由於城市建設受大型地下管線、建築物等障礙物的影響,無法進行大規模開挖施工,給設計和施工帶來很大困難。經過多種方案論證後,將沈井施工技術應用於熱室施工。
沈井下沈是沈井施工階段的主要施工工序。考慮到我國目前的土建施工技術和施工設備水平,排水控制沈井下沈是壹種理想的施工方法。因為這種施工方法作業條件好,挖土準確,易於控制和糾偏,容易發現和清除土層中的障礙物,並能直接檢查地基的土質,可以進行幹封。采用這種施工方法,沈井在下沈過程中經常出現突然下沈、偏斜、緩慢下沈和不下沈的情況。這些現象往往與沈井所在的土質以及出現的“流沙”有關。流沙發生時,土體完全失去承載力,不僅造成施工困難,流沙嚴重時還會造成地基邊坡坍塌,附近建築物也會因為地基被掏空而下沈、傾斜甚至倒塌。因此,流砂的防治在沈井施工中起著非常重要的作用。根據分析,流沙壹般出現在以下土層中:
(1)土層中壤土或粉砂層厚度大於> 25cm;
(2)粉砂層中,粘粒含量小於10%,粉粒含量大於75%的土層;
(3)土壤含水量大於30%;
(4)土壤孔隙度大於43%。地下水動水壓力的水力梯度越大(即水位差越大),發生流沙的可能性越大。壹般當可能出現流沙的土層開挖深度超過地下水位0.5 m時,就會出現流沙。
2處理流沙土的施工方法在壹定條件下轉化為流沙。
如果我們改變動水壓力的大小和方向,或者試圖改變沈井邊緣周圍上下層土的物理力學性質,就可以把流沙變成穩定土。沈井施工中處理流砂有三種方法:壹是盡量降低動水壓力,二是盡量使動水壓力向下,三是通過化學固結形成防滲帷幕。
2.1降低動水壓力的施工方法
2.1.1爭取在全年最低水位季節施工。如果地下水位以下的土屬於以上四種可能引起流沙的土,可以爭取在全年最低水位季節施工。因為地下水位低時,沈井內外水位差小,所以動水壓力降低。即沈井下沈施工過程中不易出現流沙,至少可以減少流沙,從而達到順利施工的目的。
2.1.2拋大石頭沈井下沈施工中,如果出現流沙,沈井下沈緩慢甚至不沈,往往先在井底拋大石頭,以增加土壓力,降低動水壓力。先減少或防止流沙,再組織挖掘,使挖掘速度超過取砂速度,迫使沈井繼續下沈。挖到標高後,馬上鋪蘆葦墊,扔大石頭壓住流沙。這種方法對解決局部或輕微流沙是有效的。如果井裏的沙子很快冒出來,土壤完全失去承載力,扔進井裏的石頭就會陷進井裏的土壤裏,無法阻擋流沙。
2.1.3沈井下沈過程中,若出現流沙或上述方法處理效果不理想,可采用不排水法施工。即使沈井內外在同壹高度(同壹標高),通過潛水或機械抓鬥挖掘,使井內水壓與井外地下水壓力平衡,防止流沙產生,從而使沈井繼續下沈。
2.2沈井下沈施工中,向下動水壓力施工方法導致流沙。如果沈井所在地層的地質條件和施工條件較好,可采用井點降水施工方法。井點降水主要是降低沈井外的地下水位,使動水壓力向下,從而有效地整治流沙。這種方法應用廣泛,但如果井點施工質量差,井點降水就會無效,給工程和附近建築物的沈降帶來不利影響。
目前常用的井點降水設備有輕型井點、管井點、深井點、噴射井點和電滲井點,可根據不同的滲透系數、降水深度和工程特性進行選擇。
2.2.1輕型井點法輕型井點法是在沈井周圍埋設許多直徑較小的井點管進入地下含水層,井點管的上端通過彎管與主管連接,用抽水設備從井點連續抽出地下水,使原來的地下水位降低到坑底以下。
目前輕型井點抽水設備已經定型,主要設備包括井點管(含濾水管)、幹管和抽水設備。抽水設備應布置在地下水的上遊和主管道的中間,以發揮其作用。