沉井在淤泥土中的下沉措施

夏日润雨 2025-01-27 04:54:52

当沉井布置在深厚软土层时,由于软土层承载力低,含水量大,抗剪强度低,沉井在下沉的过程中,极易产生突沉、偏沉滑移、井内涌水涌泥和超沉不止,沉井下沉速度和方向难以控制等问题,因此研究淤泥质土层中沉井下沉控制方法是非常有必要的。

沉井下沉过程通常分为三个阶段:

1)初沉阶段:即下沉深度2m 内,为使沉井形成稳定准确的轨迹,此时应以慢沉为主,速率控制在0.5m/d。

2) 中沉阶段:即在初沉深度以下距设计标高2m前范围, 速率可加快, 控制在1m/d 范围内。

3)终沉阶段:即距设计标高2m时,此时应减慢下沉速度,控制在0.2m/d,以纠偏为主,做到有偏必纠;严格控制底梁、隔墙下取土,锅底挖深应减小。

沉井下沉控制贯穿以上三个阶段,通常做法主要是通过控制井内取土,使沉井下沉速率保持在一定的范围内,从而保证下沉偏差符合设计及规范要求。

在人工挖土下沉过程中,技术人员利用经纬仪及水准仪每天分四个时间段对沉井的下沉进行监测、控制,仪器主要用于沉井的外侧,根据已有中心轴线及标高控制线对沉井的偏移、扭位、倾斜及下沉高度进行控制,在沉井的内侧采用线锤控制与中心轴线是否重合,一旦沉井下沉出现偏移、扭位、倾斜、下沉过慢、下沉过快、突沉、超沉等情况,应及时采取措施。

安排相应的施工人员在井筒内开始人工挖土,挖出土方利用塔吊或其他垂直运输设备运出,沉井挖土从中间开始分层呈碗状形向四周均衡对称进行,使沉井能均匀竖直下沉,每层挖土厚度控制在500mm。当挖至井壁刃脚1.5m处,应每人负责2~3m 段,沿四周同时分层逐渐往刃脚方向全面对称均匀地削薄土层,每层应削50~100mm,不得超挖,以保证刃脚下面承压面积逐渐减少,直至土体挡不住刃脚的挤压而破碎,沉并便会在自重作用下破土下沉。

挖土按照从中央至四边对称均匀的原则进行。沉井中央部位可挖深些,刃脚周围必须分层开挖,每层挖土厚400mm 左右。沿刃脚周围保留500~1500mm 宽土堤( 开始下沉时宽一些,以后可窄一些)。然后再沿井壁,每2~3m 一段间隔向刃脚方向逐层、全面、对称、均匀的削薄土层,每次削100mm左右。当土层经不住刃脚的挤压而破裂,沉井便在自重作用下均匀垂直挤土下沉,而不产生过大倾斜。当沉井刃脚以内土层挖完后,沉井仍不下沉时,分段对称挖空刃脚下土层,直至沉井下沉。如为砂砾石或硬土层,当土垅削至刃脚,沉井仍不下沉或下沉不平稳,则须按平面布置分段的次序,逐段对称地将刃脚下掏空,并挖出刃脚外壁100mm,每段挖完后用小卵石填塞夯实,待全部掏空回填后,再分层分段挖刷掉回填的小卵石,可使沉井因均匀地减少承压面而平稳下沉。

人工挖土下沉应根据机械运输量合理配置人数,现场配备塔吊作为主要运输机械时,必须安排塔吊指挥,以确保施工安全,使塔吊运土与挖土下沉配合达到最佳效果。挖土下沉的总原则是使沉井在沉降中的正面阻力均匀和对称,根据不同土质挖土顺序一般为:流沙层只挖中间,不挖周边;粘土层从中间向四周均匀对称分区挖;土质软硬不均时,先挖较硬一侧,后挖较软一侧,如受地下水影响偏斜时,先挖背水方向,后挖来水方向。在沉井刚开始下沉和将沉至设计标高时,周边开挖深度应小于300mm,避免发生倾斜。尤其在刚开始下沉3m 深以内时,其平面位置与垂直度要特别注意保持正确,否则下沉过深后,倾斜位移不易调整。

在下沉至离设计标高200mm 左右应停止取土,依靠自重下沉至设计标高。沉井下沉过程中需注意以下几点:

1)一定要避免无规则挖土,以免导致沉井倾斜和位移,影响进度和质量。

2)尤其是刚开始3m 内沉井下沉,沉井极易倾斜,要特别注意保持平面位置和垂直度的正确。

3)沉井中央“锅底”不宜挖的太深,刃脚部位挖土不宜太快,以防沉井突沉伤人,尤其是沉井刚开始下沉阶段,下沉系数较大,沉井中央不宜挖成锅底,刃脚部位不挖土,沉井也能靠自重挤土下沉。

4)若同层土土质不同时,先挖土质较硬的一侧,后挖土质较软的一侧。

5)沉井下沉过程中,除对其沉降量、标高、轴线等进行观测外,还应仔细观测井壁有无裂纹的发生,便于及时分析原因采取对策。

6)无特殊原因,沉井应连续不间断下沉,如必须停沉,也应尽量减少停沉时间。

深厚软土中沉井下沉控制方法除了需要遵循以上挖土方法外,还可以采取如下一些地基加固的辅助措施,控制沉井下沉速度和方向,减少沉井产生突沉、偏沉滑移、井内涌水涌泥和超沉不止等问题的风险,同时也要预防下沉缓慢的现象发生。

沉井地基处理需满足“稳得住、下得去”两个原则:

“稳得住”指的是地基承载力满足沉井接高稳定性,且不均匀沉降可控,可保证下沉期间沉井平稳下沉。

“下得去”指应避免处理后的地基承载力过高,防止沉井下沉困难,若沉井下沉受阻,施工中则增加沉井底部支撑的开挖面积,导致沉井悬空跨度增大,对沉井结构安全控制不利。

大型沉井基础首次接高需要地基有足够的承载力和稳定性,需要根据沉井首次接高荷载确定地基处理方案。

常用的地基处理方法有:压密注浆法、水泥搅拌桩加固、砂桩加固等。

(1)采用压密注浆法加固软土地基

压密注浆(也称灌浆)技术最先由美国人格拉夫(Graf)于1969 年提出,它是用特制的高压泵将极稠的低流动性的浆液注入到预定土层的注浆技术,注浆过程中浆液不进入土体的孔隙,而是形成一个各向同性的整体,能够产生可控制的位移量以置换并挤密周围松散或软弱土层,或有效地上抬发生沉降的构筑物。

压密注浆法具有施工方便、施工效率高、施工质量易于控制、浆液不污染周围土体和经济性较好等优点,但当大型复杂顶管井沉井位于淤泥质土层中时,采用压密注浆法加固地基,施工困难,压密注浆范围和深度很难满足设计要求,同时工程造价相对较高。对深厚软土层采用压密注浆进行加固,从而形成水泥土复合地基,以提高该层土的力学强度和变形模量,控制沉井下沉速度和下沉深度,避免沉井超沉及不均匀沉降造成建筑物破坏,同时又可以满足沉井基底的承载力要求。

(2)采用复合地基法加固软土地基

复合地基处理方案就是采用高压旋喷桩或者水泥搅拌桩对软土地基进行大面积地基处理,主要是采用高压旋喷桩或者水泥搅拌桩对软土地基进行置换并挤密周围松散或软弱土层,控制沉井下沉施工稳定。

复合地基法施工方便,但当大型复杂顶管井沉井位于淤泥质土层中时,采用复合地基法加固地基,复合地基处理深度很难满足设计要求,由于需要大面积的置换沉井软土地基,因此工程造价很高。对深厚软土层采用复合地基法进行加固,从而形成水泥土复合地基,以提高深厚软土层的力学强度和变形模量,控制沉井下沉速度和下沉深度,加固顶管井地基,满足顶管井基底承载力使用要求。

(3)在沉井刃脚下预打粉喷桩加固软土地基

采用在沉井刃脚下预打粉喷桩,加固沉井刃脚下软土,形成联排桩式的地下连续墙,对于沉井井壁形成具有一定强度的承拖和支撑墙体,使沉井在连打粉喷桩形成的水泥连续墙的承托下下沉,将沉井在软土层中下沉的过程成为一个可控的工艺。

粉喷桩加固软土地基方法多样、工艺简便、成本相对较低,但当大型复杂顶管井沉井位于淤泥质土层中时,采用粉喷桩加固沉井刃脚下软土地基,存在一定的施工困难,加固深度较深,工程造价相对较高。粉喷桩加固沉井刃脚下软土地基施工时应注意以下几点:

①位置要准确,桩外沿与井壁外边线相切,不得外露,以免沉井下沉时水泥土挤至井壁以外,失去支撑作用。

②桩底应深入沉井刃脚设计标高以下6m。

③外圈桩底刃脚下以及桩顶1.0m 范围喷水泥量10%(按桩体重量计),其余桩身7%。

④内圈桩喷水泥量均为10%。

⑤内外两排桩间距100mm,以保证开挖内侧桩体时不伤及外侧桩。

(4)在沉井刃脚下施打水泥搅拌桩加固软土地基

沉井下沉至设计标高,刃脚底面之下土层仍为淤泥,由于淤泥土承载能力远远不够,将会下沉不止,无法进行封底。若采取刃脚下预打水泥搅拌桩地下连续墙,能够使沉井刃脚底面下沉至设计标高时,落在水泥搅拌桩顶面上,解决了控制沉井下沉深度问题。当需要沉井下沉时,只需凿除桩头,沉井可凭自重克服土体的摩擦力和支撑力而下沉,一旦刃脚沉至桩头即可止沉。

建议在沉井即将到达设计标高 (以相差 500~700mm为宜) 时,预先在设计标高处将桩凿断,即可控制沉井准确就位、止沉。在沉井刃脚下预先施打两排水泥搅拌桩,外圈桩止淤,内圈桩承重,在软土层中形成一道强度适宜的连续承载墙壁体,在沉井下沉过程中就像形成了一道可靠导轨。通过分节,分部位凿除搅拌桩桩头来调节支撑力,准确控制沉井姿态和下沉速度、深度。

水泥搅拌桩加固软土地基方法多样、成本较低,但当大型复杂顶管井沉井位于淤泥质土层中时,采用水泥搅拌桩加固沉井刃脚下软土地基,存在一定的施工困难,水泥搅拌桩的布置要合理,参数设计要适当,否则将不能达到控制下沉的目的,反而增加下沉难度。

同样我们可以在沉井刃脚下施打高压旋喷桩加固软土地基,高压旋喷桩施工较水泥搅拌桩简单,质量更易于控制,但是工程造价将比水泥搅拌桩高出许多。因此我们不推荐纯粹为了控制沉井下沉而在刃脚下施打高压旋喷桩这种方案,可以采用水泥搅拌桩和高压旋喷桩的组合方式来控制沉井下沉速度和预防井内涌水涌泥等问题。

(5)砂桩(★★★★★推荐)

先完成砂垫层,再通过平板荷载试验测试承载力是否满足相关要求,,承载力达到相关要求后方可进行砂桩施工。需要在垫层周围分别设置截水和排水沟凭借水泵将河水向外抽,最终达到强排水的目的。

1. 施工准备

1)准备场地机械。完成换填工作后,立即清理现场,测量放样。配置人员和砂桩机完成就位后,立即对机械设备的各项性能及指标进行检查

2)检验材料。所有砂料进场之前必须根据相关指标对生产批次、数量进行检查,保证砂料含泥量以及级配符合要求。

3)工艺试验试桩。在正式施工之前需要进行成桩工艺试验,该试验通常在砂桩施工场地完成。

2. 测量放样

在开始施工前,需要凭借全站仪对砂桩的控制点进行测量,并以埋石作为标记,通过复测保证控制点设置合格,为了保证桩位精准,需要用钢尺和测线对其位置进行严格布设保证一桩一签控制桩孔中心移位偏差不超过50mm4.2.3钻机就位。

钻机完成就位后,对桩机进行调平和对中,保证桩基的垂直度确保钻杆和桩位一直,控制偏差不超过10mm,控制钻孔的垂直度误差不超过 03%;在钻孔施工之前,需要对空压机和泥浆泵进行适当调整;为了确保孔底标高达到设计要求,对钻杆长度进行校验,并用红油漆在钻塔旁进行标注。

3. 沉管下沉

启动桩锤电机,振动状态下的桩锤会将桩管向下捶打至设计深度。桩管完成下沉入十后,为了保证沉入深度可达到设计桩长,需严格控制沉人深度。桩管在进行下沉的过程中,为了避免桩管发生偏斜,必须保证桩管和导管处于平行状态。

4. 桩管灌砂

桩管下插到设计标高时,开始进行上料,在上料的过程中,必须严格控制灌砂量,灌入量为设计灌砂量的 1.4 倍直到桩管灌满。

5. 管口冲水、振密

采用冲水的方法将沉砂去除,在向管内进行填砂的同时为了方便砂可以顺利排出管外,需要向管内冲水。管即将拔出地面,方可停止冲水。

6. 振动拨管及投料

桩管完成第一次提升后,桩端的合叶处于自动打开的状态,这样桩管内的砂料会因为自身重力的作用流人孔内。启动管前需要留振1min提升桩管的同时打开桩基振动锤控制桩管提升速度在1m/min。在完成0-5m的提升高度后,需要20s的振动挤压直到桩管难以下沉,这样反复进行升降桩管直到地基已经完全被灌砂充满。

