-0.754m。該沉井在施工中突發地面土體塌陷，鑒于該情況，通過現場施工現狀及地質勘查資料，詳細分析了土體塌陷產生的原因，并針對該狀況制定了土體加固方案，保障該沉井繼續施工，為之后的頂管施工創造作業條件。

1.2場地的地質、水文條件

根據地質勘查報告，施工場地位于福州市鼓樓區道山路地段，場地地貌屬山麓斜坡堆積地貌。巖土層主要由雜填土、粘土、淤泥質土、粘土、殘積砂質粘性土和砂土狀強風化花崗巖等組成。各土層的主要物理力學性質指標如表1所示。

地下水初見水位埋深約0.60～2.50m，混合穩定水位的埋設在0.60～2.50m之間(羅零標高5.55～8.38m)。地下水主要包括雜填土層中的上層滯水，殘積砂質粘性土和砂土狀強風化花崗巖中的孔隙潛水，屬弱透水含水層，地下水水量較少。地下水受大氣降水及沿線居民生活用水入滲影響。近3～5年最高地下水位高程為6.00～8.40m，歷史最高洪水位標高為8.22m(羅零高程，閩江歷年最高水位)。

表1　土層的主要物理力學性質指標

2　沉井突發土方塌陷

7#沉井在下沉至第12m時，其北側即靠道山西路那側井壁外側地面發生塌陷，并且整個井體往北側傾斜。經過實測，沉井南側墻體高程比北側墻體高400mm，如圖2所示。為保障施工安全和防止地面的進一步塌陷，現場由施工單位臨時在沉井井壁里側施打一排鋼板樁進行臨時防護，如圖3所示。

沉井內側臨時鋼板樁加固完畢后，現場施工人員按照常規沉井下沉作業方法，繼續在沉井內開挖下沉并擇時進行沉井糾偏，但現場隨即出現另外一個問題：沉井里面開挖多少土方，沉井外面地面就向下塌多少土方。考慮位于該沉井北側10m左右有一橋臺，沉井如果繼續下沉，造成的土方塌陷勢必會影響到該橋臺及橋梁安全，施工單位暫停沉井下沉施工，并將該情況報告給勘查、設計、監理、建設等各參與單位。

3　沉井突發土體塌陷原因分析

3.1現場施工工藝分析

經了解，施工單位在沉井施工前已完成沉井施工專項施工方案的編制工作，并經監理單位審核確認后，進場施工。專項施工方案比較完整，審批手續完善。施工期間監理單位嚴格督促施工單位按照該專項方案進行施工，并對鄰近道路、房屋、地面沉降等進行觀測。該沉井下沉至12m時，沉井北側即靠道山西路那側井壁外側地面發生塌陷，屬于突發現象，現場施工工藝符合規范及設計要求。

3.2水文、地質情況分析

據地質勘查報告，該處地段地下水主要包括雜填土層中的上層滯水，殘積砂質粘性土和砂土狀強風化花崗巖中的孔隙潛水，屬弱透水含水層，地下水水量較少。

經調取由勘查單位提供的臨近該處的原地質勘查報告(注：原設計方案此處為5#沉井，直徑12m，井底埋深為10m，對應的鉆孔編號為ZK19)，該處沉井位于白馬河公園內，由于占道審批手續繁瑣且時間較長，勘查單位為配合建設工期要求，在原設計沉井的邊緣、無苗木的位置布置ZK19鉆孔，并完成該孔的鉆探，地質剖面圖見圖4。ZK19揭示的地層情況為：0～2.3m雜填土，2.3～11.7m粘土，11.7～14.6m殘積砂質粘性土。

因設計單位將整個工程方案進行優化設計，該處沉井方案已調整為7#沉井，16×10m矩形沉井，井底埋深為15m，平面位置向白馬河移動了約10m，因優化設計前后兩處沉井位置變動距離小，考慮地質情況不會有較大變動，設計單位還是按原先的地質勘查報告進行該處沉井設計。

鑒于實際施工中，現場該處沉井北側出現的狀況，初步探明該處實際地質狀況與勘查單位提供的地質報告不符。為此，建設單位委托原勘查單位對該處地質進行了補勘工作，在7#沉井的4個角點布置ZK1、ZK2、ZK4、ZK5孔；另據施工現場反饋，在7#成井北側疑存在空洞，另補設ZK3鉆孔，鉆探時受場地條件限制，鉆孔略作移位施工，如圖5所示。

