CN102587401A - 饱和水条件下地质为淤泥层的沉井下沉施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明针对饱和水条件下地质为淤泥层时现有沉井下沉施工过程中存在的突沉、涌土、沉速过快和超沉、位移及倾斜过大等现象，提供了一种采用水泥粉喷桩的沉井下沉施工方法。该方法包括在沉井周围设置隔水帷幕，在沉井刃脚处布置下沉稳定桩和在沉井底部设置复合地基三种方式，保证了内土体稳定，准确控制了沉井姿态和下沉速度以及深度，使得沉井可以正常使用。
Description
技术领域
本发明涉及沉井下沉施工方法，尤其涉及一种饱和水条件下地质为淤泥层的沉井下沉施工方法。
背景技术
沉井是井筒状的结构物，它是以井内挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，再进行封底，构筑内部结构。沉井的主要构造包括刃脚、井壁、内隔墙、封底、顶板等，其中：井壁是沉井的外壁，是沉井的主要部分，它应有足够的强度，以便承受沉井下沉过程中及使用时作用的荷载；同时还要求有足够的重量，使沉井在自重作用下能顺利下沉；刃脚是井壁下端一般做成刀刃状的“刃脚”，其功用是减少下沉阻力；封底是当沉井下沉到设计标高，经过技术检验并对井底清理整平后，即可封底，以防止地下水渗入井内。
沉井下沉施工方法是修筑深基础和地下构筑物的一种施工工艺。施工时先在地面或基坑内制作开口的钢筋混凝土井身，待其达到规定强度后，在井身内部分层挖土运出，随着挖土和土面的降低，沉井井身借其自重或在其他措施协助下克服与土壁间的摩阻力和刃脚反力，不断下沉，直至设计标高就位，然后进行封底，构筑内部结构。广泛应用于桥梁、烟囱、水塔的基础、水泵房、地下油库、水池竖井等深井构筑物和盾构或顶管的工作井。
目前，在饱和水条件下地质为淤泥层中实施沉井，由于土层含水量高、承载能力差、摩擦系数小等特性，极易在沉井下沉过程中出现突沉、涌土、沉速过快和超沉、位移及倾斜过大等现象，造成下沉过程难以控制。
发明内容
本发明目的旨在解决现有沉井在下沉施工过程中存在的上述问题，而提供一种采用水泥粉喷桩解决饱和水条件下地质为淤泥层的沉井下沉施工方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种饱和水条件下地质为淤泥层的沉井下沉施工方法，包括如下步骤：
1)于沉井下沉处，在沉井井壁外侧四周1～2m处布置两圈水泥粉喷桩隔水帷幕作为稳定土体围护结构；所述水泥粉喷桩隔水帷幕的桩体相互搭接，桩底进入刃脚下方的土层内一定深度，桩顶标高同始沉设计地面；
2)于沉井下沉处，在沉井刃脚开始下沉处预先设置两圈水泥粉喷桩形成非连续的下沉稳定桩，水泥粉喷桩的桩外沿与所述沉井井壁外边线相切，桩顶标高同始沉设计地面；
3)于沉井下沉处，在沉井井壁内布置水泥粉喷桩形成沉井的复合地基，桩顶标高同沉井下沉至设计标高后的沉井封底混凝土底标高；
4)沉井下沉：沉井下沉过程中对称凿除步骤3)中所述的两圈水泥粉喷桩，保证沉井稳定下沉；
5)下沉至设计标高后，沉井封底处理，底板、内隔墙及顶板施工，完成沉井施工。
较佳的，步骤1)中，所述水泥粉喷桩隔水帷幕的桩体之间相互搭接大于等于150mm。
较佳的，步骤1)中，所述桩底位于沉井刃脚下土层内的深度为5～6m。此处所述的刃脚是指沉井下沉至设计标高后刃脚所处的位置。
较佳的，步骤1)中，所述水泥粉喷桩的桩径为500～600mm。
较佳的，步骤2)中，所述水泥粉喷桩的桩底位于沉井封底混凝土底下6～8米。
较佳的，步骤2)和步骤3)中，所述水泥粉喷桩的桩径为500～600mm，桩距为1000～1200mm。
较佳的，步骤2)中，所述两圈水泥粉喷桩的桩体总体承载力略大于沉井自重且桩体抗压强度不超过2.0MPa。
较佳的，步骤3)中，所述复合地基的承载力特征值大于沉井正常使用过程重量。
本发明的设计重点是：确定合适粉喷桩桩体强度，既保证桩体总体承载力略大于沉井自重，同时粉喷桩的强度不宜太高，以免造成沉井下沉凿桩施工困难。根据日常施工经验，桩体强度不超过2.0MPa凿桩比较容易。桩体施工前，通过不同水泥掺入量配比实验，确定桩体合适的抗压强度。
