某泵房沉井流砂事故分析与处理

第8期（总第208期)工程应用_
某泵房沉井流砂事故分析与处理
史明忠
(泉州市鲤城区交通和市政公用事业管理局，福建泉州362000)
摘要介绍了某泵房沉井施工遇流砂事故，分析了主要原因是沉井内外水力坡降超过了引起流砂的临界水力坡降，提出了相对应的处理方案，对流砂地层施工沉井具有一定的指导意义。

关键词沉井；流砂;拉伸钢板桩；高压旋喷桩
0引言
沉井法又称沉箱凿井法。

沉井就是在垂直方向上，将各
种形状的井筒(沉井)边排土边沉人地下，最后固定在预定的
地层中，形成地下建(构)筑物的施工技术。

沉井沉至地下水
位以下，从沉井中直接开挖下沉经常容易引起沉井内外出现
水头差，导致出现流砂现象。

因而引起沉井下沉过快、沉井倾
斜，以致影响周边构筑物的安全，也给施工带来极大困难。

结合某栗房沉井施工程实例，剖析出现流砂破坏的主要
原因，并通过方案比较分析选择钢板桩止水帷幕、过程不排
水以及水下灌注混凝土封底等技术措施，最终成功处理流砂
事故，工程得以顺利完成。

1基本理论
当水力坡降(水头差)增大到某一数值即临界水力坡降
时，即向上的渗透力克服了向下的重力时，土体就会浮起或
受到破坏，俗称流土(流砂)。

按照《建筑基坑支护技术规程》JG J120-2012规定，悬挂式截水帷幕底端位于碎石土、砂土或粉土含水层时，对均质含水层，地下水渗流的流土稳定性应符合下式规定：
式中:为流土稳定安全系数，安全等级为一、二、三级的支护结构，分别应不小于1.6、1.5、1.4;为截水帷幕在坑底以下的插人深度（m);^为潜水面或承压水含水层顶面至基坑底面的土层厚度(m);Y'为土的浮重度(kN/m3);△h为基坑内外的水头差(m);为水的重度(kN/m3)。

2工程概况
2.1沉井设计
污水提升栗房位于泉州某区旧城区，四周紧邻厂房、围墙。

泵房沉井尺寸为15m(长）x10m(宽）x11m(深），± 0.00=5.30m，沉井底板底标高-5.70m，沉井基础底部采用高压旋喷桩满堂布置，处理深度6m穿过中砂进人卵石层(详图1沉井剖面图）。

场地属冲洪积、海积小平原地貌，根据钻探揭示，场地岩土体依据其成因类型及工程性能自上而下分为6层，地层分布情况如图1所示。

场地内地下水按其埋藏条件和性质可分为上部土层孔隙型潜水、中部砂层承压水和下部岩体风化带孔隙裂隙承压水三种类型，其中中部和下部的承压水有一定的水力联系。

中下部含水层为中砂和卵石，承压水水位埋深为4.3m，水位标高1.0m，属弱承压水。

中砂和卵石层其渗透性及富水性均较好，该层地下水主要受同层侧向补给，往低压处排泄。

3事故分析
为了减少对周边建(构)筑物的影响，没有进行降水，利用沉井自身结构围护。

当沉井挖土下沉至地面下5.5m深度时，发现井底出现大量涌水涌砂现象，沉井下沉困难且发生倾斜，周边地面出现沉陷、开裂，西侧围墙和厂区门卫室出现裂缝和倾斜，最大位移量25~34mm，不均匀沉降20~ 30mm，沉井暂停施工，及时采取了回填应急措施。

引起流砂事故发生的根本原因是：由于沉井内排土降水造成沉井内外较大的水头差，致使水力坡度大于引起流砂的临界水力坡度，又因中砂渗透系数大，含水量大，所以流砂现
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■工程应用2018年
象严重。

3.1忽视不利工况导致地下水失控
沉井设计没有对施工全过程不利工况分别进行渗透稳
定验算。

经分析，在无止水帷幕、无降水条件下，沉井不利工
况:沉井穿过淤泥进人中砂层、沉井至设计标高封底前。

工况
一：当沉井穿过淤泥进人中砂层时，应当验算承压水作用下
的坑底突涌稳定性;工况二:沉井至设计标高封底前，应验算
地下水渗流的流土稳定性。

工况一:事故发生在深度5.5m，即沉井穿过淤泥进人中
砂层时，靠沉井内土体自重来平衡承压水渗透力。

按规程
JG J120要求，在承压水作用下(未设帷幕）的坑底突涌稳定性
(参数略），D=1.2m，Y=15.8kN/m3，hw=3m，Yw =9.8kN/m3可得=1.07<1.1，坑底发生突涌。

