地質論文發表沉井遇拋石層處理下層技術

　　摘要：本文主要論述了杭州市五堡錢塘江邊的沉井遇拋石層處理下層技術，根據周邊的地質條件與沉井現狀制定處理方案，理論驗算可行且經論證審批后指導該項目的施工。

　　關鍵字：沉井,遇拋石層,壓密注漿,止水帷幕,下層技術

　　一、工程概況

　　本工程位于杭州市五堡錢塘江邊，沉井尺寸為11.14m×9.6m，壁厚80cm，砼采用C30，抗滲等級S6，沉井高10.6m，為頂管接收井。

　　二、沉井底及周邊地質條件

　　施工過程中，沉井下層至距設計標高約1.8m處時，沉井無法繼續下沉。發現問題后，建設單位組織勘測單位對該井處重新進行了補勘，發現沉井東北角刃角底部全部、沉井西北角約2/3為拋石區，拋石粒徑小于50cm，層厚自3.0m～4.0m不等。分布與2-2土層中。同時從沉井東北角有一股非常大的暗流流出，水位埋深3～4米。

　　三、沉井現狀

　　沉井高程如下(沉井頂部設計標高為4.80m，以下高程為沉井現狀頂標高)：

　　四、處理方案總體思路

　　為了確保沉井干封底作業、繼續下沉，采用水泵排除該股暗流，三天后發現在沉井東北側距車行道路約5米處出現塌陷，同時在北側車行道路邊地表出現大量裂縫，嚴重威脅車行道路的安全。為此，我單位立即對開挖區進行了回填，以確保車行道路的安全。

　　為了確保沉井順利、安全沉至設計標高，建設單位組織了專家對該沉井進行了會診，與會專家提出了采用深井降低暗流或采用水下作業的方案。經與設計、業主、監理協商后，決定在沉井北側及東側距井10m處采用壓密注漿的方法設置一道止水帷幕，以封堵地下暗流，同時在沉井東、北、西三側設置深井降低地下水位后破除拋石下沉的施工方案。

　　五、壓密注漿施工

　　1、注漿孔位布置及注漿范圍

　　1.1根據本工程實際地質條件及工程要求，查規范得該類型土層漿液擴散半徑γ=0.5m;

　　1.2注漿孔布置

　　注漿的平面布置采用梅花型，注漿孔距 1.4×0.5m=0.7m;

　　止水帷幕排距： =0.7m

　　1.3注漿范圍

　　平面距離沉井東、北面10m處為起始范圍，向東、北方向輻射10米范圍內設止水帷幕3排。

　　1.4注漿深度及止水帷幕厚度

　　注漿深度為14.2～10.2米，止水帷幕厚度為4米左右。

　　2、注漿材料

　　2.1漿液采用P.042.5R水泥調制，水灰比0.5：1～1：1;

　　2.2凝結漿液為水玻璃(硅酸鈉NaO·nSiO2)，水玻璃模數為2.5～4.3，濃度為35～40Be’(波美度)。水玻璃摻量為水泥重量的3%～5%。

　　3、漿液膠凝時間及工地試驗

　　漿液采用水泥漿+水玻璃雙液，膠凝時間可控制在幾秒至幾十分鐘范圍內。一般情況下，水玻璃濃度減小，膠凝時間縮短，并呈直線關系;水灰比越小，水泥與水玻璃之間的反應越快，膠凝時間越短。

　　本工程膠凝時間擬控制在2min左右，8min后結石體形成強度。通過工地量杯試驗確定。具體做法為：水泥漿水灰比不變，按不同波美度水玻璃按體積比0.5：1～1：1逐次試驗，記錄試驗情況后得出結論。

　　4、注漿主要參數

　　4.1擴散方式：滲透

　　4.2漿液擴散半徑：0.5m，有效注漿范圍：1m(間隔加固);

