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【摘 要】通过一沉井案例,在制作期间发生的显著不均匀沉降现象,分析事故原因,提出应对措施,纠偏完成后,沉井顺利下沉。
【关键词】沉井的不均匀沉降;事故原因分析;纠偏;下沉
Drop shaft sinking construction technology probing
Liu Hong-zhou
(Shanghai Tongji Construction Project Management Consulting Co., Ltd. Shanghai 200092 )
【Abstract】Through a case which marked uneven settlement in drop shaft sinking, occured during the manufacture,analyzing the cause of the accident,and proposes some countermeasures ,andrectifies inclining, then completed the drop shaft sinking smoothly.
【Key words】The uneven settlement of a drop shaft sinking;Accident reason analysis; Rectification;Sinking.
1. 工程概况
1.1 设计要求。
某污水泵站位于上海市西南部,设计流量为0.485m3/s,共配备水泵4台。该泵站的泵房下部结构采用沉井。
自然地面标高为+4.500,沉井顶板面标高为+4.70,底板面标高为-4.00,刃脚底标高为-5.75,埋深9.0m,沉井总高度为10.45m。该沉井平面成矩形,东西长12.3m,南北宽8.1m,井壁厚650mm,底板厚500mm;结构形式为钢筋砼,砼强度等级为C25,抗渗等级为S6。
按设计要求:后浇段高1m,起沉标高为3.5m,采用排水下沉,下沉时带闭合框架,下沉时,最下节砼强度要达到设计强度等级的100%,最上节砼强度达到设计强度等级的70%。
1.2 工程地质。
根据地质勘察报告,地基土自上而下为第①1土填土,第②层粘土,第③层灰色粉质粘土,第⑤层粘土。拟建场地地下水属潜水类型,水位主要受地表水及大气降水影响,设计时按常年地下水位0.5m计算。
2. 施工概况
2.1 沉井施工工艺。
基坑水泥土搅拌桩基坑开挖深度2.75m砂垫层/素砼垫层立内模/立脚手架绑扎钢筋安置预埋件立外模/脚手架第一节砼浇筑砼养护第二节砼浇筑砼养护
第三节砼浇筑 砼养护破除素砼垫层下沉至设计标高干封底浇筑底板。
2.2 沉井制作方案。
该沉井井壁分三次制作,一次下沉。第一节制作高度为2.5m,标高为-5.75 ~ -3.25,主要为沉井刃脚、框架底梁及部分隔墙;第二节制作高度为5m,标高为-3.25 ~ +1.75,主要为沉井壁、框架梁及部分隔墙;第三节制作高度为1.75m,标高为+1.75 ~ +3.50,主要为沉井壁、框架梁及部分隔墙。下沉深度9.25m。
采取上述方案的主要原因是:基坑开挖深度为2.75m,基底处于第②层粘土,该标高处将做为刃脚基础的持力层,但是由于该层土承载力不高,沉井如果一次浇注到标高+3.50处,地基土难以承受沉井自重和施工荷载,有可能造成井壁砼在浇注过程中,突发不均匀沉降,甚至失稳等重大质量事故。
3. 事故情况
3.1 事故过程。
