软土地基上沉井工程的设计和施工史西华、 陈友良、 邱镜潭 ( 厦门中联建设工程有限公司 361012) 摘 要 通过工程实践, 介绍在新近海相沉积的软土地基上沉井工程的施工经验。 关键词 软土地基 沉井施工1 概述湖中路污水泵站, 是本市污水处理工程的配套项目之一。 坐 落在员当湖南岸, 湖中路西侧, 紧邻嘉禾公园。泵站工程主要由污水提升泵井、 配电值班室、 10# 排洪沟闸门井等部分组成( 图 1)其中污水提升泵井是中间带隔板的矩形井筒( 长宽高=9. 08m 7. 40m 8. 78m), 埋 深 7. 5m( 相当 于黄 海 高程 - 6. 88m) 。由中国西南市政工程设计院承担设计工作。图 1 平面位置原设计施工图是在完成基坑开挖后, 再进行浇筑钢筋混凝土井筒。 开挖深度达7. 5m, 又处于新近沉积的软粘土区域(W= 0. 72、C= 6kPa?= 0- 1 ) 。在执行施工时, 必需要进行边坡支护, 同时还要疏干地下水才能作业。工作所在地距员当湖岸 20m, 离 10# 排洪沟只有 4. 5m(由于位于排洪沟的出口, 沟中水位与湖面水位相同) 。 动水力的作用、 渗透水流压头的积聚, 都可 能诱发坑底或坡角发生涌土、 流土的现象, 从而导致基坑边坡的失稳。 并波及到湖中路西侧路肩下市政管线的安全( 此中有一条 ?300 的燃气管线经过), 酿成重大事故。施工难度很大, 随时有 险情发生, 同时工程费用相对也较大。基于上述情况的分析, 工程虽小, 但施工难度和风险很大。 为确保城市安全、 节省工程费、 方便施工, 公司领导多次组织技术人员论证, 请教岩土工程专家, 达成共识, 拟就采用在不疏干 的条件下取土, 调节井筒内外水位差, 以保证周边软土层稳定的收稿日期: 2000- 10- 23钢筋混凝土沉井工艺方案施工。 征得设计单位和业主的支持, 修改了原设计。自 1998 年 1 月 7 日开工至 1998 年 8 月 30 日竣 工。 经过工程实践证明, 保证了工程质量, 节省了工程费用, 满足设计要求, 达到预期效果, 并获得厦门市政项目“ 优良工程” 。2 工程地质情况 施工现场为原员当港区海弯沉积的滩涂, 70 年代围海造地时才露出水面, 随着经济特区发展的需要, 经大量回填土方, 辟 成新市区建设用地。工程地质情况如图 2。图 2 地质剖面(1)杂填土层: 整个场地均有分布, 厚度 1. 804. 30m。 主要 成分是砂质粘土, 夹有碎石、 砖块等, 局部有含波泥的土质, 土松散稍密状。( 2) 淤泥层: 整个场地均有分布, 厚度变化较大 4. 10 10. 8m。上部含有腐殖质, 下部含微量粗砂, 呈流塑软塑状态。W= 0. 72、 C= 6kPa、 E= 2. 69、 N63. 5= 11. 7g、 ? = 0- 1 、 K= 2. 1710- 6cm/s。( 3) 中粗砂层: 整个场地均有分布, 厚度变化 0. 33. 30m,呈透镜体夹于淤泥之中, 主要成分是石英砂, 级配较好, 含有少 量贝壳碎片, 松散稍密状态。C= 0,?= 36 ,N63. 5= 13 击,K= 1. 6710- 2。( 4)ZK4 孔附近, 淤泥层厚度变薄, 井筒埋置深度范围内有 粗砂层。透水性好,K= 5. 7210- 2。(5)沉井深度范围内分布有透水性的砂层透镜体, 靠员当湖一侧厚度较大, 地下水与员当湖水连通。地下水对混凝土无腐 蚀。3、 沉井工程设计和施工 沉井的施工图设计详见图 3, 设计要求采用不排水下沉法。最终允许偏差水平位移最大不超过 100mm, 沉井四角中任何两角的刃角高差不得超过两角间水平距离的 1% 。 3. 1 施工方案3. 1. 1 沉井制作: 为加快进度, 节省工程投入, 沉井制作采用分段清捣, 一次下沉的方法。在具体施工解决了以下几个关键技术。