浅谈顶管施工中沉井下沉中流沙的处理方法

摘要: 根据流沙形成的机理，介绍沉井下沉中几种处理流沙的常用方法。

关键词: 沉井施工；流沙处理；施工方法

Abstract: according to the mechanism of formation of the quicksand, this paper introduces several kinds of processing in open caisson sinking the commonly used method quicksand.

Keywords: open caisson construction; Quicksand processing; Construction method

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

1、流沙对沉井施工的影响

顶管施工中工作坑是顶管的前道工序。在土质不好的情况下沉井是比较理想的施工方法。沉井下沉是沉井施工过程的主要工序，其方法多种多样，通常采用排水下沉，这是比较理想的施工方法。因为该施工方法劳动条件好，挖土准确，容易控制和纠偏，土层中如有障碍物则易发现和排除，且能直接检查地基土质情况，可进行干封底。采用这种施工方法，沉井在粉、细沙土层下沉时，经常会遇到流沙的现象，对沉井施工影响很大：（1）沉井会出现突沉、偏斜、下沉过慢和不下沉等现象；（2）在沉井下沉过程中，由于井内大量抽水，流沙将随地下水大量涌进井内。此时，井内的涌沙是由井外的沙土来补充，一般在出现流沙现象后，井内的土面将始终保持一定的标高，随挖随涌，而井外的地面却出现大量坍塌现象。因此，预防和处理流沙具有十分重要的作用。

2、流沙产生的主要原因

从土的物理学特性指标介绍流沙形成具体条件：

（1）在地下水位以下的亚沙或粉、细土层厚度>25cm时；

（2）颗粒级配中布均匀系数Ku＝d60/d10

（3）含水量w>30%~40%；

（4）土的孔隙率n>43%；

（5）土的颗粒组成中，粘粒（粒径d>0.005mm）含量小于10％，粉粒（粒径d=0.005mm~0.05mm）含量大于75％；

土具有上述性质是产生流沙现象根据。但具有上述性质的土不一定会产生流沙现象，还必须具有一定的地下水的动水压力。地下水的动水压力的水头梯度愈大，为产生流沙现象提供的条件愈充分，当水头梯度达到临界水头时才会产生流沙现象。

3 处理流沙的施工方法

土因水头梯度的大小或方向转化为流沙，所以处理流沙的基本方法是：改变水头梯度的大小或方向；也可以设法改变沉井刃脚上下土质物理力学性质可将流沙转变为稳定土。在沉井施工中处理流沙的途径有：减小动水压力；改变动水压力方向；注浆固结形成防水层。

3.1 减小动水压力的施工方法

3.1.1 争取在全年最低水位季节施工

因为地下水位低时，沉井内外水位差小，所以动水压力减小。即在沉井下沉施工过程中也就不易发生流沙，至少也可以减轻流沙，从而达到顺利施工的目的。

3.1.2 土体加压

在沉井下沉施工过程中，如果出现了流沙，沉井下沉缓慢甚至不下沉，往往首先向井底抛下大石块，来增加土的压重，减小动水压力。先减小或阻止流沙出现，然后即组织抢挖，使挖土速度超过冒沙速度，迫使沉井继续下沉，挖至标高后立即铺设芦席并抛大石块把流沙压住，此法用以解决局部或轻微流沙是有效的。

3.2 使动水压力向下的施工方法

在沉井下沉施工过程中出现了流沙，如果沉井所处位置地层的地质情况和施工条件较好，可采用井点降水施工方法。井点降水主要是降低沉井外地下水位，使其动水压力方向朝下，因而也就较有效地整治流沙。此法采用较广，但是如果井点施工质量不良，会给沉井地表带来不良影响。目前常用的井点降水设备有，轻型井点、深（管）井井点、供不同渗透系数、降水深度和工程特点选用。

3．2．1 轻型井点法

轻型井点法是在沉井的四周将许多直径较细的井点管埋入地下蓄水层中，井点管的上端通过弯联管与总管相连接，利用抽水设备将地下水从井点内不断抽出，这样便可将原有地下水位降低至坑底以下。

目前，轻型井点抽水设备已有定型产品，主要设备包括：井点管（包括滤管）、总管和抽水设备等。抽水设备宜布置在地下水的上游，并设在总管的中部，以发挥其最大效能。

3．2．2 深（管）井井点法

在遇有流沙的情况，除采用轻型井点外，采用管井井点，特别是在土的渗透系数大，地下水比较丰富的土层中，采用轻型井点解决不了的问题时，宜采用管井井点法。

深（管）井井点是在沉井周围每隔一定距离设一个管井，每个管井单独用一台抽水泵不断地抽水，从而降低地下水位。根据管井的材料，管井可分为金属管、竹木管与混凝土管等。管井的埋设宜采用泥浆护壁钻孔法。

3．3注浆固结形成竖向防水层的施工施工方法

利用浆液或胶黏剂，通过压力灌注到沉井刃脚下的土层，而将土粒胶黏起来，以改善沉井刃脚下土层的物理力学性质。其主要目的不仅是提高土层的力学强度和变形模量，而且还能降低土的渗透性，减小地下水的渗流量，提高土的抗剪强度和抗渗能力，使其在沉井下形成一层新的闭合防水层，截阻地下水流和治理流沙，使沉井能继续下沉施工，或者预先通过注浆加固沉井下沉位置附近可能出现流沙的土层，以形成强度高，抗渗力好的新土层，从而为日后沉井下沉施工创造良好条件，杜绝流沙的产生。注浆加固能否得到预期的效果主要决定于能否根据各土层具体土质条件，选择适当的浆液和有效的施工工艺。

3．3．1 高压喷射注浆法

利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以高压设备使浆液成为20米左右的高压流从喷嘴中向四周围喷射，冲击破坏土体，使土粒与浆液混合。旋喷时，喷嘴一面喷射一面旋转和提升，胶结硬化后，即在土层中形成直径比较均匀的圆柱体，当旋转喷射位置环绕沉井一定的均匀距离施工时，便成一个闭合的防水层。高压旋喷法的主要设备是高压脉冲泵和带有特殊喷嘴的钻头。其他设备有钻机和浆液搅拌机等。喷射注浆的基本方法有：单管法、二重管法和多重管法。

3．3．2 灌浆法

用气压、液压把某些能固化的浆液注入沉井位置下的土层中，以改善土层的物理力学性质，它是一种静态的高压喷射注浆法，其中以“袖阀管法”较为先进。其施工工艺是：钻孔插入袖阀管，浇注套壳料，灌浆，有时也采用边钻孔边灌浆的施工方法。

四、结束语

流沙的处理方法应根据地质特点而定，在实际的处理过程中并非采用单一的处理方法，而是2～3种结合使用，从而达到预期效果。

参考文献：

[1]段良策殷奇.沉井设计与施工[M].同济大学出版社，2006年.

[2]江正容.建筑施工计算手册[M].中国建筑工业出版社，2001年.

[3]刘大鹏尤晓.土力学[M].清华大学出版社、北京交通大学出版社，2005年.

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