第一节沉井制作顺利,在砼强度达到设计强度后,才开始进行第二节制作,制作期间,定期沉降观测,没有明显沉降。基于沉降观察结果和为加快施工进度,施工单位决定改变施工工艺,将第二、三节砼一起浇注,砼浇注方量162m3。开始浇注时间为2007年9月30日12:00,浇注顺序由西向东顺时针方向分层浇注,每层厚度50cm,当浇注标高接近+3.00时,沉井突然开始出现轻微的不均匀沉降,由于起初沉降不明显且接近完成面标高,所以没有停止浇注,而是加快了浇注速度,于16:20分完成浇注。不均匀沉降发生后,现场加强了沉降观测,数据表明:不均匀沉降在短时内发展非常迅速。下表为几个典型时刻的沉降数据统计表,从中可以看出,沉降最大值为143.50cm,位于东北角,沉降最小值为5.00cm,位于西南角,相差138.50cm;从10月1日2:00时以后,沉降明显减缓,至10月1日8:00时,沉降趋于稳定。不均匀沉降导致沉井严重倾斜,东、西、西北、北立面的倾斜状况,见图1~图4。
4. 事故原因分析
4.1 工程地质勘察报告不准确。
事故发生后,对该处的工程地质情况重新进行了解:此处原是一个河塘,淤泥质土没有处理彻底,就回填土;而工程地质勘察报告没有反映出该问题,软弱下卧层是导致不均匀沉降发生的客观原因。事后沉井排水下沉时,发现在自然地面以下3.1~4.5m深度范围内,由西北到东北分布着层厚35cm~140cm左右不等的淤泥质土。
4.2 刃脚基础计算有误。
刃脚基础采用C20砼垫层和砂垫层,其中砼垫层厚度为15cm,宽度为0.6m;砂垫层厚度为0.6m,宽度为1.2m。施工单位在进行基础承载力计算时,荷载取值只考虑沉井自重,没有考虑施工荷载,如模板及支撑重量、砼浇注时产生的侧压力、施工人员和机具的重量等,且沉井自重取值为99.65KN/m,取值偏小。同时,砂垫层因未采用振动棒加饱和水法进行密实,致使压实系数偏低,但承载力仍按180KPa,取值偏高。因此基础计算有误,是导致不均匀沉降发生的技术原因。
4.3 施工组织安排不当。
前面讲到,为防止在沉井制作过程中,出现突然的不均匀沉降,施工组织设计采用三次制作,一次下沉的施工工艺,这样不但可以降低砼一次性浇注的高度,减小井壁砼侧压力,同时可以充分利用第三节以下结构的砼强度(强度已达到设计要求),来平衡不均匀沉降的不利影响。但实际情况是,施工单位为了加快施工进度,没有按施工组织设计施工,而是采取了第二、三节一次制作的方法,增大井壁砼侧压力,也导致地基内附加应力增加。这是导致不均匀沉降发生的组织原因。
这起事故的发生,是上述多种因素共同作用的结果,虽然没有造成重大经济损失(后来定性为质量未遂事故),但是显著的不均匀沉降着实令人后怕。
5. 事故处理
不均匀沉降突发后,及时采取了以下措施:
5.1 加强沉降观测频率,尤其是在沉降稳定以前,每半小时观测一次;
5.2 沉降发生时,由于砼浇注工作已接近结束,采取了加快浇注速度的措施;
5.3 对井壁模板的支撑系统进行加固,防止因倾斜造成的爆模现象发生;
5.4 拆除部分外脚手架,减少作用在基坑的附加荷载;
5.5 在现场设置紧急隔离带和警示牌,并安排人员24小时值班,严禁无关人员进入。
应该说,上述措施对防止事态的进一步扩大起到了一定的作用。10月7日开始拆除井壁模板,现场检查表明砼外观质量良好,未发现裂缝,使用过程中,也未见井壁渗水现象。
6. 沉井下沉
6.1 施工方法。
沉井四周采用ф700的双轴深层搅拌桩进行土体加固和兼做止水帷幕,有效阻止地下水对沉井下沉的不利影响,所以未按设计要求采用排水下沉的施工方法,而是采用不排水下沉,直接在施工井内布置一支高压水枪和一台吸泥泵,高压水泵提供高压射水,冲刷土层,形成泥浆并流至集泥坑,泥浆通过吸泥泵吸出,由泥浆管统一排放到泥浆池,经过沉淀池沉淀后,再循环利用。