6福建建设科技2001. NO. 1图3 沉井剖面、 平面现场自然地表面为杂填土, 含有大量块石、 砖块, 不利沉井 下沉, 同时为控制沉井下沉深度, 减小水平位移, 首先于泵井位置开挖基坑至- 1. 7m, 清除杂物。考虑地基土承载力小于沉井 自重, 经计算, 采用回填砾石垫层 500 厚, 密实度控制在 0. 9 以上。刃角采用 510cm 方木双层铺垫, 内侧刃角斜面采用砖砌 胎膜如图 4。图4 沉井刃角制做沉井制作采用木模, 池壁对拉支撑, 分三段制做, 第一段- 6. 85- 4. 45m, 第二段- 4. 451. 0m。( 第三段- 1. 0- 1. 9m 为泵井顶部结构。 待沉井下沉至设 计标高并封底后进行) 。3. 1. 2 沉井下沉: 沉井混凝土达到设计强度、 做好沉降、 观测点及其他准备工作后, 即可开始沉井下沉。分批对称抽出刃角垫木, 随抽随回填 砂碎石以防止突沉, 首先采用人工逐层对称挖除碎石砂层下沉。当下沉至地下水量较大时停止, 然后采用不排水下沉, 施工中采 用降水井控制井外水位( 潜水泵抽水), 在泵井南侧挖一沉淀池,利用员当湖水注入井内以保证井内水位; 由于沉井分两格, 采用 两台高压水枪冲泥, 空气反循环法出泥( 不小于 10m3空压机)迫使沉井下沉, 下沉过程中严格观测下沉量、 倾斜、 位移, 并随时 进行纠正; 沉井下沉至接近设计标高时, 应特别注意放慢下沉速 度, 避免超沉。3. 1. 3 沉井封底: 采用不排水法, 进行水下混凝土浇筑, 封底前由潜水员进行“ 锅底” 整理及清理浮泥, 待达到设计图纸要求后再进行封底施 工, 封底时保证井内水位高于井外水位。3. 1. 4 抗浮措施: 施工上部筒体及底板, 内隔板须待混凝土达到设计强度要求后, 抽出水井内积水, 按设计要求进行处理后进行施工, 抽水 时须控制井外水位不超过- 2. 0 米以免沉井上浮。3. 2 施工过程及遇到问题: 3. 2. 1 沉井重量小于池壁摩阻力:从补充勘察的工程地质报告发现, 地基土层的情况与原勘 察报告有较大的出入。在井筒埋深范围内, 离地面下 3m处有一层砂层, 厚度 0. 3 至 3. 3m, 由西南至东北斜向分布。 经计算发现第一段的井体自重小于池壁摩阻力和浮托力之和, 而且刃角的 踏面宽度比较大, 使下沉遇到困难。经研究决定, 暂时采用井内排水人工挖土, 以克服浮托力和踏面的地基反力, 使之继续下 沉。随着下沉量的增加, 井外的地下水大量涌入。 排水作业遇到 困难, 同时也开始出现涌土的现象, 人工挖土已可不能了。随即采用不排水增加配重( 即提前浇注第二段和第三段井体混凝土 的池壁 1200kN)促其继续下沉, 达到设计标高。3. 2. 2 沉井垂直度控制及纠偏: 在沉井四角测划标尺及轴线控制点, 当沉井刃角垫木抽完后进行第一次观测, 记录每点下沉量及偏移量, 然后井内挖土开 始下沉, 每天两次进行下沉观测并记录分析。采用取土作业控制井筒体下沉。 即在井筒下沉过程中, 在井 内由中心向四边均匀取土, 以使沉井均匀下沉, 如果发现一侧下沉量过大, 则在下一层取土下沉时, 于下沉量大的一侧少取土, 于下沉量小的一侧多取土, 使沉井再次下沉时改正过来, 一次纠偏不宜过大, 注意在取土时千万不能一侧取土过多, 以免造成太 大偏移量, 使得无法正常纠偏。3. 2. 3 不排水法施工: 不排水法施工, 就是沉井内水不外排, 在水中取土, 使沉井在重自作用下, 刃角踏面下的地基土体丧失稳定, 达到沉井下沉 的目的。 下沉的必要条件, 一定是沉井的自重大于刃角踏面下地基土体承载力、 水对沉井浮力, 土体对井外壁摩阻力三项之和。 水中取土方法可采用机械抓斗挖泥和高压水( 空气)冲泥后出等方法。 本工程沉井尺寸较小, 如采用大型设备不便操作, 且成本太高, 故采用高压水枪冲泥、 空气反循环法出泥( 也可采用泥浆泵) 的施工方法, 高压水枪和空气反环管在井内均由人工移动操作,虽移动较困难, 但成本大大降低。