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關(guān)于沉井施工中流沙的處理方法

2008-05-28 16:56    【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

  1 流沙對(duì)沉井施工的影響在城市基礎(chǔ)設(shè)施及基礎(chǔ)建設(shè)的施工中,我們經(jīng)常遇到混凝土小室的工程。由于市區(qū)的施工受到地下大型管道、建筑物等障礙的影響,不能大開(kāi)挖施工,給設(shè)計(jì)、施工帶來(lái)很大的難度,經(jīng)多種方案論證,將沉井施工技術(shù)應(yīng)用到了熱力小室的施工中。

  沉井下沉是沉井施工階段的主要施工過(guò)程,就我國(guó)目前土建施工技術(shù)和施工裝備水平看,采用排水法控制沉井下沉,是比較理想的施工方法。因?yàn)樵撌┕し椒▌趧?dòng)條件好,挖土準(zhǔn)確,容易控制和糾偏,土層中如有障礙物則易發(fā)現(xiàn)和排除,且能直接檢查地基土質(zhì)情況,可進(jìn)行干封底。采用這種施工方法,沉井在下沉過(guò)程中,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)沉井突沉、偏斜、下沉過(guò)慢和不下沉等現(xiàn)象。而出現(xiàn)這些現(xiàn)象,往往與沉井所處土質(zhì)和發(fā)生的“流沙”有關(guān)。發(fā)生流沙時(shí),土完全失去承載力,不但造成施工困難,而且流沙嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起基礎(chǔ)邊坡塌方,附近建筑物會(huì)因地基被淘空而下沉,傾斜,甚至倒塌。因此,預(yù)防和處理流沙,在沉井施工中具有十分重要的作用。根據(jù)分析,流沙一般出現(xiàn)在如下土層:

 。1)土層中亞黏土或粉沙層厚度>25 cm以上;

 。2)在粉沙土層中,黏土顆粒含量<10%,粉粒含量>75%的土層;

 。3)土的含水量>30%;

  (4)土的孔隙率>43% .地下水動(dòng)水壓力的水力坡度愈大(即水位差愈大)愈容易發(fā)生流沙。一般在可能發(fā)生流沙土層挖土深度超過(guò)地下水位0.5 m時(shí),就會(huì)出現(xiàn)流沙。

  2 處理流沙的施工方法土在一定條件下轉(zhuǎn)化為流沙。如果改變動(dòng)水壓力的大小和方向,或者設(shè)法改變沉井刃腳外圍上下土質(zhì)物理力學(xué)性質(zhì),又可將流沙轉(zhuǎn)變?yōu)榉(wěn)定土。在沉井施工中處理流沙的途徑有3種:一是設(shè)法減小動(dòng)水壓力,二是設(shè)法使動(dòng)水壓力向下,三是化學(xué)固結(jié)形成防滲帷幕。

  2.1 減小動(dòng)水壓力的施工方法

  2.1.1 爭(zhēng)取在全年最低水位季節(jié)施工如果在地下水位以下的土質(zhì)屬上述4種可能發(fā)生流沙的土質(zhì),則可以爭(zhēng)取在全年最低水位季節(jié)施工。因?yàn)榈叵滤坏蜁r(shí),沉井內(nèi)外水位差小,所以動(dòng)水壓力減小。即在沉井下沉施工過(guò)程中也就不易發(fā)生流沙,至少也可以減輕流沙,從而達(dá)到順利施工的目的。

  2.1.2 擲大塊石在沉井下沉施工過(guò)程中,如果出現(xiàn)了流沙,沉井下沉緩慢甚至不下沉,往往首先向井底拋下大石塊,來(lái)增加土的壓重,減小動(dòng)水壓力。先減小或阻止流沙出現(xiàn),然后即組織搶挖,使挖土速度超過(guò)冒沙速度,迫使沉井繼續(xù)下沉,挖至標(biāo)高后立即鋪設(shè)蘆席并拋大石塊把流沙壓住,此法用以解決局部或輕微流沙是有效的。如果井內(nèi)冒沙較快,土完全失去承載力,則拋入井內(nèi)的石塊就會(huì)沉入井內(nèi)的土中,無(wú)法阻止流沙。