6.2 下沉过程。
不均匀沉降造成沉井刃脚的西南角高、东北角低的严重倾斜现象,所以先进行纠偏,采取措施为:冲土前,按照对称和先井外后井内的原则,凿除刃脚底部的砼垫层。外侧砼垫层凿除后,立即用砂回填低刃脚部位的基坑(东北部分),以增加摩阻力,减缓下沉速度。冲土开始后,首先在刃脚高的一侧即西南区域加强取土,东北区一侧少挖或不挖土,挖土过程中,始终坚持从中间向周边,均衡对称地进行,逐步地将偏斜纠正,沉井下沉2m时,已基本正位,下沉3m时,已完全正位。
沉井正位后,每层挖土厚度不超过50cm,在刃脚处留1.2~1.5m宽土台,用人工分段逐层向刃脚方向切削,每层5~15cm,土垅挡不住刃脚的挤压而破裂时,沉井便在自重作用下,破土下沉。刃脚下土方做到边挖边清理。在离设计深度50cm左右时,停止取土,依自重下沉至设计标高。
沉井下沉过程中,进行全过程的沉降及扭转观测,根据测量资料及时纠偏。10月13日沉井开始下沉,11月5日沉至设计标高-5.75,共下沉9.25m,累计进行24天,平均每天下沉38.54cm。
7. 结论
7.1 工程地质勘察报告必须要详实准确,必须探明沉井深度范围内以及底板以下一定深度内,是否有软弱下卧层,施工组织设计必须针对刃脚基础以下的软弱下卧层进行验算,以保证沉井制作过程稳定,下沉过程中要根据软弱下卧层的分布情况,提前作好准备工作。
7.2 刃脚基础的荷载取值要准确,必须要包含各种施工荷载,刃脚基础形式要根据地耐力和荷载重量,计算后确定。
7.3 在上海不良地质条件地区,沉井采用不排水法下沉时,沉井基坑周围的地基,可采用水泥土搅拌桩进行加固并兼做止水帷幕,实践证明对保证沉井在制作和下沉过程的稳定,是一种非常好的技术措施。
[文章编号]1006-7619(2010)06-29-607
[作者简介] 刘红周(1970-),男,上海同济工程项目管理咨询有限公司。
【关键词】沉井的不均匀沉降;事故原因分析;纠偏;下沉
Drop shaft sinking construction technology probing
Liu Hong-zhou
(Shanghai Tongji Construction Project Management Consulting Co., Ltd. Shanghai 200092 )
【Abstract】Through a case which marked uneven settlement in drop shaft sinking, occured during the manufacture,analyzing the cause of the accident,and proposes some countermeasures ,andrectifies inclining, then completed the drop shaft sinking smoothly.
【Key words】The uneven settlement of a drop shaft sinking;Accident reason analysis; Rectification;Sinking.
1. 工程概况
1.1 设计要求。
某污水泵站位于上海市西南部,设计流量为0.485m3/s,共配备水泵4台。该泵站的泵房下部结构采用沉井。
自然地面标高为+4.500,沉井顶板面标高为+4.70,底板面标高为-4.00,刃脚底标高为-5.75,埋深9.0m,沉井总高度为10.45m。该沉井平面成矩形,东西长12.3m,南北宽8.1m,井壁厚650mm,底板厚500mm;结构形式为钢筋砼,砼强度等级为C25,抗渗等级为S6。