補勘的地質情況為：ZK4地層：0～3.7m雜填土，3.7～10.6m粘土，10.6～18.8m殘積砂質粘性土，該孔與原ZK19孔距離約11m，地層相符。其余4孔均揭示了2.1～3.1m厚的淤泥或淤泥質圖層，補勘剖面圖,如圖6、圖7所示。

3.3土方塌陷原因分析

結合現場施工情況、水文情況以及補勘的地質資料，7#沉井下沉突發土體塌陷的原因可以明確：補勘的ZK4地層與原ZK19地層相符外，沉井四周的新補勘的鉆孔ZK1、ZK2、ZK3、ZK5孔均揭示此處沉井下方有2.1～3.1m的淤泥或淤泥質土層，地質情況發生變化。沉井在開挖下沉過程中，淤泥質土滑溜到沉井內，導致沉井北側地面突發土體塌陷。

4　處理方案——沉井外側土體加固

4.1土體加固方案

根據7#沉井現場已經發生的實際情況，并依據補勘的地質資料，經參建各方充分討論研究決定：采用簡易工法樁或鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁的加固方案對該沉井傾斜的一側地面進行土體加固，加固后再進行沉井后續施工。考慮到工期及現場施工條件，在沉井北側和東西兩側采用小型灌注樁(即樹根樁)+高壓旋噴樁對土體進行加固，現場試驗確定可行有效，并經參建各方認可。

鑒于沉井北側目前處于一定程度的傾斜塌陷狀態，因此場地需先平整后再打樁，并在土體加固實施過程中，加強對井體、道路、駁岸以及周邊建筑物的監測，待樁體達到要求強度后，再繼續實施沉井下沉和沉井糾偏工作。樹根樁+高壓旋噴樁平面布置及旋噴樁剖面圖如圖8所示，樹根樁配筋圖如圖9所示。

4.2土體加固方法

(1)采用Φ400@400樹根樁+高壓旋噴樁加固，并設置500×400的鋼筋砼冠梁。

(2)主要材料

①混凝土：采用42.5R普通硅酸鹽水泥，添加0.08%三乙醇胺和0.5%氯化鈉(與水泥重量比)外摻劑。混凝土強度：冠梁：強度等級C30；主體結構：強度等級C30，抗滲強度等級0.6MPa；樹根樁：強度等級C30；墊層：強度等級C15；

②鋼筋：采用Ⅰ級鋼和Ⅲ級鋼，主筋凈保護層厚度：除樹根樁為20mm，其余均為30mm。

(3)樹根樁+高壓旋噴樁施工技術要求[1]

①樹根樁施工中執行《建筑地基處理技術規范》，認真做好清底工作，嚴格控制樁的垂直精度，在澆筑帽梁前鑿除樁頂疏軟部分混凝土，樁內主筋伸入帽梁長度為35d。

②高壓旋噴樁在注漿后28d，加固體靜力觸探比貫入阻Ps≥1.4MPa，滲透參數≤1×10-7cm/s。

(4)施工工藝

①高壓旋噴樁工藝參數符合表2規定，施工中嚴格按照標中規定參數來控制泥漿的質量。

表2　高壓旋噴樁工藝參數

②鉆機成孔采用天然泥漿護壁。

③灌注施工時，為防止相鄰樁孔移位和竄孔，采取間隔施工。

④樁長采取平面圖標注長度及以進入全風化花崗巖1.0m雙控。

4.2檢測及驗收

(1)土體加固施工完成后，經勘查、設計、施工、監理、業主單位人員到場檢測、驗收確認，樁孔達到設計要求的持力層。

(2)每3～6根樁留置一組試塊，經過抗壓強度檢測，樁身強度均符合設計要求。

(3)采用動測法檢驗樁身質量，經過檢測，符合要求。

(4)旋噴樁防滲效果，按照規范要求，經過壓水試驗，檢測合格。

5　沉井下沉、糾偏、封底

(1)樹根樁+高壓旋噴樁施工完成并檢測合格后，即可對沉井進行后續施工。

(2)根據該處沉井存在的情況，后續沉井下沉取土分兩部分取土，把井內分割成兩個三角形，先在三角形Ⅰ的A角往B、C方向取土，取土過程沉井產生些許下沉，待穩定后繼續挖至刃腳以下，再挖三角形Ⅱ，把沉井慢慢糾正回來，如圖10所示。

(3)根據該處沉井的實際傾斜情況，該處沉井采用偏心壓重法進行糾偏[2,3]，在沉井較高一側(即南側)加偏心壓重，并同時在較高一側多挖土，使沉井逐漸下沉恢復水平后，再進行均勻挖土，使沉井順利下沉，如圖11所示。