  2.1.3 水下挖土在沉井下沉過(guò)程中,如果出現(xiàn)了流沙或采用上述方法處理效果不理想,這時(shí)可采用不排水法施工。即使沉井內(nèi)外在同一高度(同一高程)上,在井內(nèi)利用潛水挖土或用機(jī)械抓斗進(jìn)行水底作業(yè)挖土,使井內(nèi)水壓與井外地下水壓相平衡,阻止流沙產(chǎn)生,從而使沉井繼續(xù)下沉。

  2.2 使動(dòng)水壓力向下的施工方法在沉井下沉施工過(guò)程中出現(xiàn)了流沙,如果沉井所處位置地層的地質(zhì)情況和施工條件較好,可采用井點(diǎn)降水施工方法。井點(diǎn)降水主要是降低沉井外地下水位,使其動(dòng)水壓力方向朝下,因而也就較有效地整治流沙。此法采用較廣,但是如果井點(diǎn)施工質(zhì)量不良,井點(diǎn)降水將會(huì)失效,會(huì)給工程和附近建筑物沉降帶來(lái)不良影響。

  目前常用的井點(diǎn)降水設(shè)備有,輕型井點(diǎn)、管井井點(diǎn)、深井井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)和電滲井點(diǎn),供不同滲透系數(shù)、降水深度和工程特點(diǎn)選用。

  2.2.1 輕型井點(diǎn)法輕型井點(diǎn)法是在沉井的四周將許多直徑較細(xì)的井點(diǎn)管埋入地下蓄水層中,井點(diǎn)管的上端通過(guò)彎聯(lián)管與總管相連接,利用抽水設(shè)備將地下水從井點(diǎn)內(nèi)不斷抽出,這樣便可將原有地下水位降低至坑底以下。

  目前,輕型井點(diǎn)抽水設(shè)備已有定型產(chǎn)品,主要設(shè)備包括:井點(diǎn)管(包括濾管)、總管和抽水設(shè)備等。抽水設(shè)備宜布置在地下水的上游,并設(shè)在總管的中部,以發(fā)揮其最大效能。

  2.2.2 管井井點(diǎn)法在遇有流沙的情況,除采用輕型井點(diǎn)外,還可以土法上馬,采用管井井點(diǎn),特別是在土的滲透系數(shù)大,地下水比較豐富的土層中,采用輕型井點(diǎn)解決不了的問(wèn)題時(shí),宜采用管井井點(diǎn)法。

  管井井點(diǎn)是在沉井周?chē)扛粢欢ň嚯x設(shè)一個(gè)管井,每個(gè)管井單獨(dú)用一臺(tái)抽水泵不斷地抽水,從而降低地下水位。根據(jù)管井的材料,管井可分為金屬管、竹木管與混凝土管等。管井的埋設(shè)宜采用泥漿護(hù)壁鉆孔法。

  2.2.3 噴射井點(diǎn)法主要設(shè)備包括有揚(yáng)水器的井點(diǎn)管、進(jìn)水總管、回水總管、高壓水泵和循環(huán)水池(或水箱)。主要原理是:地下水經(jīng)高壓水泵加壓的工作水由揚(yáng)水器而提升到地面。

  2.2.4 深井井點(diǎn)法主要設(shè)備包括深井、深井泵(或深井潛水泵)和排水管路等。地下水依靠深井泵(或深井潛水泵)葉輪的機(jī)械力量直接從深井內(nèi)揚(yáng)升到地面排出。

  2.3 化學(xué)固結(jié)形成防滲帷幕的施工方法利用化學(xué)溶液或膠黏劑,通過(guò)壓力灌注到沉井外圍刃腳下的土層,而將土粒膠黏起來(lái),以改善沉井外圍刃腳下土層的物理力學(xué)性質(zhì),這種處理方法叫化學(xué)加固法。其主要目的不僅是提高巖土的力學(xué)強(qiáng)度和變形模量,而且還能降低土的滲透性,減小地下水的滲流量,提高土的抗剪強(qiáng)度和抗?jié)B能力,使其在沉井下形成一層新的閉合防滲帷幕,截阻地下水流和治理流沙,使沉井能繼續(xù)下沉施工,或者預(yù)先通過(guò)化學(xué)加固沉井下沉位置附近可能出現(xiàn)流沙的土層,以形成強(qiáng)度高,抗?jié)B力好的新土層,從而為日后沉井下沉施工創(chuàng)造良好條件,杜絕流沙的產(chǎn)生;瘜W(xué)加固能否得到預(yù)期的效果主要決定于能否根據(jù)各土層具體土質(zhì)條件,選擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)漿液(溶液和膠黏劑)和有效的施工工藝。