按设计要求:后浇段高1m,起沉标高为3.5m,采用排水下沉,下沉时带闭合框架,下沉时,最下节砼强度要达到设计强度等级的100%,最上节砼强度达到设计强度等级的70%。
1.2 工程地质。
根据地质勘察报告,地基土自上而下为第①1土填土,第②层粘土,第③层灰色粉质粘土,第⑤层粘土。拟建场地地下水属潜水类型,水位主要受地表水及大气降水影响,设计时按常年地下水位0.5m计算。
2. 施工概况
2.1 沉井施工工艺。
基坑水泥土搅拌桩基坑开挖深度2.75m砂垫层/素砼垫层立内模/立脚手架绑扎钢筋安置预埋件立外模/脚手架第一节砼浇筑砼养护第二节砼浇筑砼养护
第三节砼浇筑 砼养护破除素砼垫层下沉至设计标高干封底浇筑底板。
2.2 沉井制作方案。
该沉井井壁分三次制作,一次下沉。第一节制作高度为2.5m,标高为-5.75 ~ -3.25,主要为沉井刃脚、框架底梁及部分隔墙;第二节制作高度为5m,标高为-3.25 ~ +1.75,主要为沉井壁、框架梁及部分隔墙;第三节制作高度为1.75m,标高为+1.75 ~ +3.50,主要为沉井壁、框架梁及部分隔墙。下沉深度9.25m。
采取上述方案的主要原因是:基坑开挖深度为2.75m,基底处于第②层粘土,该标高处将做为刃脚基础的持力层,但是由于该层土承载力不高,沉井如果一次浇注到标高+3.50处,地基土难以承受沉井自重和施工荷载,有可能造成井壁砼在浇注过程中,突发不均匀沉降,甚至失稳等重大质量事故。
3. 事故情况
3.1 事故过程。
第一节沉井制作顺利,在砼强度达到设计强度后,才开始进行第二节制作,制作期间,定期沉降观测,没有明显沉降。基于沉降观察结果和为加快施工进度,施工单位决定改变施工工艺,将第二、三节砼一起浇注,砼浇注方量162m3。开始浇注时间为2007年9月30日12:00,浇注顺序由西向东顺时针方向分层浇注,每层厚度50cm,当浇注标高接近+3.00时,沉井突然开始出现轻微的不均匀沉降,由于起初沉降不明显且接近完成面标高,所以没有停止浇注,而是加快了浇注速度,于16:20分完成浇注。不均匀沉降发生后,现场加强了沉降观测,数据表明:不均匀沉降在短时内发展非常迅速。下表为几个典型时刻的沉降数据统计表,从中可以看出,沉降最大值为143.50cm,位于东北角,沉降最小值为5.00cm,位于西南角,相差138.50cm;从10月1日2:00时以后,沉降明显减缓,至10月1日8:00时,沉降趋于稳定。不均匀沉降导致沉井严重倾斜,东、西、西北、北立面的倾斜状况,见图1~图4。
4. 事故原因分析
4.1 工程地质勘察报告不准确。
事故发生后,对该处的工程地质情况重新进行了解:此处原是一个河塘,淤泥质土没有处理彻底,就回填土;而工程地质勘察报告没有反映出该问题,软弱下卧层是导致不均匀沉降发生的客观原因。事后沉井排水下沉时,发现在自然地面以下3.1~4.5m深度范围内,由西北到东北分布着层厚35cm~140cm左右不等的淤泥质土。
4.2 刃脚基础计算有误。
刃脚基础采用C20砼垫层和砂垫层,其中砼垫层厚度为15cm,宽度为0.6m;砂垫层厚度为0.6m,宽度为1.2m。施工单位在进行基础承载力计算时,荷载取值只考虑沉井自重,没有考虑施工荷载,如模板及支撑重量、砼浇注时产生的侧压力、施工人员和机具的重量等,且沉井自重取值为99.65KN/m,取值偏小。同时,砂垫层因未采用振动棒加饱和水法进行密实,致使压实系数偏低,但承载力仍按180KPa,取值偏高。因此基础计算有误,是导致不均匀沉降发生的技术原因。
4.3 施工组织安排不当。