本发明的有益效果是：在饱和水条件下地质为淤泥层的沉井下沉过程中，沉井外侧的两排水泥粉喷桩能有效挡水，保证帷幕内土体稳定；刃脚处设置的水泥粉喷桩在软土层中形成一道强度适宜的承载墙壁体，在沉井下沉过程中就像形成了一道可靠导轨。通过分节，分部位凿除粉喷桩桩头来调节支撑力，准确控制沉井姿态和下沉速度、深度。沉井内的水泥粉喷桩能作为沉井的稳定地基，保证沉井正常使用。
附图说明
图1是沉井及水泥粉喷桩平面示意图。
图2是沉井及水泥粉喷桩剖面示意图。
图中：沉井1；刃脚2；凹槽3；内隔墙4；取土井5；封底混凝土6；隔水帷幕7；下沉稳定桩8；复合地基9。
具体实施方式
本发明的目的是针对饱和水条件下地质为淤泥层时现有沉井下沉施工过程中存在的突沉、涌土、沉速过快和超沉、位移及倾斜过大等现象，而提供一种采用水泥粉喷桩的沉井下沉施工方法。为此，本发明同时采用了在沉井周围设置隔水帷幕，在沉井刃脚处布置下沉稳定桩和在沉井底部设置复合地基三种方式，保证了内土体稳定，准确控制了沉井姿态和下沉速度以及深度，使得沉井可以正常使用。
本发明中所述沉井是一种井筒状的结构物，其主要构造包括井壁、用于将井壁内部竖直分隔成多个空间(取土井)的内隔墙、井壁下端呈刀刃状的刃脚、设于刃脚上方井壁内侧的凹槽以及封底和顶板等。沉井按平面形状分有圆形沉井、方形沉井、矩形沉井等；按立面形状分有柱形沉井和梯形沉井。各种沉井的具体构造和适用范围均为本领域的技术人员所熟知。在阅读了本发明所公开的原理及方法后，本领域的技术人员可以根据施工现场的实际情况及工程目的选择适合的沉井结构，在此不再赘述。
本发明中所述饱和水条件下地质为淤泥层是指淤泥层土中的孔隙全部由水填充(土的性质不同，饱和水条件下土中的含水量有所不同)。
本发明中所述于沉井下沉处是指所述沉井开始下沉及下沉到设计标高后经过的位置。本发明中所述始沉设计地面标高是指沉井开始下沉时所处地面的标高。
以下结合具体的工程案例来说明本发明的实施方式，本领域的技术人员在阅读了本发明讲授的内容之后，可以根据本发明所公开的原理和具体实施方式轻易地了解本发明的优点及功效。
应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；例如，在本发明所提供的步骤前还可以包括场地平整、铺垫木、预制沉井等常规步骤，还可以在本发明所提及步骤之间或之后进行井内设计、封顶等常规步骤。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
请参见图1和图2：图中示出的沉井为圆形沉井，由井壁1、刃脚2、凹槽3、内隔墙4及封底混凝土6组成；沉井内部由内隔墙4平均分割成两个取土井5。从图中可以看出，所述两圈水泥粉喷桩的中轴线均与所述沉井的中轴线相同，桩体大致呈圆柱形，各桩体直径为500～600mm，且内外两圈水泥粉喷桩紧邻。构成隔水帷幕7的每圈水泥粉喷桩中，各个桩体之间相互搭接，从而形成了连续紧密的隔水帷幕。构成下沉稳定桩8的两圈水泥粉喷桩中，内外两圈水泥粉喷桩设置相同数目的桩体，且内圈与外圈桩体的位置一一对应；每圈水泥粉喷桩中，各桩体之间间隔1000～1200mm，从而形成非连续的强度适宜的承载墙壁体。下沉稳定桩8不得外露于井壁1外，以免沉井下沉时水泥土挤至井壁以外，失去支撑作用。构成下沉稳定桩8的外圈水泥粉喷桩中的每个桩体均与井壁外侧内切，构成下沉稳定桩8的内圈水泥粉喷桩中的每个桩体均与井壁内侧外切。构成所述复合地基9的水泥粉喷桩于沉井井壁内部的下方均匀分布。
工程实例：
某圆形进水泵房沉井，沉井直径为20m，沉井壁厚为800mm，内隔墙厚度为800mm将沉井分为二个区间，沉井高度为11.0m，自重约为14300kN。工程所在区域地质为淤泥质土层，淤泥层厚度较大，最大厚度达到15m，地下水较丰富，淤泥含水量大于65％，施工采用自重作用力下的排水下沉。
隔水帷幕：沉井下沉前，在井壁外侧2.0m处布置二圈直径为600mm的水泥粉喷桩，桩体相互搭接150mm，桩长16m，桩顶同始沉设计地面，水泥掺入量为被加固土体的20％(重量百分含量)。