  目前化學(xué)加固的漿液主要采用,黏土水泥漿、黏土水玻璃漿、水泥粉煤灰混合物、丙凝Ac-Ms、鉻木素以及無(wú)機(jī)試劑為固化劑的硅酸鹽漿液等。目前發(fā)展高強(qiáng)、無(wú)毒、易透的漿液是化學(xué)加固法的發(fā)展方向。

  2.3.1 高壓噴射注漿法利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層的預(yù)定位置后,以高壓設(shè)備使?jié){液成為20 m左右的高壓流從噴嘴中向四周?chē)鷩娚,沖擊破壞土體,使土粒與漿液混合。旋噴時(shí),噴嘴一面噴射一面旋轉(zhuǎn)和提升,膠結(jié)硬化后,即在土層中形成直徑比較均勻的圓柱體,當(dāng)旋轉(zhuǎn)噴射位置環(huán)繞沉井外圍一定的均勻距離施工時(shí),便成一個(gè)閉合的帷幕。高壓旋噴法的主要設(shè)備是高壓脈沖泵和帶有特殊噴嘴的鉆頭。其他設(shè)備有鉆機(jī)和漿液攪拌機(jī)等。噴射注漿的基本方法有:?jiǎn)喂芊、二重管法和多重管法?/p>

  2.3.2 灌漿法用氣壓、液壓把某些能固化的漿液注入沉井位置下的土層中,以改善土層的物理力學(xué)性質(zhì),它是一種靜態(tài)的高壓噴射注漿法,其中以“袖閥管法”較為先進(jìn)。其施工工藝是:鉆孔插入袖閥管,澆注套殼料,灌漿,有時(shí)也采用邊鉆孔邊灌漿的施工方法。

  2.3.3 電硅化法利用硅酸鈉(水玻璃)為主要的混合液進(jìn)行化學(xué)加固土層的方法叫硅化加固。該法是在透水性較大的土中,利用一定的壓力將漿液通過(guò)一根下端帶孔的管子注入土中,使土中的硅酸鹽達(dá)到飽和程度。硅酸鹽在土中分解形成凝膠變?yōu)楣虘B(tài)膠結(jié)物,把土粒膠結(jié)起來(lái),也可分別注入硅酸鈉和氯化鈣兩種溶液。氯化鈣溶液的作用主要是促進(jìn)硅膠的形成,其反應(yīng)Na2nSO2+CaCl2+nH2O →nSO2(m-1)H2O+Ca(OH)2+2NaCl,所生成的是凝膠氫氧化鈣和氯化鈉。

  硅化加固的效果與所用的化學(xué)溶液的濃度、土的透水性及壓力有關(guān)。對(duì)于滲透系數(shù)在1×10-6 m/min~1×10-5 m/min的土應(yīng)用本法加固。如果滲透系數(shù)小于1×10-5 m/min的黏性土,則具有壓力水玻璃溶液難以注入的孔隙中,那就要借助于電滲作用,使水玻璃液能進(jìn)入土的孔隙中。施工時(shí),先在沉井兩邊土中打入兩個(gè)電極(即兩根金屬管子),然后將水玻璃溶液和氯化鈣溶液先后由陽(yáng)極(下端有金屬管子)壓入土中,通以電流,使溶液在土中電滲,這種加固方法稱(chēng)為電動(dòng)硅化法。

  采用電動(dòng)硅化法加固土層,不但對(duì)土的加固作用快,抗剪力強(qiáng),而且抗?jié)B能力極好,是理想的制止流沙、堵塞泉眼的施工方法。

  以上是沉井下沉過(guò)程中流沙處理的3個(gè)途徑10種施工方法。在施工實(shí)踐中往往是1種或2種方法結(jié)合起來(lái)共同使用。

延伸閱讀:施工 建筑
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