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(guò)程中存在的突沉、沉速過(guò)快和超沉、位移及傾斜過(guò)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

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(kāi)挖施工，在施工過(guò)程中沉井開(kāi)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(guò)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800mm，內(nèi)隔墻厚度800mm，將進(jìn)水泵房分為2個(gè)區(qū)間。

2.2 場(chǎng)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(lái)說(shuō)，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(zhǎng)，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(zhǎng)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(zhǎng)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(cè)

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(lái)控制。沉進(jìn)下沉?xí)r按勤測(cè)勤糾的原則作業(yè)，隨時(shí)觀測(cè)沉降量和垂直度，如果出現(xiàn)不均勻沉降，沉降過(guò)快等異?，F(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(cè)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(guò)程中存在的突沉、涌土、沉速過(guò)快和超沉、位移及傾斜過(guò)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(guò)2.0MPa，鑿樁比較容易。樁體施工前，通過(guò)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(shì)是:在飽和水條件下地質(zhì)為淤泥層的沉井下沉過(guò)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(guò)程中就像形成了一道可靠的導(dǎo)軌。通過(guò)分節(jié)、分部位鑿除粉噴樁樁頭來(lái)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(shù)林，王毅等.流塑狀淤泥中大型泵房沉井施工新法[J].中國(guó)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(cè)[K]北京：中國(guó)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)

In dongguan, a sewage treatment plant for example, introduced in this paper, under the condition of the saturatedwater geologyfor silt layer existing in the process of the open caisson sinking construction of heavy, heavy speed too fast and super heavy, displacement andtilttoomuchwaitforaphenomenon,providesacementpowderspraypilesinkingofopencaissonconstructionmethods.

opencaisson；cementmixingpile；flowmodelofsilt

TU473.2

B

1007-9467（2016）08-0053-02

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.009

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。