下沉稳定桩：刃脚处下沉稳定桩的初步设计：因沉井壁厚800mm，设置二排粉喷桩加固软土层。原土层为淤泥质土层，容许承载力特征值为50kPa，设计粉喷桩水泥掺入量为被加固土体的15％和20％，由室内配比试验，水泥土7d抗压强度分别达到0.78MPa、115MPa，28d抗压强度分别达到1.30MPa、2.10MPa，60d抗压强度分别达到1.60MPa、2.90MPa，90d抗压强度分别达到2.0MPa、3.40MPa。而当水泥土强度不超过2.0MPa时，凿桩比较容易，根据施工组织设计，本工程沉井下沉在下沉稳定桩制作完成2个月，计算桩体单桩承载力时，水泥土采用60d抗压强度，确定直径600mm的水泥粉喷桩单桩承载力为120kN，桩距取1000mm，此时下沉稳定桩的总体承载力略大于沉井自重，可满足下沉稳定的要求。
沉井刃脚处预先设置二圈直径为600mm的水泥粉喷桩作为下沉稳定桩，桩间距为1000mm，桩长18m，桩顶标高为始沉设计地面标高，水泥掺入量为被加固土体的15％(重量百分含量)。
复合地基：沉井井壁内布置水泥粉喷桩，桩直径为500mm，桩间距为1000mm，桩长为6m，桩顶标高同沉井下沉至设计标高后的刃脚底端标高，水泥掺入量为被加固土体的20％(重量百分含量)，设计复合地基承载力特征值大于140kPa。
沉井下沉：下沉过程中，对称凿桩(即以沉井中轴线为中心对称凿桩)，保证沉井稳定下沉。该过程中先挖出一定淤泥，再凿除一定高度的桩，如此重复进行，直到沉井下沉至设计标高。下沉至设计标高后，沉井封底处理，底板、内隔墙及顶板施工，完成沉井施工。
实际上本发明中，可在沉井井壁外侧四周1～2m处布置隔水帷幕，隔水帷幕桩底标高为沉井刃脚下5～6m。沉井刃脚处预先间距设置的下沉稳定桩，要保证沉井稳定下沉，水泥掺入量要合适，以免桩体强度太高，造成沉井下沉施工困难。本发明中所使用水泥的标号为42.5级普通硅酸盐水泥。另外，本发明中的隔水帷幕、下沉稳定桩和复合地基只要在沉井下沉前完成即可，其施工顺序不受上述先后顺序限制。
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种饱和水条件下地质为淤泥层的沉井下沉施工方法，包括如下步骤：
1)于沉井下沉处，在沉井井壁外侧四周1～2m处布置两圈水泥粉喷桩隔水帷幕作为稳定土体围护结构；所述水泥粉喷桩隔水帷幕的桩体相互搭接，桩底进入沉井刃脚下方的土层内一定深度，桩顶标高同始沉设计地面；
2)于沉井下沉处，在沉井刃脚开始下沉处预先设置两圈水泥粉喷桩形成非连续的下沉稳定桩，水泥粉喷桩的桩外沿与所述沉井井壁外边线相切，桩顶标高同始沉设计地面；
3)于沉井下沉处，在沉井井壁内布置水泥粉喷桩形成沉井的复合地基，桩顶标高同沉井下沉至设计标高后的沉井封底混凝土底标高；
4)沉井下沉：沉井下沉过程中对称凿除步骤2)中所述的两圈水泥粉喷桩，保证沉井稳定下沉；
5)下沉至设计标高后，沉井封底处理，底板、内隔墙及顶板施工，完成沉井施工。
2.如权利要求1所述的饱和水条件下地质为淤泥层的沉井下沉施工方法，其特征在于，步骤1)中，所述水泥粉喷桩隔水帷幕的桩体之间相互搭接大于等于150mm。
3.如权利要求1所述的饱和水条件下地质为淤泥层的沉井下沉施工方法，其特征在于，步骤1)中，所述桩底位于沉井刃脚下土层内的深度为5～6m。
4.如权利要求1所述的饱和水条件下地质为淤泥层的沉井下沉施工方法，其特征在于，步骤1)中，所述水泥粉喷桩的桩径为500～600mm。
5.如权利要求1所述的饱和水条件下地质为淤泥层的沉井下沉施工方法，其特征在于，步骤2)中，所述水泥粉喷桩的桩底位于沉井封底混凝土底下6-8m。
6.如权利要求1所述的饱和水条件下地质为淤泥层的沉井下沉施工方法，其特征在于，步骤2)和步骤3)中，所述水泥粉喷桩的桩径为500～600mm，桩距为1000～1200mm。
7.如权利要求1所述的饱和水条件下地质为淤泥层的沉井下沉施工方法，其特征在于，步骤2)中，所述两圈水泥粉喷桩的桩体总体承载力略大于沉井自重且桩体抗压强度不超过2.0MPa。
8.如权利要求1所述的饱和水条件下地质为淤泥层的沉井下沉施工方法，其特征在于，步骤3)中，所述复合地基的承载力特征值大于沉井正常使用过程重量。
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