地质论文发表沉井遇抛石层处理下层技术

　　摘要：本文主要论述了杭州市五堡钱塘江边的沉井遇抛石层处理下层技术，根据周边的地质条件与沉井现状制定处理方案，理论验算可行且经论证审批后指导该项目的施工。

　　关键字：沉井,遇抛石层,压密注浆,止水帷幕,下层技术

　　一、工程概况

　　本工程位于杭州市五堡钱塘江边，沉井尺寸为11.14m×9.6m，壁厚80cm，砼采用C30，抗渗等级S6，沉井高10.6m，为顶管接收井。

　　二、沉井底及周边地质条件

　　施工过程中，沉井下层至距设计标高约1.8m处时，沉井无法继续下沉。发现问题后，建设单位组织勘测单位对该井处重新进行了补勘，发现沉井东北角刃角底部全部、沉井西北角约2/3为抛石区，抛石粒径小于50cm，层厚自3.0m～4.0m不等。分布与2-2土层中。同时从沉井东北角有一股非常大的暗流流出，水位埋深3～4米。

　　三、沉井现状

　　沉井高程如下(沉井顶部设计标高为4.80m，以下高程为沉井现状顶标高)：

　　四、处理方案总体思路

　　为了确保沉井干封底作业、继续下沉，采用水泵排除该股暗流，三天后发现在沉井东北侧距车行道路约5米处出现塌陷，同时在北侧车行道路边地表出现大量裂缝，严重威胁车行道路的安全。为此，我单位立即对开挖区进行了回填，以确保车行道路的安全。

　　为了确保沉井顺利、安全沉至设计标高，建设单位组织了专家对该沉井进行了会诊，与会专家提出了采用深井降低暗流或采用水下作业的方案。经与设计、业主、监理协商后，决定在沉井北侧及东侧距井10m处采用压密注浆的方法设置一道止水帷幕，以封堵地下暗流，同时在沉井东、北、西三侧设置深井降低地下水位后破除抛石下沉的施工方案。

　　五、压密注浆施工

　　1、注浆孔位布置及注浆范围

　　1.1根据本工程实际地质条件及工程要求，查规范得该类型土层浆液扩散半径γ=0.5m;

　　1.2注浆孔布置

　　注浆的平面布置采用梅花型，注浆孔距 1.4×0.5m=0.7m;

　　止水帷幕排距： =0.7m

　　1.3注浆范围

　　平面距离沉井东、北面10m处为起始范围，向东、北方向辐射10米范围内设止水帷幕3排。

　　1.4注浆深度及止水帷幕厚度

　　注浆深度为14.2～10.2米，止水帷幕厚度为4米左右。

　　2、注浆材料

　　2.1浆液采用P.042.5R水泥调制，水灰比0.5：1～1：1;

　　2.2凝结浆液为水玻璃(硅酸钠NaO·nSiO2)，水玻璃模数为2.5～4.3，浓度为35～40Be’(波美度)。水玻璃掺量为水泥重量的3%～5%。

　　3、浆液胶凝时间及工地试验

　　浆液采用水泥浆+水玻璃双液，胶凝时间可控制在几秒至几十分钟范围内。一般情况下，水玻璃浓度减小，胶凝时间缩短，并呈直线关系;水灰比越小，水泥与水玻璃之间的反应越快，胶凝时间越短。

　　本工程胶凝时间拟控制在2min左右，8min后结石体形成强度。通过工地量杯试验确定。具体做法为：水泥浆水灰比不变，按不同波美度水玻璃按体积比0.5：1～1：1逐次试验，记录试验情况后得出结论。

　　4、注浆主要参数

　　4.1扩散方式：渗透

　　4.2浆液扩散半径：0.5m，有效注浆范围：1m(间隔加固);

　　4.3注浆压力：0.3～1Mpa

　　4.4注浆速度：8～20L/min; 凝结时间：2～5min

　　5、注浆的操作方法

　　5.1施工流程：施工准备→测量定位→钻机与注浆设备就位→成孔→振动法插入注浆管→注浆→结束清洗

　　5.2压密注浆施工工艺

　　①钻机成孔

　　采用SH-30型工程地质钻，开孔直径142mm，成孔直径110mm。钻孔深度在抛石层底50cm。钻机就位的时候，要求其摆放平整、稳固，保证钻孔的垂直度，控制在1%以内。

　　②成孔后立即采用振动式插入法将两根DN20的注浆管送至注浆深度，注浆头管为1.2米长花管，两管间距2cm，水玻璃注浆管高出水泥浆注浆管1.2米。

　　③注浆：采用分段注浆的方法，每次注浆段为1.2米。开注浆机，看压力表，看流量计算，主管注入水泥浆液体，在注浆初期水灰比采用1：1，若“吃浆”均匀，可增大水灰比的浓度，直至0.5：1。在泵送至理论注浆量时，停止注入水泥浆，由另一根管中注入水玻璃溶液。水玻璃液量与水泥浆浆量体积比1：1。等双液胶凝后，在设定的压力下，继续注浆，当注入率不大于0.4L/min时，继续灌注40min;或不大于1L/min时，继续灌注60min，最后注入水玻璃，灌浆可以结束。注浆与钻孔程序一致，采用分序跳孔跳排注浆。

