粉噴樁在流塑狀淤泥中沉井地基處理中的應(yīng)用

劉小勇

（博天環(huán)境集團(tuán)股份有限公司,上海 200120）

粉噴樁在流塑狀淤泥中沉井地基處理中的應(yīng)用

劉小勇

（博天環(huán)境集團(tuán)股份有限公司,上海 200120）

以東莞市某污水處理廠為實(shí)例，介紹了飽和水條件下，地質(zhì)為淤泥層時(shí)現(xiàn)有沉井下沉施工過程中存在的突沉、沉速過快和超沉、位移及傾斜過大等現(xiàn)象，提供了一種采用水泥粉噴樁的沉井下沉施工方法。

沉井；粉噴樁；流塑狀淤泥

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.044

1 引言

污水處理廠中進(jìn)水泵房，一般埋深較深，常采用沉井結(jié)構(gòu)。沉井結(jié)構(gòu)剛度大，整體性好，相對(duì)于大開挖施工，在施工過程中沉井開挖土方少，在城市污水處理工程中應(yīng)用廣泛。由于污水處理工程的特殊性，工程施工所在地往往地質(zhì)條件較差，沉井施工時(shí)極易遇到飽和水條件下淤泥地層。淤泥地層具有承載能力差，摩擦系數(shù)小等特性。沉井施工時(shí)，易出現(xiàn)突沉、涌土、沉速過快、超沉及傾斜現(xiàn)象，不容易控制，處理不當(dāng)容易造成經(jīng)濟(jì)損失，更為工程建設(shè)埋下安全和質(zhì)量隱患。因此，選擇合理下沉施工方法和地基處理措施就顯得尤為重要。

2 工程及地質(zhì)概況

2.1 工程情況

廣東省東莞市某污水處理廠日處理量10×104t，污水處理廠中進(jìn)水泵房埋深較深，且與相臨沉砂池距離較近，擬采用沉井結(jié)構(gòu)。圓形進(jìn)水泵房，直徑為20m，埋深11m，壁厚為800m，內(nèi)隔墻厚度800mm，將進(jìn)水泵房分為2個(gè)區(qū)間。

2.2 場地地質(zhì)情況

1）耕土層：褐灰、灰黑色，濕，軟塑，含少量砂層,厚0.60～2.00m。工程力學(xué)性質(zhì)差，具高壓縮性，強(qiáng)度較低。

2）海陸交互沉積層：灰黑色，飽和，流塑，含粉細(xì)砂粒，海陸交互沉積成因,層厚4.00～13.50m。含水率W=58.8%,重度r=16.5kN/m3；本層為低強(qiáng)度、高壓縮性，工程力學(xué)性質(zhì)差，fak=50kPa,Es=2.28MPa。

3）粉質(zhì)黏土：灰白色，飽和，可塑，主要為粉黏粒組成，含較多的中細(xì)砂,層厚10.30～14.70m。含水率W=30.3%,本層中等強(qiáng)度，中高壓縮性，fak=140kPa,Es=5.0MPa。

3 方案選擇及確定

1）一般來說，沉井下沉可選用排水下沉和不排水下沉。采用不排水下沉施工，由于水浮力的作用，減少了沉井自重，對(duì)正常下沉穩(wěn)定有利，同時(shí)由于保持井內(nèi)較高水平，減少了涌土、涌砂發(fā)生的幾率。但相對(duì)于排水下沉，不排水下沉施工周期較長，對(duì)機(jī)械及施工要求較高，對(duì)于封底及底板混凝土要求高的結(jié)構(gòu)，水下封底混凝土質(zhì)量不易達(dá)到要求。綜合比較，本

工程沉井采用排水下沉方式。

2）本工程采用排水下沉方式，在沉井外側(cè)設(shè)置止水帷幕[1]。首先，止水帷幕用以阻隔沉井內(nèi)、外地下水的貫通和相互流動(dòng)，減少沉井范圍滲水。其次，止水帷幕有足夠的剛度和強(qiáng)度，能夠阻擋土體從基坑處流向基坑內(nèi)，因此減低底涌的風(fēng)險(xiǎn)。

故在沉井下沉前，在井壁外側(cè)1.5m處布置2圈直徑600mm的水泥粉噴樁。樁體相互搭接150mm，樁長16.0m，樁頂同始沉設(shè)計(jì)地面，水泥摻入量為加固土體的20%。

3）刃腳處設(shè)置下沉穩(wěn)定樁[2]：沉井壁厚800mm,設(shè)置2排粉噴樁加固軟土層。2圈水泥粉噴樁中，內(nèi)外2圈水泥粉噴樁設(shè)置相同數(shù)目的樁體，且內(nèi)圈與外圈樁體一一對(duì)應(yīng)。每圈水泥粉噴樁中，各樁體之間間距1000～2000mm，從而形成非連續(xù)、強(qiáng)度適宜的承載墻壁體，對(duì)沉井起到承托和導(dǎo)向作用,保證沉井穩(wěn)定下沉。

原土層為淤泥質(zhì)土層，容許承載力特征值為50kPa,設(shè)計(jì)粉噴樁水泥摻入量為加固土體的15%。由室內(nèi)配比試驗(yàn)，水泥土 7d的抗壓強(qiáng)度達(dá)到 1.62MPa，28 d的抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.7MPa，90d的抗壓強(qiáng)度達(dá)到6.16MPa。根據(jù)規(guī)范[3]及當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗(yàn)[4]，粉噴樁樁身強(qiáng)度折減系數(shù)可取0.25，粉噴樁樁體90d的抗壓強(qiáng)度為1.54MPa。計(jì)算樁體單樁承載力時(shí)，水泥土采用90d抗壓強(qiáng)度，確定直徑600mm的水泥粉噴樁單樁承載力為120kN,樁距取1000mm，此時(shí)下沉穩(wěn)定樁的總體承載力大于沉井自重，可滿足下沉穩(wěn)定的要求。