(4)沉井挖土下沉采用機械配合人工挖土，用一臺25t汽車吊吊運出土。由于場地限制，挖土施工存在困難，綜合考慮挖土、吊運的施工能力，沉井下沉速度控制為1m/24h。在坑邊堆放棄土、材料和移動施工機械時，與坑邊保持一定的距離，距坑邊3m以外，堆放高度不超過1.5m[4]。

(5)在沉井沉至設計標高1.0m以上時，適當減少下沉速度，特別是刃腳下掏土的速度，防止突沉或超沉事故產生。周邊開挖深度小于10cm，避免發生傾斜，保持正確的平面位置與垂直度，在離設計深度20cm 左右停止取土，依靠自重下沉至設計標高[4]。

(6)沉井挖土時隨時觀測垂直度，下沉過程中，每班至少觀測兩次，并在每次下沉后進行檢查，做好記錄，發現傾斜、位移、扭轉時，及時進行糾正操作，使偏差控制在允許范圍以內。沉井在下沉過程中，最大沉降差均控制在250mm以內[4]。當沉至離設計標高2m時，對下沉與挖土情況加強觀測，以防超沉。

(7)當沉井沉到設計標高，經2～3d ，下沉穩定，經過檢測，8h內累計沉降量<10mm[4]，經勘查、設計、監理、建設單位人員驗槽并符合要求后，對該處沉井進行封底施工。本沉井既作為頂管工作井，日后又

是作為提升泵井使用，對封底質量要求嚴格，不允許出現滲漏，鑒于實際施工中涌水量不大，井底土質較密實，采取排水封底施工方法進行封底[5]。

6　結語

本文詳細論述了沉井在施工過程中突發土體塌陷及導致沉井傾斜的具體情況，并根據施工現場情況，結合地質勘查報告，對其原因進行了綜合探討分析;研究制定了土體加固措施，后續再進行沉井下沉施工及糾偏工作。現已全部完成施工，并順利進行頂管作業，取得較好的效果，可以為類似工程提供施工經驗和借鑒。

汲取該沉井施工產生地面土體塌陷的經驗教訓，為避免今后沉井施工過程中發生地面土體塌陷，筆者提出以下3點建議：

(1)設計、勘查單位在對原設計方案進行優化調整時，應重新核對原地質勘查報告，按實際情況需要，重新展開地質勘查或補充地質勘查，為結構設計提供翔實準確的地質資料，為工程實施方案制定提供可靠依據。

(2)施工單位在施工前應仔細查看并熟悉工程地質勘查報告，在施工中應進行現場地層檢驗，如發現實際地質情況與勘查資料不符時，應及時報請勘查、設計、監理、建設單位，共同研究解決辦法。

(3)施工過程中，監理單位應督促施工單位嚴格按照設計及規范要求，加強對臨近建筑物、道路、地面沉降等進行觀測，形成書面記錄，并做好安全防范和應急措施，如有異常，及時處理，并及時報請勘查、設計、監理、建設單位，共同研究解決辦法。

[1]JGJ 79—2012 建筑地基處理技術規范[S].

[2]何江華，冉紀海，桑寶巖，等.沉井施工中常見問題及解決方法[J].施工技術， 2005(S1)：354-356.

[3]吳紅兵. 軟土地層中沉井施工糾偏調平技術探討[C].中國土木工程學會隧道及地下工程學會年會.1996.

[4]GB50141-2008 給水排水構筑物工程施工及驗收規范[S].

[5]梁澤洋.排水沉井施工方法探討[J].山西建筑， 2003，29(3)：99-100.

On the Causes and Treatment of Sudden Collapse of Open Caisson Construction Soil

YULishan

(Fuzhou water environment construction & development Co.,Ltd,Fuzhou 350001)

From Tonghu Road, which is in the west section of Antai River, to rain pipeline engineering of Baima River——7# open caisson occurred sudden collapse of ground soil in construction.During the construction, based on the site construction status and geological prospecting data, we analyzed the reasons for the collapse of the soil in detail.In view of this situation, we established reinforcing measures of adopting Filling Pile & High Pressure Jet Grouting Pile Technology to strengthen the inclined side of the open caisson’s ground soil.After this, we did the deviation rectification work of the subsequent open caisson sinking.This method had received a good effect.

Open caissons descending； Soil collapse；Strengthening measures；Deviation rectification of open caisson

俞立珊(1982.04-)，男，工程師。

E-mail:lishan0415@163.com

2016-03-25

TU992.2

A

1004-6135(2016)06-0117-06