摘要：本文介紹了越南胡志明市環(huán)境衛(wèi)生工程第七標段沉井在不同地質(zhì)下沉的影響因素和所采取的方法和措施，包括井內(nèi)偏心取土、偏心壓載、止沉牛腿和觸變泥漿等。
引言
沉井作為地下構筑物的一種形式，其是在地面上分節(jié)制作，通過井內(nèi)取土，主要依靠其自重克服阻力下沉至設計標高，然后封底、澆注鋼筋混凝土底板、蓋板等工序構筑而成的。沉井的設計和施工，除要滿足荷載及結構要求外，還要考慮如何順利穿越不同土層下沉到設計標高。影響沉井下沉的主要因素有：沉井底部刃腳正面阻力；沉井側(cè)壁由于水土壓力而產(chǎn)生的摩阻力；不排水下沉中，井內(nèi)水對沉井的浮力等。沉井下沉過程中容易出現(xiàn)：不沉、突沉、傾斜、井旋轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。本文借鑒越南胡志明市環(huán)境衛(wèi)生頂管工程第七合同段施工的超深沉井NL-TN（41.8m）和普通井(16~21m)的經(jīng)驗，介紹沉井在下沉過程中的控制。
1.工程概況
越南胡志明市環(huán)境衛(wèi)生工程第七合同段大沉井總數(shù)為36座：內(nèi)徑Φ9000mm頂管工作井18座，壁厚下部700mm，上部600mm，其中NL-TN井，壁厚下部1200mm，上部1000mm；內(nèi)徑Φ7000mm頂管接收井18座，上下壁厚都為500mm，其中EASTBANK井，壁厚下部1200mm上部1000mm。
依本工程現(xiàn)場鉆探地質(zhì)情況為：
第一土層：人工回填，總特征為極松散到松散的黑色，棕色和灰色砂夾雜有碎石和碎磚。在少部分地區(qū)，是極軟到較硬棕灰色軟土。
第二土層：總特征為極軟到軟的黑灰粘土，淤質(zhì)粘土或砂性粘土，夾雜著零星有機物質(zhì)。土工試驗結果顯示，該土層的液限為14~127，平均值為71；塑性指數(shù)為4~68，平均值為36；土層天然含水量有時接近或超過液限值；土層滲透系數(shù)為2.5×10-7，可能的變化范圍為1.0×10-3~1.0×10-9。
第三土層：總特征為中硬到硬的灰褐粘土，淤質(zhì)粘土或砂性粘土，夾雜零星有機物質(zhì)。隨著深度加深，土砂含量增加。該土層的液限為13~87，平均值為37；塑性指數(shù)為3~49，平均值為20；土層平均滲透系數(shù)為4.5×10-5，可能的變化范圍為1.0×10-3~1.0×10-9。
第四土層：總體特征為松散至中密灰色、褐色或黃色淤質(zhì)砂或粘性砂。隨深度加深，粘性砂土變化為砂，這部分土層未完全穿透取樣。該土層的液限為11~46，平均值為22；塑性指數(shù)平均值為8；土層平均滲透系數(shù)為5.2×10-5，可能的變化范圍為1.0×10-3~1.0×10-7。
2.特殊土層中的下沉
2.1下沉系數(shù)計算
沉井能下沉必須滿足下公式：
式中：K1——沉井下沉系數(shù)≥1.05
G——沉井自重；
R——刃腳踏面端載力；
B——不排水下沉水對沉井的浮力；
f——摩擦系數(shù)，軟土取9.8~11.76kN/m2；
h——最大下沉深度；
L——沉井下沉井壁周長；
軟土摩擦系數(shù)取最大值來計算，一般井的自重量下沉系數(shù)可達到2.5以上，故在軟土中接高和下沉很容易發(fā)生突沉，為保證下沉的順利，擬采用每節(jié)預留足夠的高度和盡量少取土下沉來接高下一節(jié)沉井的作法防止突沉帶來的危害。
2.2回填土下沉