　　5.3注浆管上提

　　第一段注浆完成后，待浆液胶凝(5～8min)，采用手动葫芦将注浆管上提，上提高度为1.2米。重复“③注浆”操作步骤。

　　若部分孔洞注浆后有漏水点或有串浆现象，在适当位置注浆孔加密。

　　5.4注浆结束

　　整段注浆完成后，注浆管边往上拔管边注入水泥浆液，用以填补钻孔形成的孔洞。

　　5.5结束冲洗

　　注浆完毕后要及时清洗注浆机、搅拌机和各种管路。

　　6、注浆中特殊情况处理

　　6.1冒浆

　　当水玻璃液未注入而产生冒浆，则采用低压、浓浆、限流、限量、间歇注浆的方法进行灌注，或直接注入水玻璃液速凝。

　　6.2串浆

　　在注浆孔和串浆孔同时进行注浆。

　　6.3浆液大量流失

　　采用低压、浓浆、限流、限量、间歇注浆的方法进行灌注，或直接注入水玻璃液速凝。

　　6.4涌水

　　用双液速凝处理或直接边拔注浆管边封孔。

　　6.5注浆压力持续上升

　　及时关闭阀门，拔出注浆管立即冲洗。如果处理不及时，容易爆管。

　　六、深井施工

　　1、 深井分布

　　为了确保沉井下沉时隔绝地下暗流、干底作业，在沉井东、北、西共设置5只深井，各深井离沉井水平垂直距离为5米。

　　2、深井及管井的构造

　　深井孔采用φ1000回旋钻机造孔，井深20m。钢筋笼竖向主筋采用φ18@150，沿环向均匀设置，环向钢筋φ16@1000，深井钢筋笼直径为760毫米，在竖向主筋φ18采用φ6@200毫米螺旋箍筋。钢筋笼各钢筋均采用点焊连接，钢筋笼末端同样用钢筋封闭，钢筋笼外侧采用2000目尼龙布及一层3×3的铁丝布环包，最外侧用普通铅丝网片防护，钢筋笼与桩孔之间空隙采用中粗砂回填作滤料，管井底与井孔之间用瓜子片回填。

　　3、深井埋设和使用

　　深井埋设施工流程：井点测量定位→ 挖井口→ 安护筒→钻机就位→钻孔→回填井底瓜子片填充层→吊放钢筋笼→回填钢筋笼与孔壁的中粗砂过滤层→井内设置潜水泵→抽水。

　　4、深井降水计算

　　沉井深度11米处为砂质粉土层(含水层)，在此按无压完整井进行计算。

　　4.1无压完整井群井井点涌水量计算:

　　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——单井涌水量(m3/d) K——渗透系数(m/d) 取8m/d

　　H——含水层厚度(m) 取17.3m R——抽水影响半径(m)=1.95S(HK) ½ =252m

　　S——水位降低值(m)取11m

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

　　4.2深井进水过滤管总长度:

　　深井管井采用钢筋笼制作，过滤层按管井长度全长布置。

　　4.3群井总涌水量

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

　　=49.8 m³/h=0.014m³/s

　　按此布置计算的总涌水量与前式计算的总涌水量相近，故总涌水量、深井数和布置距离满足本工程降水要求。

　　4.4水泵类型选择：Q=49.8m³/h，选用潜水泵型号：JQB-1.5-6，ф50mm出水管，流量10～22 m³/h，扬程28～20m，功率2.2KW。

　　七、沉井下沉

　　1、下沉方式

　　现沉井离设计沉到标高只有1.8m左右，为防止超沉，不专门对其进行偏压重或横向顶撑纠偏。通过控制南、北两侧的下沉速度，在下沉过程中对其进行纠偏处理。沉井下采用多瓣抓斗抓土开挖，人工配合修整的方法。

　　2、沉井下层主要措施

　　2.1井外下沉观测点设置

　　在沉井外5m地面设置纵横十字控制桩、水准基点。下沉时，在井壁上设十字控制线，并在四侧设水平点。于壁外侧用红油漆画倒三角标出，每30cm设一个，标注高程观测沉降。

　　2.2井内观测点设置

　　井内中心线与垂直度的观测系在井内壁四边标出垂直轴线，突出井壁10cm各吊垂球一个，对准下部标志板来控制。

　　2.3下沉垂直度及高程控制

　　根据现场实际下层速度，拟按每30min～1h用纵横两台经纬仪进行垂直偏差观测并对下沉量进行观测，并做原始记录。

　　2.4纠偏及下沉速度控制

　　首先控制东南、西南的缓慢下沉，东北、西北角相对快速下沉。主要以控制挖土量来控制。

　　用多瓣抓斗从北边井底中间开始逐渐挖向四周，每层挖土厚0.5～0.6m，不掏挖刃脚土层，先中间后四周，均匀对称地进行，形成一个1m左右深的“锅底”，并根据需要留有土台，逐层切削，部分井壁周边的抛石采用人工清理的方式清除，使沉井在自重作用下均匀切土下沉，逐渐纠正南北两边的高差。井身纠正后，采用南、北井孔底同时进行出土下沉的方式均匀下沉。每阶段下沉高度控制在30cm。并随时观测水位变化，严格保证水位处于沉井底50cm以下，避免超沉。

　　2.5封底

　　①封底时间

　　沉井沉到设计标高后，经2～3天 ，对其进行沉降观测，在8h内累计下沉10mm时，说明下沉稳定，立即进行沉井封底。

　　②封底方式

　　采用排水封底技术，整平井底土，凿毛刃脚混凝土洗刷干净，然后，在井底对称均匀浇筑混凝土垫层，强度达到30%后，绑钢筋，放置BW型止水条，浇筑上层60cm厚的早强防水混凝土底板。浇筑在整个沉井面积上分层由四周向中央进行，每层厚30cm ，并振捣密实。混凝土养护14d 期间，深井不间断地抽水，保证水位在井底板之下。