在沉井南侧空地设一沉淀池 分, 为两格, 抽出的泥浆经沉淀后晒干外运, 沉淀后清水返入沉井内。 施工中, 使冲吸泥设备由井中心向四周移动冲泥, 每层冲泥厚度不超过 40cm。 使用测绳探测井底情况, 避免一侧取土过多, 或将井底冲成洞, 含淤泥质的土在水中很难冲开, 水枪压力应足够大, 冲泥设备采用 ? 50 口径、 75m 扬程潜污泵, 吸泥管口径应 大于 ? 100, 为保空气反循环出泥效果, 必须另备水源向沉井内补充水, 使沉井内保持一定水位。 3. 2. 4 处理封底和水下混凝土施工出现的问题: 沉井封底完成后, 经养护 28 天, 抽出井内积水时, 发现封底砼有局部漏水, 经采用堵漏剂封堵后, 还有一处漏水很大, 无法 封堵, 采用预埋钢管(D= 600), 在钢管内用潜水泵抽水, 最后用干硬性混凝土填入, 并用迅速盲法兰封死, 截住渗漏, 紧接着完 成上部混凝土浇筑作业, 满足设计和施工工艺的要求。4 结束语 (1)地质资料的准确性在沉井设计施工中非常重要, 原地勘报告描述, 沉井范围内杂填土以下为淤泥层。设计依此进行计 (下转第 21 页)72001. NO. 1福建建设科技砖混结构墙体温差裂缝的防治周行忠 ( 建阳市建设工程质量监督站 )砖混结构的建筑在顶层的纵横墙( 以横墙居多)、 门窗洞口 处常出现正“ 八” 字形裂缝或水平裂缝, 且大多集中在建筑物两 端的几个开间上, 一般向阳面较向阴面多, 早晚温差大的地区比 早晚温差小的地区多。 裂缝一般早晨较小, 甚至闭合, 下午最大。 这种裂缝的出现虽然对建筑物不会造成太大的破坏, 但往往给 用户造成心理的负担, 也影响商品房的销售。 1 裂缝的原因 ( 1) 由于屋面板直接受到阳光的辐射, 与墙体对比屋面混凝 土吸收的热量更多, 从而产生较大 的温差。钢筋混凝土的线膨 胀系数比粘土砖的线膨胀系数约大一倍, 从而使屋面板与墙体 接触处产生了剪力。该剪力与墙体所受的压力形成的合力对墙 体产生应力, 当主拉应力大于墙体的抵抗拉应力时, 墙体就会出 现裂缝, 拉应力越大, 墙体出现的裂缝就越大, 剪应力的分布是 沿整座建筑两端头最大, 中间为最小。 ( 2) 设计上对屋面保温, 隔热层的选用不当, 不能最大程度 的减小温差造成的影响; 顶层砖、 砂浆的设计强度值选用较低 ( 尤其是砂浆强度), 不能抵抗因温差变化所产生应力的影响。 ( 3) 施工中砌体的组砌方法不当, 以及现场拌制的砂浆强度 不能满足设计要求, 都有可能减弱了砌体抵抗温差变化所产生 应力的影响能力。 2 防治措施 2. 1 设计方面 ( 1) 传统的屋面隔热采用铺设架空隔热板或铺膨胀珍珠岩 等隔热材料的方式进行, 这种做法由于隔热效果不理想以及天 沟等部位不易进行保护而使屋面板在温差作用下, 产生较大应 力, 容易造成墙体开裂。在建阳市的多层砖混结构建筑中, 较广 泛的采用了架空斜屋面, 从已使用了数年的效果看, 基本上大大 缓解了墙体温差裂缝的产生。 所谓的架空斜屋面, 即是在屋面板 通过伸出构造柱增设一层斜屋面。 配筋考虑板恒载, 积雪活荷载 或风荷载, 配筋及板厚情况较砖混承重结构板小得多, 从而将整 个屋面保护起来。架空斜屋面一般设双坡, 屋脊线净高 2m 左 右, 坡度 10- 15% 。斜屋面设置通透围护, 这样可以使屋面板不 直接受阳光辐射, 并且对通风有利, 最大程度地使屋面板受温差收稿日期: 2000- 10- 15影响而产生的变形减小。使用架空斜屋面从经济上与架空隔热板对比(假定 50 年的使用年限, 架空隔热板以 10 年进行一次维 护计算, 经济指标 30 元/m2左右, 斜屋面以板厚 7cm计算一次性投资 110 元/m2左右)还更为经济, 并且由于架空斜屋面坡度 大, 瞬时排水速度快, 从而使屋面不积水。这样对屋面渗漏的防治是极其有利的。还提高了顶层的商业价值。 (2)在砖混结构建筑的顶层, 两端 1/3 建筑物长度的