4）沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，沉井封底。為了保證沉井正常使用，采用粉噴樁加固噴加固地基，要求復(fù)合地基承載力特征值大于沉井正常使用期荷載。

沉井井壁內(nèi)布置水泥粉噴樁，樁直徑為500mm，樁間距為1000mm，樁長8m，樁頂標(biāo)高同沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后的刃腳底端標(biāo)高，水泥摻入量為加固土體的20%，設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力特征值大于150kPa。

粉噴樁布置見圖1。

圖1 沉井及水泥粉噴樁剖面示意圖

4 沉井下沉

下沉過程中，沉井刃腳下灰樁樁體一層，先將井壁范圍內(nèi)樁頭間隔挖斷，以使剩余樁體被沉井自重壓碎，再人工清除。這就形成了當(dāng)需要沉井下沉?xí)r，只需鑿除樁頭，沉井可憑自重克服土體摩擦力和支撐力而下沉，一旦刃腳沉至樁頭即可止沉的機(jī)理。所以下沉速度可以通過挖土深度和人工鑿除井壁范圍樁頭聯(lián)合控制，實(shí)現(xiàn)了沉井下沉速度可控，下沉姿態(tài)平穩(wěn)。

5 沉降觀測

沉井位置標(biāo)高控制是在沉井外部地面及井壁頂部4面設(shè)置縱橫十字中心控制線、水準(zhǔn)點(diǎn)。沉井垂直度的控制，是在井筒內(nèi)按4等份標(biāo)出垂直軸線，各吊線錘1個(gè)對(duì)準(zhǔn)下部標(biāo)板來控制。沉進(jìn)下沉?xí)r按勤測勤糾的原則作業(yè)，隨時(shí)觀測沉降量和垂直度，如果出現(xiàn)不均勻沉降，沉降過快等異常現(xiàn)象，立即停止下沉并采取相應(yīng)處理措施。

6 沉井封底

沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高以上0.1m，停止井內(nèi)挖土和抽水，使其靠自重下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，再經(jīng)2～3d下沉穩(wěn)定，或經(jīng)觀測在8h內(nèi)沉井自沉量累計(jì)不大于10mm時(shí)，則進(jìn)行封底[5]。采用排水法封底方式，將新老混凝土接觸面沖洗干凈，對(duì)井底進(jìn)行修整使之形成鍋形底。封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度50%后，進(jìn)行底板、內(nèi)隔墻及頂板施工，完成沉井施工。

7 結(jié)論

1)本項(xiàng)目為飽和水條件下，地質(zhì)為淤泥層時(shí)現(xiàn)有沉井下沉施工過程中存在的突沉、涌土、沉速過快和超沉、位移及傾斜過大等現(xiàn)象，提供了一種采用水泥粉噴樁的沉井下沉施工方法。

2)下沉穩(wěn)定樁的重點(diǎn)是確定合適的粉噴樁強(qiáng)度，既保證樁體總體承載力大于沉井自重，同時(shí)粉噴樁的強(qiáng)度不宜太高，以免造成沉井下沉鑿樁施工困難。根據(jù)日常施工經(jīng)驗(yàn)，樁體強(qiáng)度不超過2.0MPa，鑿樁比較容易。樁體施工前，通過不同水泥摻入量配比實(shí)驗(yàn)，確定樁體合適的抗壓強(qiáng)度。

3)本項(xiàng)目的優(yōu)勢是:在飽和水條件下地質(zhì)為淤泥層的沉井下沉過程中，沉井外側(cè)的兩排水泥粉噴樁能有效擋水，保證帷幕內(nèi)土體穩(wěn)定；刃腳處設(shè)置的水泥粉噴樁在軟土層中形成一道強(qiáng)度適宜的承載墻壁體，在沉井下沉過程中就像形成了一道可靠的導(dǎo)軌。通過分節(jié)、分部位鑿除粉噴樁樁頭來調(diào)節(jié)支撐力，準(zhǔn)確控制沉井姿態(tài)和下沉速度、深度。沉井內(nèi)的水泥粉噴樁形成的復(fù)合地基能作為沉井的穩(wěn)定地基，保證沉井正常使用。

【1】陳鈺林.污水廠沉井泵房在淤泥中的施工方法[J].施工技術(shù)，2012，（3）：137-139.

【2】孫樹林，王毅等.流塑狀淤泥中大型泵房沉井施工新法[J].中國給水排水，2000（16）：48-50.

【3】JGJ79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

【4】龔曉南.地基處理手冊[K]北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

【5】李小東，楊云龍.海淤泥層大型沉井施工[J].山西建筑，2005，31（9）：92-93.

CementM ixingPileon theFlow ModelofM iltin theApplicationoftheOpenCaisson FoundationTreatment

LIUXiao-yong
(PotenEnvironmentGroupCo.,Ltd.,Shanghai 200120，China)

Indongguan,asewage treatmentplantforexample,introduced in thispaper,undertheconditionof thesaturatedwatergeology forsiltlayerexisting in theprocessoftheopen caissonsinking constructionofheavy,heavyspeed too fastand superheavy,displacementand tilttoomuchwaitforaphenomenon,providesacementpowderspraypilesinkingofopencaissonconstructionmethods.

opencaisson；cementm ixingpile；flowmodelofsilt

TU473.2

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1007-9467（2016）07-00164-03

2016-05-19

劉小勇（1981～），男，江蘇泰州人，工程師，從事給排水結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)與研究，（電子信箱）liugong2010@163.com。