工况二:沉井至设计标高封底前，将沉井侧壁和刃脚作为悬挂式截水帷幕，按规程JG J120验算地下水渗流的流土稳定性。

按式（1)计算如下：流土稳定安全系数Kf=
(~d△h~1 )Y，其中=2m，Dj=3m，Y'=8kN/m3,A h=5.7m,
=9.8kN/m3,可得Kf=1.0<1.6(不满足规范要求），故会发生流土破坏，需补充采取地下水控制措施。

3.2 土方开挖不当造成沉井倾斜，加剧突涌和流砂
①受土层影响沉井困难，土方开挖没有采取在沉井内预留足够厚度的土体来平衡承压水作用。

②受沉井空间限制，土方开挖没能按分层均衡进行，沉井一侧进人中砂一侧尚在淤泥，造成沉井下沉速度不一致，最终沉井倾斜。

在沉井下沉快的一侧进人砂层，造成大量砂土涌人井内，周边地面出现沉塌开裂，围墙和门卫室各角点沉降差较大。

3.3沉井底部高压旋旋喷桩作用受限
沉井底部高压旋喷桩既作为复合地基，又形成水平帷幕。

但因基于开挖和造价考虑，高压旋喷桩在沉井底板以上都是采用空孔不喷浆处理，故此在沉井施工过程其对地下水渗透影响不大。

3.4对承压水位监测不及时
在沉井施工过程中刚好遇雨季，监测工作有所滞后。

根据事后观测资料显示地下水位都有所升高，中部砂层承压水头已高于地勘报告提供水头值。

这样，无疑是增大了沉井内外水头差，而又没能及时反馈给设计院进行修正，也是造成沉井流砂的因素。

4事故处理方案分析及效果
经技术论证后，采用增设止水帷幕、预纠偏、不排水及水下浇捣混凝土等处理措施，如图2所示。

4.1增设止水帷幕
结合地勘报告及现场实际情况，将设计方案更改为在沉
图2拉森钢板桩处理图
井外围增加拉森钢板桩（桩型号为SP-U400 x160x16,深15m)作为止水帷幕，结合原已设计施工的底部高压旋喷桩处理，这样四周帷幕加底部封底组合形成“五面”封闭止水。

施工过程中，在不利工况下地下水也能得到有效控制。

若考虑部分高压旋喷桩成桩效果差，与拉森钢板桩贴合不紧密，最不利工况按式（1)计算如下：流土稳定安全系数瓦^
(21<1+1:1)7，其中L=5m，D^Sm/y^SkN/m3,A h=5.7m, =9.8kN/m3,可得Kf=1.7>1.6(满足规范要求），不会发生流土破坏。

4.2沉井纠偏
设计变更后，施工单位按设计修改方案的先施工拉森钢板桩，采用掏土纠偏法，不同步分层开挖，先挖出前阶段下沉较慢一侧土方，在沉井顶四周埋点并进行观测，待沉降稳定后再向下开挖。

根据观测结果逐步调整四侧挖土进度，沉井在完成纠偏后基本能顺利下沉到位。

4.3采用水下浇捣混凝土进行封底
考虑到拉森钢板桩与高压旋喷桩贴合不均勻以及卵石可能影响高压旋喷桩成桩效果，安全起见在沉井底板下增加了混凝土垫层。

下沉到位后，多凿除15〜20cm高压旋喷桩桩头，并采用水下封底形式，即对沉井内水先不排掉，采用水下浇灌素混凝土进行封底，待封底混凝土达到设计强度后，再抽除沉井内的积水，浇筑钢筋混凝土底板。

4.4加强监测
在沉井结构及周边3倍范围内的围墙、道路，重新埋设沉降、测斜观测点，加大监测频率，调整预警值，加强监测。

在沉井施工期间及后期一段时间，没有发生其他异常，此后变形值均在规范允许范围内。

观测频率:沉井施工期间，按1次/d;其余时间按1~3d测一次。

预警值：水平或沉降大于3m m/d或累计大于25mm。

4.5处理效果
经上述处理措施后，流砂现象得以制（下转第37页）
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第8期（总第208期)规划设计_
政舱按400m作为一个通风区间，燃气舱按200m作为一个通风区间。

