从某工程谈沉井技术在某些特殊地段的应用

沉井施工工艺是一项成熟的技术, 广泛应用于建造各种类型或各种用途的地下工程构筑物, 特别是当构筑物处于地下较深, 土质较差, 或者周围已建有构筑物, 施工场地受限制时, 采用大开挖施工几乎不可能, 那么采用沉井施工则是比较合适的选择。

1 工程概况及工程地质条件

某煤炭铁路专用线工程中的1号运转站为地下廊道构筑物, 1号运转站位于与某国铁正线旁, 与正线成25°交角, 其端部一角距正线铁路中心线仅3.9米, 1号运转站与铁路正线关系如下图1所示。运转站端部为地下钢筋混凝土箱体结构, 其箱体内净尺寸为8.16米 (长) ×6米 (宽) ×6.85米 (高) , 与端部箱体相连的是U型地下通廊, U型地下通廊断面内净尺寸为3米 (宽) ×4.50米 (高) 。该工程地质情况上而下为:a.砾砂层, 约4.3米厚, b.卵石土, 厚度大于13米。

2 施工方案比选

原设计的施工方案是:运转站端部的钢筋混凝土箱体结构拟采用桩基坑支护后→开挖至基底标高后→现场浇筑箱体结构;U型地下通廊采用放坡开挖至基底标高后→现场浇筑U型结构。原设计的施工方案中的U型地下通廊的施工方案由于离铁路较远, 有条件放坡开挖, 只要在开挖时处理好流沙问题, 这个方案就可行;而端部的钢筋混凝土箱体结构的施工方案有两个问题无法解决, 其一是运转站端部的箱体结构基坑维护桩靠铁路侧的桩中心距正线铁路中心线仅2.9米, 小于铁路建筑限界3.5米, 不论维护桩采用哪种桩型, 在桩基施工时均侵入铁路限界, 对铁路行车及施工人员都不安全, 其二是无法满足工期要求, 这个方案的施工工期太长。针对箱体结构的施工方案两个无法解决的问题, 笔者仔细研究了设计文件, 发现箱体结构不论体型还是其尺寸均适用沉井技术施工, 只要对原设计按沉井施工技术要求进行必要的验算和修改即可, 这样用沉井施工技术方案就很好地解决了原施工方案所无法解决的两个问题, 这个方案也比原施工方案节省了很多投资。笔者向业主推荐了该方案, 经论证, 最后业主采用了该方案。

3 沉井技术的具体应用

3.1 对原设计进行必要的验算和修改

箱体结构按沉井技术进行施工, 其施工顺序是先施工侧壁, 然后下沉, 到底板标高后浇筑底板, 最后施工顶板;它的施工顺序与原设计施工方案的施工顺序差别很大, 主要造成侧壁板支撑条件和受力的变化, 支撑条件由原四边支撑在下沉过程变成两边支撑 (如下图2所示) ;受力的变化主要是由于沉井在下沉时, 是一种工具性的围护结构, 在终沉封底或填充后又常成为深埋基础或地下构筑物的组成部分。因此, 在各个不同阶段, 从制作、下沉直到建成投产使用, 沉井各部位的传力体系、所承受的外力及作用情况都在不断变化。所以, 沉井结构的设计计算应按从施工到使用的各个阶段分别依序进行, 以保证沉井结构能满足在施工、运行等各个阶段的强度、刚度和稳定性的要求。

沉井施工阶段的验算, 与所选定的施工方法有关, 对于不同的施工方案, 它在施工阶段的设计计算内容也不相同。例如, 相同的沉井, 当采用排水取土下沉时, 井壁所受到的水、土压力等外荷载就比采用不排水取土下沉时的情况要大。又如, 当沉井采用触变泥浆润滑套助沉时, 土壁对沉井的摩阻力将大大减少。

由于沉井在下沉施工阶段是无底无盖的筒状结构, 当进行井壁结构计算时, 通常在竖向截取单位高度 (可选取数个不同深度) 的一段, 作为平面框架结构进行计算。

沉井使用阶段的计算, 是指构筑物全部建成, 沉井已经封底、填充或加盖, 做好了内部隔墙及上部结构等, 这时候结构传力体系及受力状态相对于施工阶段又有了变化, 应再作为整体深基础或地下构筑物进行验算。

沉井各部位的截面及配筋, 应综合各阶段最不利的受力状态进行设计。

针对本工程, 只需对箱体结构侧壁在沉井施工阶段进行验算, 对不满足要求的截面及配筋进行调整, 调整后的截面及配筋只允许比原设计大;这样就无需再对使用阶段进行验算。