該工程沉井分布在運河岸兩側(cè)，其護岸下大都約有3.0m回填土，垃圾物，其地質(zhì)表現(xiàn)障礙物多，土質(zhì)松軟和不均勻，因靠近運河，地下水位較高，最淺在地表下1.0m。其下近2.0m為極其軟弱的土層，刃腳坐落在該土層在接高時很容易發(fā)生過大的下沉或突沉。
根據(jù)地質(zhì)狀況，將回填土層挖除，然后在回填一部分砂，把沉井制作及初沉標高降低，避免沉井在該土層下沉遇到地下障礙物產(chǎn)生傾斜和下節(jié)接高時的安全澆注，以保證沉井初沉的均衡下沉。
2.3極軟到軟的淤質(zhì)粘土或砂性粘土
該土層的標貫數(shù)一般在0~5左右，下沉系數(shù)在2.5以上，沉井接高和下沉時很容易發(fā)生突沉。在排水下沉階段，大多沉井下沉至3~5m時，發(fā)生突沉，普通井一次突沉量最大4.3m，地面有明顯震感，井外側(cè)地面塌陷，地面下沉最大為1.5米，波及長度最寬處5m。在這個過程中增大了井壁與土的摩擦力，減少下沉系數(shù)，減少了突沉帶來的危害，止沉牛腿還有調(diào)節(jié)沉井下沉出現(xiàn)傾斜用來糾偏的作用。
突沉的主要原因：1.土質(zhì)本身的軟弱，承載力不高，當井壁側(cè)阻力和刃腳的端承載阻力不能支撐沉井本身的重量時，2.采用不排水下沉的時候，水下的抓土難以控制，使得刃腳周圍無保護土堤或者保護土很少，在中間形成較深的“鍋底”，為發(fā)生突沉創(chuàng)造了條件。
抓斗挖土應分層自中部向四周臺階形均勻取土，分層厚度為0.5～0.8m，以保證井筒入土時有良好的導向。應始終保持刃腳周圍的0.5～1.0m寬的土堤，避免造成刃腳四周砂土不均勻流失，從而防止發(fā)生偏斜、突沉等問題的發(fā)生，保證沉井按垂直導向下沉。
2.4中硬到硬的砂性土
該土層主要特征是較硬和含砂量比重大，土的水滲透系數(shù)比較的大，沉井下沉到了該土層，距離下沉到設計標高的距離差不多就在3.0米左右，一要注意下沉的標高要滿足設計的要求，二要防止下沉過程中出現(xiàn)管涌造成周圍沉降過大危及到周圍的建筑和臨近的道路交通。因此，在下沉取土過程中，必須始終保持井內(nèi)外壓力平衡；在井筒下沉接近砂層時，往井內(nèi)灌水，保持井內(nèi)水位高出井外水位1～2m，即不排水下沉。
從地質(zhì)資料分析，個別井的地質(zhì)下沉較早的進入到砂層和透水層，為防止在下沉過程中出現(xiàn)管涌和縱沉困難，利用觸變泥漿作為沉井下沉施工的技術措施，擬通過井壁內(nèi)布置管路壓注觸變泥漿，在井壁周圍形成一層泥漿套，使沉井在下沉過程中與周圍的土體隔離，達到減小阻力，從而增加沉井的下沉系數(shù)，加快下沉的速度，也防止周圍的砂涌入井筒內(nèi)，造成周圍土體下沉。
3.沉井下沉控制
3.1下沉觀測
沉井位置的控制是在圈梁上設置十字控制樁、水準基點。下沉時，在井壁上用白色油漆刻畫出四個下沉刻度線，各吊垂球一個，對準下部標志板來控制。井的四周和附近設置8個沉降控制點，以觀測沉降，并定時用兩臺經(jīng)緯儀進行垂直偏差觀測。
挖土下沉時隨時觀測垂直度和記錄下沉數(shù)據(jù)，當垂球離墨線邊達50mm或四面標高高差超過規(guī)范時，應立即糾正。當沉至離設計標高2m時，對下沉與挖土情況應加強觀測，以防超沉。
3.2下沉速度控制
根據(jù)土質(zhì)和現(xiàn)場的實際情況，一般的土層都用履帶吊車配抓斗取土下沉。開始從中間向四周逐漸開挖，并始終均衡對稱地進行，每層挖土厚度為0.4～1.5m。當土垅擋不住刃腳的擠壓而破裂時，沉井便在自重作用下破土下沉，削土時應沿刃腳方向全面、均勻、對稱地進行，使均勻平衡下沉。