每个通风分区两端分别设置进风口及排风口。

市政舱管廊内按平时通风换气次数不小于3次/h，事故后排烟换气次数不小于6次/h设计;燃气舱管廊内按平时通风换气次数不小于6次/h，事故后排烟换气次数不小于12次/h设计。

5.2消防系统
本工程综合管廊市政舱内部的电缆保护及进/排风口二层电气控制室的保护均设置超细干粉自动灭火系统，前者为局部保护应用系统，后者为全淹没式保护应用系统。

综合管廊的防火门处及吊装口、进/排风口、逃生口下方均设置手提式磷酸铵盐干粉灭火器，每处设置2具，型号为MF/ABC5，充装5kg灭火剂。

5.3供电照明系统
本工程综合管廊燃气舱通风排烟机、消防设备、监控与报警设备、应急照明设备为二级负荷;一般照明、检修插座箱及其余用电设备为三级负荷。

本工程综合管廊市政舱一般照明及应急照明均采用7W LED线型灯，燃气舱一般照明及应急照明均采用5W LED线型灯，沿综合管廊顶布置，吸顶安装，以应急照明布灯为基础，每两盏应急照明灯中间设置2 盏一般照明灯具，布灯间距为6m。

5.4监控系统
本工程综合管廊监控系统包括:设备监控系统、安全防范系统、无线通信系统、报警系统等，其为综合管廊的正常运行提供保障，增强综合管廊的安全可靠性。

5.5排水系统
本工程综合管廊设计排水规模主要考虑排除雨水及其它渗漏水为主。

综合管廊按每200m设置防火分区，在每个防火分区适当位置设置集水坑，内设潜水排污泵，以排除各自
防火分区的积水。

市政舱及燃气舱每个集水井均设置2台，潜水排污泵，一用一备，互为备用，紧急情况可同时开启。

燃气舱采用防爆型潜水排污泵。

潜水排污泵的开停由设于集水坑内的液位继电器控制，高液位开泵，低液位停泵，超高液位报警。

5.6标识系统
本工程综合管廊根据标识在管廊中提供的信息及设置方式的不同，对管线类标识、指示类标识、管理类标识、安全类标识四个部分进行设计。

6结论
本工程同新路为现状既有道路，目前承担了大量交通量，需结合其道路市政化改造契机进行同步建设，降低了道路的二次建设，集约管线分布。

在既有道路建设综合管廊的施工要求较高、施工难度较大，本工程采用胶接+预应力拼装工艺，保证了施工进度，提高了施工质量，为今后的类似综合管廊建设条件积累了经验。

参考文献
[1]范翔.城市综合管廊工程重要节点设计探讨[J].给水排水，
2016,42(1):117—121.
[2]城市综合管廊工程技术规范：GB 50838-2015[S].北京：中
国计划出版社，2015.
[3]张国兴.厦门市集美大道综合管廊的设计与施工要点[J].福
建建材，2016(7):66-67.
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止，沉井纠正并顺利施工到设计标高，周边道路和围墙变形较小，沉降1~3mm，位移1~2mm，沉降、位移稳定如图3沉井下沉、监测点变化曲线。

图3沉井下沉、监测点沉降曲线
5结语
该项目地质情况复杂，强透水砂层厚度达15m，地下水位高且属于承压水，周边道路狭小，建(构)筑物对沉降影响比较敏感，对支护要求高、施工难度大。

当初设计方案为了降低造价，对沉井施工过程中最不利工况考虑不周全，给后期施工留下安全隐患。

综上所述，设计沉井时应考虑下沉全过程各不利工况下的地下水渗透稳定问题，若发生沉井流砂事故，采用拉森钢板粧止水帷幕、过程不排水以及水下灌注混凝土封底技术处理措施是可行的，处理效果好且对周围影响较小。

参考文献
[1]建筑基坑支护技术规程:JG J120-2012[S].北京：中国建筑
工业出版社，2012.
[2]刘国彬，王卫东.基坑工程手册：第2版[M].北京：中国建
筑工业出版社，2009.
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