箱体结构按沉井技术进行施工, 还需对原设计进行必要的修改, 主要是在原设计的基础上补充设计沉井施工所需的刃脚及合理安排箱体结构施工顺序, 具体如图3。

3.2 箱体结构的施工顺序

刃脚及侧壁在原位上制作 (侧壁可分二段浇灌) →下沉→至底板标高位后施工集水井及底板→施工顶板。

3.3 沉井施工注意事项

(1) 处理流沙的问题:根据地质报告, 箱体结构下沉须经过砾砂层和卵石土, 且地下水位很高, 下沉时肯定会产生流沙的问题。A、处理流沙的方法主要有以下三种:一是设法减小动水压力, 二是设法使动水压力向下, 三是化学固结形成防渗帷幕。B、减小动水压力的方法有三种:一是在全年最低水位季节施工, 二是在出现流沙时掷大块石, 三是采用不排水法施工。C、使动水压力向的方法主要是采用井点降水, 使其动水压力方向朝下, 因而也就较有效地整治流沙。化学固结形成防渗帷幕的方法主要是采用化学溶液或胶黏剂, 通过压力灌注到沉井外围刃脚下的土层, 而将土粒胶黏起来, 以改善沉井外围刃脚下土层的物理力学性质, 提高土的抗剪强度和抗渗能力, 使其在沉井外围形成一层闭合防渗帷幕, 从而为沉井下沉施工创造良好条件, 杜绝流沙的产生。目前化学加固的浆液主要采用, 黏土水泥浆、黏土水玻璃浆、水泥水玻璃浆、水泥粉煤灰混合物、丙凝Ac-Ms、铬木素以及无机试剂为固化剂的硅酸盐浆液等。注浆的方法主要有高压喷射法、灌浆法、电硅化法。针对本工程, 上述处理流沙的第一、二种方法均不适用, 原因是第一种方法要等合适的时间施工, 而本工程的工期不允许, 而且第一种方法在施工过程中不确定因素太多;第二种方法会引起铁路路基下沉。第三种方法较适用本工程, 原因是其一地质土层适用, 其二能满足工期要求, 其三施工简单且可靠度高, 所以本工程采用第三种方法来处理流沙的问题。具体做法是:在距箱体结构外侧1米的四周用灌浆法 (压密注浆法) 注水泥水玻璃浆液, 形成防渗帷幕来解决流沙问题。压密注浆孔距1米, 注浆压力控制在0.5~1Mpa, 由于铁路侧的注浆孔在铁路限界内, 所以铁路侧的注浆要在铁路天窗点内进行。 (2) 井壁下沉注意事项:A、表层应先开挖2米深左右, 然后再施工井壁。B、刃脚底部应先铺一层3cm厚的水泥砂浆, 预埋件留洞位置应预先安装好。C、侧壁分二次浇筑, 井壁的混凝土强度达到设计强度70%后方可开挖下沉。D、分段下沉时, 在接高井壁前, 应将既有的井壁调平, 进行调平时, 刃脚下开挖不可过深, 以免井壁突然下沉或倾斜, 接高时各节井壁的中轴线应相重合。E、开挖时应注意井筒内整个面积均匀对称地进行, 挖土速度应大致相等, 每次挖深一般为20~30cm;及时清除井内, 特别是刃脚处的树根.块石 (漂石) 等障碍物;如下沉困难, 应查原因, 采取适当措施。下沉重量还不够时, 可搭临时平台加荷重或采用减少井筒与土壤间摩阻力的润滑措施;当井筒下沉过快时, 应不挖.少挖刃脚下的土, 或在井筒壁外填粗糙集料, 增加阻力。F、沉井下沉中应加强观测, 并在下沉后进行检查, 如发现倾斜, 位移时应随时注意矫正。

3.4 为确保铁路行车安全, 在靠近箱相体结构的一段铁路还采用D16钢便梁进行加固。

4 结束语

本工程利用沉井施工工艺这一项成熟的技术解决了原设计的施工方案两个无法解决的问题, 使这个工程顺利地进行下去, 同时还节约了很多支护费用, 取得了很好的效果。通过本工程的实践表明, 沉井这一项技术在今天的铁路建设的某些特殊地段中有着不可替代的作用。

摘要：通过某铁路工程的具体实践, 表明沉井这一项技术在今天的铁路建设的某些特殊地段中有着不可替代的作用。

关键词：箱体结构,施工方案,沉井技术,应用

参考文献

[1] 段良策, 殷奇.沉井设计与施工.同济大学出版社;

[2] 建筑地基处理技术规范.中国建筑出版社