7. 沉管拔出孔口

将沉管拔出后,如果发现桩体内还有空余部分,并没有完全充满灌砂,需凭借人工的方式向孔内投料。在边投砂的同时,边向管内冲水,标高根据振捣棒的振捣密度而定。为保证桩身的均匀性和连续性,需要根据试桩工艺适当调整灌砂量和留振时间。完成一个桩管的灌砂工作后,开始下一体的灌砂施工。

8. 砂垫层填筑

将砂垫层表面的杂物和淤泥清理干净,开始上层砂垫层的填筑工作。上层砂垫层的厚度为1m填筑工作分2层进行。每一层的填筑高度为0.5m。分层进行洒水和压实。将砂垫层的表面整理平整,最高位置和最低位置的高差不能超过10cm方可准备沉井施工。

当沉井底板置于软土层上时,地基承载力不满足设计承载力要求,地基沉降超过规范允许范围,因此需要采用地基处理措施。

在软土地基上采用地基处理措施,主要分为两大类,一类是采用复合地基处理法,另一类是刚性桩基处理方法。

复合地基处理法主要包括压密注浆、水泥搅拌桩、高压旋喷桩等地基处理方法;

刚性桩地基处理主要包括钻孔灌注桩、钢管桩和高强预应力管桩等地基处理方法。同时也可以将多种地基处理方法结合起来使用。

1. 压密注浆加固是将水泥浆或其他化学浆液注入地基土层中,增强土颗粒间的联结,使土体强度提高、变形减少、渗透性降低的地基处理方法。注浆加固适用于建筑地基的局部加固处理,适用于砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基加固,加固材料可选用水泥浆液、硅化浆液和碱液等固化剂。但是在很多情况下,由于土层和土性的关系,其加固效果常不为人们所控制,尤其是在沉积的分层地基和夹层多的地基中,注入剂往往沿着层面流动,在细颗粒的土中,注入剂难以渗透到颗粒的孔隙中,因此,对于淤泥和淤泥质土经常出现加固效果不明显的情况。

2. 水泥搅拌桩是用于加固饱和软粘土地基的一种方法,它是利用水泥作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂(浆液状)强制搅拌,利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理-化学反应,使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。根据国内工程经验和国内搅拌桩设备参数,单轴或双轴水泥土搅拌桩适用于黏性土、淤泥和淤泥质土、素填土等地基,加固深度不宜超过15m;三轴水泥土搅拌桩适用于黏性土、淤泥和淤泥质土、素填土、粉土和砂土等地基,加固深度不宜超过25m。

3. 高压旋喷桩复合地基是通过钻杆的旋转、提升,高压水泥浆由水平方向的喷嘴喷出,形成喷射流,以此切割土体并与土拌合形成水泥土竖向增强体的复合地基。高压旋喷桩克服了上述两种加固方案的缺点,其加固处理深度也不能够满足20m深厚软土层要求。

这个时候可以请他大哥MJS来帮忙。

MJS工法(Metro Jet System)在传统高压喷射注浆工艺的基础上,采用了独特的多孔管和前段造成装置,实现了孔内强制排浆和地内压力监测,通过调整强制排浆量控制地内压力能有效控制由于喷射搅拌而产生的地表变形,大幅度减少对周边环境的影响。

他成桩直径较大(2000mm~3000mm),成桩质量较好,可做成任意角度的改良(90°到360°),施工深度可达60m。

MJS将注入剂形成高压喷射流,借助高压喷射流的切削和混合,使硬化剂和土体混合,达到改了土质的目的。虽然MJS能够克服上述土层不利因素,但是其造价高,在大型沉井地基处理中大面积应用会增加工程成本,增加投资。

4. 刚性桩地基处理主要包括钻孔灌注桩、钢管桩和高强预应力管桩等地基处理方法,钻孔灌注桩和钢管桩造价较高,因此一般主要采用高强预应力管桩进行地基处理研究。采用管桩方案虽然造价较低,但沉井施工前,先施工完高强预应力管桩,再进行沉井下沉施工,在沉井下沉过程中,要采取有效的措施对管桩进行有效保护,防止管桩发生倾斜、断桩和浮桩等现象。

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旭升份

旭升份

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2025-01-30 16:38

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夏日润雨

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