下沉中，若遇到地下障礙物、砂礫石或硬土層，當土垅削至刃腳，沉井仍不下沉或下沉不平穩(wěn)，這時用人工對稱地將刃腳下掏空，掏出障礙物，每段挖完后用砂回填，這樣可使沉井因均勻地減少承壓面而平衡下沉，以不至于發(fā)生沉井下沉的傾斜。
在沉井開始下沉和將沉至設計標高時，一定要注意下沉的速度和沉井的傾斜度，尤其在開始5m以內(nèi)下沉時，其平面位置與垂直度要特別注意保持正確，否則繼續(xù)下沉不易調(diào)整，在終沉離設計深度20cm左右應停止取土，依靠自重下沉或者加載下沉至設計標高。
3.3下沉糾偏
沉井下沉過程中，有時會出現(xiàn)傾斜、位移及旋轉(zhuǎn)等情況，應加強觀測，及時發(fā)現(xiàn)并采取相應得措施糾正，產(chǎn)生傾斜的可能原因有：
刃腳下土質(zhì)軟硬不均；
混凝土墊層未對稱破除；
沉井在下沉過程中發(fā)生不利的突沉；
下沉過程中遇到地下障礙物；
下沉挖土不均勻，使井內(nèi)泥面高低懸殊；
刃腳下掏空過多，使沉井不均勻下沉；
排水下沉，井內(nèi)一側(cè)出現(xiàn)流砂現(xiàn)象；
不排水下沉，井內(nèi)的水壓小于井外水的壓力，井內(nèi)出現(xiàn)管涌；
施工荷載對沉井一側(cè)產(chǎn)生偏壓。
對于沉井的傾斜，首先分析傾斜的原因，然后采取可行方法糾偏，若沉井下沉的深度不是很大而發(fā)生了傾斜，可采取偏心挖土，即在刃腳較高一側(cè)加強挖土并可在較低的一側(cè)回填適量砂，必要時配以井外射水、千斤頂、止沉牛腿或偏心壓載，都可使偏斜得到糾正。待其正位后，再均勻分層取土下沉。
位移產(chǎn)生的原因多由于傾斜所致，如在傾斜情況下下沉，則沉井向傾斜相反方向位移，或在傾斜糾正時，如傾斜一側(cè)土質(zhì)較松軟時，由于重力作用，有時也沿傾斜方向產(chǎn)生一定位移，因此預防位移應避免在傾斜情況下下沉。因糾正傾斜重力作用產(chǎn)生的位移，可有意向位移的一方傾斜后，使其向位移相反方向產(chǎn)生位移糾正。
3.4終沉到位
該工程沉井最大的難點是沉井的終沉，因為地質(zhì)極其復雜和分布不均勻，當沉井要下沉到設計標高時，當沉井沉到設計標高，經(jīng)2～3天，下沉已穩(wěn)定，在8h內(nèi)累計10mm時，即可進行沉井封底。
4.結束語
1）本工程由于沉井距離建筑物近，交通繁忙，地下障礙物較多，軟土層深，承載力低，摩擦系數(shù)小，硬土層含砂量大，滲透系數(shù)大等特征。在施工一個井前要充分考慮各影響因素以采取有較的技術措施，防止采取不必要的工序。
2）沉井的下沉主要還是依靠井內(nèi)挖土下沉，故在下沉過程中，下沉要連續(xù)，間隔時間不要太長，因為井外側(cè)阻力間隔時間越長越大，待要下次再次啟動下沉時，會導致井內(nèi)取土過多，耗時長，對下沉和接高都是不利的。
3）沉井下沉比較理想的下沉系數(shù)為1.3，若偏大過多，下沉極易出現(xiàn)突沉、下沉速度過快、發(fā)生傾斜和位移等難以控制的現(xiàn)象。為此采取加大預留沉井的高度、向井內(nèi)回灌水和在沉井井壁上布置止沉牛腿等技術措施，防止突沉帶來的危害起到了較好的作用。
4）排水下沉和不排水下沉應適時轉(zhuǎn)換，不排水下沉應時時保持井內(nèi)的水面標高，在砂層中若外面的水壓大于井內(nèi)的壓力很容易發(fā)生管涌以致沉井發(fā)生傾斜和地面過大的沉井。
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