　　4.3注漿壓力：0.3～1Mpa

　　4.4注漿速度：8～20L/min; 凝結時間：2～5min

　　5、注漿的操作方法

　　5.1施工流程：施工準備→測量定位→鉆機與注漿設備就位→成孔→振動法插入注漿管→注漿→結束清洗

　　5.2壓密注漿施工工藝

　　①鉆機成孔

　　采用SH-30型工程地質鉆，開孔直徑142mm，成孔直徑110mm。鉆孔深度在拋石層底50cm。鉆機就位的時候，要求其擺放平整、穩固，保證鉆孔的垂直度，控制在1%以內。

　　②成孔后立即采用振動式插入法將兩根DN20的注漿管送至注漿深度，注漿頭管為1.2米長花管，兩管間距2cm，水玻璃注漿管高出水泥漿注漿管1.2米。

　　③注漿：采用分段注漿的方法，每次注漿段為1.2米。開注漿機，看壓力表，看流量計算，主管注入水泥漿液體，在注漿初期水灰比采用1：1，若“吃漿”均勻，可增大水灰比的濃度，直至0.5：1。在泵送至理論注漿量時，停止注入水泥漿，由另一根管中注入水玻璃溶液。水玻璃液量與水泥漿漿量體積比1：1。等雙液膠凝后，在設定的壓力下，繼續注漿，當注入率不大于0.4L/min時，繼續灌注40min;或不大于1L/min時，繼續灌注60min，最后注入水玻璃，灌漿可以結束。注漿與鉆孔程序一致，采用分序跳孔跳排注漿。

　　5.3注漿管上提

　　第一段注漿完成后，待漿液膠凝(5～8min)，采用手動葫蘆將注漿管上提，上提高度為1.2米。重復“③注漿”操作步驟。

　　若部分孔洞注漿后有漏水點或有串漿現象，在適當位置注漿孔加密。

　　5.4注漿結束

　　整段注漿完成后，注漿管邊往上拔管邊注入水泥漿液，用以填補鉆孔形成的孔洞。

　　5.5結束沖洗

　　注漿完畢后要及時清洗注漿機、攪拌機和各種管路。

　　6、注漿中特殊情況處理

　　6.1冒漿

　　當水玻璃液未注入而產生冒漿，則采用低壓、濃漿、限流、限量、間歇注漿的方法進行灌注，或直接注入水玻璃液速凝。

　　6.2串漿

　　在注漿孔和串漿孔同時進行注漿。

　　6.3漿液大量流失

　　采用低壓、濃漿、限流、限量、間歇注漿的方法進行灌注，或直接注入水玻璃液速凝。

　　6.4涌水

　　用雙液速凝處理或直接邊拔注漿管邊封孔。

　　6.5注漿壓力持續上升

　　及時關閉閥門，拔出注漿管立即沖洗。如果處理不及時，容易爆管。

　　六、深井施工

　　1、 深井分布

　　為了確保沉井下沉時隔絕地下暗流、干底作業，在沉井東、北、西共設置5只深井，各深井離沉井水平垂直距離為5米。

　　2、深井及管井的構造

　　深井孔采用φ1000回旋鉆機造孔，井深20m。鋼筋籠豎向主筋采用φ18@150，沿環向均勻設置，環向鋼筋φ16@1000，深井鋼筋籠直徑為760毫米，在豎向主筋φ18采用φ6@200毫米螺旋箍筋。鋼筋籠各鋼筋均采用點焊連接，鋼筋籠末端同樣用鋼筋封閉，鋼筋籠外側采用2000目尼龍布及一層3×3的鐵絲布環包，最外側用普通鉛絲網片防護，鋼筋籠與樁孔之間空隙采用中粗砂回填作濾料，管井底與井孔之間用瓜子片回填。

　　3、深井埋設和使用

　　深井埋設施工流程：井點測量定位→ 挖井口→ 安護筒→鉆機就位→鉆孔→回填井底瓜子片填充層→吊放鋼筋籠→回填鋼筋籠與孔壁的中粗砂過濾層→井內設置潛水泵→抽水。

　　4、深井降水計算

　　沉井深度11米處為砂質粉土層(含水層)，在此按無壓完整井進行計算。

　　4.1無壓完整井群井井點涌水量計算:

　　Q=1.366K(2H-S)S/(lg252-lg8.1)

　　=1.366×8(2×17.3-11) ×11/(lg252-lg8.1)

　　=1904m³/d=0.022m³/s

　　Q——單井涌水量(m3/d) K——滲透系數(m/d) 取8m/d

　　H——含水層厚度(m) 取17.3m R——抽水影響半徑(m)=1.95S(HK) ½ =252m

　　S——水位降低值(m)取11m

　　xo——基坑假象半徑(m)=(A/∏) ½=[(11.14+4) *(9.6+4)/3.14] ½=8.1m

　　4.2深井進水過濾管總長度:

　　深井管井采用鋼筋籠制作，過濾層按管井長度全長布置。

　　4.3群井總涌水量

　　Q=1.366K(2H-S)S[lgR-1/n(lgx1,x2,x3,x4,x5)]=1197³/d

　　=49.8 m³/h=0.014m³/s

　　按此布置計算的總涌水量與前式計算的總涌水量相近，故總涌水量、深井數和布置距離滿足本工程降水要求。

　　4.4水泵類型選擇：Q=49.8m³/h，選用潛水泵型號：JQB-1.5-6，ф50mm出水管，流量10～22 m³/h，揚程28～20m，功率2.2KW。

　　七、沉井下沉

　　1、下沉方式

　　現沉井離設計沉到標高只有1.8m左右，為防止超沉，不專門對其進行偏壓重或橫向頂撐糾偏。通過控制南、北兩側的下沉速度，在下沉過程中對其進行糾偏處理。沉井下采用多瓣抓斗抓土開挖，人工配合修整的方法。

　　2、沉井下層主要措施

　　2.1井外下沉觀測點設置

　　在沉井外5m地面設置縱橫十字控制樁、水準基點。下沉時，在井壁上設十字控制線，并在四側設水平點。于壁外側用紅油漆畫倒三角標出，每30cm設一個，標注高程觀測沉降。

　　2.2井內觀測點設置

　　井內中心線與垂直度的觀測系在井內壁四邊標出垂直軸線，突出井壁10cm各吊垂球一個，對準下部標志板來控制。

　　2.3下沉垂直度及高程控制

　　根據現場實際下層速度，擬按每30min～1h用縱橫兩臺經緯儀進行垂直偏差觀測并對下沉量進行觀測，并做原始記錄。

　　2.4糾偏及下沉速度控制

　　首先控制東南、西南的緩慢下沉，東北、西北角相對快速下沉。主要以控制挖土量來控制。

　　用多瓣抓斗從北邊井底中間開始逐漸挖向四周，每層挖土厚0.5～0.6m，不掏挖刃腳土層，先中間后四周，均勻對稱地進行，形成一個1m左右深的“鍋底”，并根據需要留有土臺，逐層切削，部分井壁周邊的拋石采用人工清理的方式清除，使沉井在自重作用下均勻切土下沉，逐漸糾正南北兩邊的高差。井身糾正后，采用南、北井孔底同時進行出土下沉的方式均勻下沉。每階段下沉高度控制在30cm。并隨時觀測水位變化，嚴格保證水位處于沉井底50cm以下，避免超沉。

　　2.5封底

　　①封底時間

　　沉井沉到設計標高后，經2～3天 ，對其進行沉降觀測，在8h內累計下沉10mm時，說明下沉穩定，立即進行沉井封底。

　　②封底方式

　　采用排水封底技術，整平井底土，鑿毛刃腳混凝土洗刷干凈，然后，在井底對稱均勻澆筑混凝土墊層，強度達到30%后，綁鋼筋，放置BW型止水條，澆筑上層60cm厚的早強防水混凝土底板。澆筑在整個沉井面積上分層由四周向中央進行，每層厚30cm ，并振搗密實。混凝土養護14d 期間，深井不間斷地抽水，保證水位在井底板之下。