前面讲到,为防止在沉井制作过程中,出现突然的不均匀沉降,施工组织设计采用三次制作,一次下沉的施工工艺,这样不但可以降低砼一次性浇注的高度,减小井壁砼侧压力,同时可以充分利用第三节以下结构的砼强度(强度已达到设计要求),来平衡不均匀沉降的不利影响。但实际情况是,施工单位为了加快施工进度,没有按施工组织设计施工,而是采取了第二、三节一次制作的方法,增大井壁砼侧压力,也导致地基内附加应力增加。这是导致不均匀沉降发生的组织原因。
这起事故的发生,是上述多种因素共同作用的结果,虽然没有造成重大经济损失(后来定性为质量未遂事故),但是显著的不均匀沉降着实令人后怕。
5. 事故处理
不均匀沉降突发后,及时采取了以下措施:
5.1 加强沉降观测频率,尤其是在沉降稳定以前,每半小时观测一次;
5.2 沉降发生时,由于砼浇注工作已接近结束,采取了加快浇注速度的措施;
5.3 对井壁模板的支撑系统进行加固,防止因倾斜造成的爆模现象发生;
5.4 拆除部分外脚手架,减少作用在基坑的附加荷载;
5.5 在现场设置紧急隔离带和警示牌,并安排人员24小时值班,严禁无关人员进入。
应该说,上述措施对防止事态的进一步扩大起到了一定的作用。10月7日开始拆除井壁模板,现场检查表明砼外观质量良好,未发现裂缝,使用过程中,也未见井壁渗水现象。
6. 沉井下沉
6.1 施工方法。
沉井四周采用ф700的双轴深层搅拌桩进行土体加固和兼做止水帷幕,有效阻止地下水对沉井下沉的不利影响,所以未按设计要求采用排水下沉的施工方法,而是采用不排水下沉,直接在施工井内布置一支高压水枪和一台吸泥泵,高压水泵提供高压射水,冲刷土层,形成泥浆并流至集泥坑,泥浆通过吸泥泵吸出,由泥浆管统一排放到泥浆池,经过沉淀池沉淀后,再循环利用。
6.2 下沉过程。
不均匀沉降造成沉井刃脚的西南角高、东北角低的严重倾斜现象,所以先进行纠偏,采取措施为:冲土前,按照对称和先井外后井内的原则,凿除刃脚底部的砼垫层。外侧砼垫层凿除后,立即用砂回填低刃脚部位的基坑(东北部分),以增加摩阻力,减缓下沉速度。冲土开始后,首先在刃脚高的一侧即西南区域加强取土,东北区一侧少挖或不挖土,挖土过程中,始终坚持从中间向周边,均衡对称地进行,逐步地将偏斜纠正,沉井下沉2m时,已基本正位,下沉3m时,已完全正位。
沉井正位后,每层挖土厚度不超过50cm,在刃脚处留1.2~1.5m宽土台,用人工分段逐层向刃脚方向切削,每层5~15cm,土垅挡不住刃脚的挤压而破裂时,沉井便在自重作用下,破土下沉。刃脚下土方做到边挖边清理。在离设计深度50cm左右时,停止取土,依自重下沉至设计标高。
沉井下沉过程中,进行全过程的沉降及扭转观测,根据测量资料及时纠偏。10月13日沉井开始下沉,11月5日沉至设计标高-5.75,共下沉9.25m,累计进行24天,平均每天下沉38.54cm。
7. 结论
7.1 工程地质勘察报告必须要详实准确,必须探明沉井深度范围内以及底板以下一定深度内,是否有软弱下卧层,施工组织设计必须针对刃脚基础以下的软弱下卧层进行验算,以保证沉井制作过程稳定,下沉过程中要根据软弱下卧层的分布情况,提前作好准备工作。
7.2 刃脚基础的荷载取值要准确,必须要包含各种施工荷载,刃脚基础形式要根据地耐力和荷载重量,计算后确定。
7.3 在上海不良地质条件地区,沉井采用不排水法下沉时,沉井基坑周围的地基,可采用水泥土搅拌桩进行加固并兼做止水帷幕,实践证明对保证沉井在制作和下沉过程的稳定,是一种非常好的技术措施。
[文章编号]1006-7619(2010)06-29-607
[作者简介] 刘红周(1970-),男,上海同济工程项目管理咨询有限公司。