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第第頁水中沉井下沉過程中井壁坍塌原因分析及處理措施(1)事故概況某大橋采用倒圓角的矩形沉井基礎(chǔ),沉井井身頂面平面尺寸為86.9m×58.7m,布置為24個12.8m×12.8m井孔,沉井總高115m。沉井吸泥下沉與接高交替進行,沉井下沉采取空氣吸泥機吸泥下沉。沉井設(shè)計終沉底標高為-107.0m,事發(fā)時已下沉至-102.5m。晚18時,項目部安排白班與夜班進行交接班。根據(jù)當(dāng)時的泥面數(shù)據(jù)和沉井姿態(tài),技術(shù)部安排夜班對J3-2、J4-1、J4-2、J4-3、J4-4五個井孔吸泥;晚23時左右,J3-2、J4-1、J4-4停止吸泥,J42、J4-3繼續(xù)吸泥作業(yè)。次日凌晨2時左右,井孔水面突然迅速上涌,水位急劇上漲至距離沉井頂面2.6m處,井孔內(nèi)外水頭差達10.5m,北側(cè)井壁瞬間坍塌,連同附著在北側(cè)井壁內(nèi)的三臺塔吊墜入江中。(2)事故原因1)地質(zhì)條件復(fù)雜,具有形成流砂的土層條件。根據(jù)工程地質(zhì)勘探報告揭示的情況來看,刃腳至102m標高時,出現(xiàn)有④4粗砂層、⑤3細砂層和⑤2粉砂層。地勘報告的地震波勘探資料揭示墩位處有物探異常,推測為砂層中夾有薄層粘土層。⑤3細砂層和⑤2粉砂層含有細顆粒的比例較高,粒徑小于0.25mm的細顆粒成分比例超過80%,這兩層土的不均勻系數(shù)均小于5,極易形成流砂,施工也極易出現(xiàn)翻砂。2)沉井超深導(dǎo)致井內(nèi)外存在較大的土壓力差。由于沉井內(nèi)外土層標高有60余米的落差,形成較大的土壓力差。沉井的刃腳高度通常較小,不同于基坑工程,基坑施工周邊排樁設(shè)有一定的插入深度控制壓力平衡和水力梯度,而沉井刃腳施工過程中埋深較淺,在控制壓力平衡和水力梯度方面作用較弱,一旦平衡打破,其底部的細砂層極易涌入沉井內(nèi)部,形成翻砂。3)難以預(yù)見因素導(dǎo)致突發(fā)事件。墩位地質(zhì)條件復(fù)雜,沉井施工作業(yè)面積巨大,施工當(dāng)日刃腳底平面標高約-102m,同一標高出現(xiàn)承載能力差異較大的土層,密實的④4粗砂層起伏變化,⑤3細砂層和⑤2粉砂層細顆粒豐富,不同層位土層的交界面出現(xiàn)局部陡傾,沉井深度超過100m,沉井內(nèi)外土壓力差大,大直徑420mm吸泥機不停吸泥,當(dāng)大直徑的吸泥機將④4粗砂層吸穿后,又難以及時發(fā)現(xiàn)沉井標高已進入⑤3細砂層和⑤2粉砂層,粗砂層與粉細砂交界面吸泥后可能形成通道,細顆粒土借勢形成流砂,諸多因素聯(lián)合作用打破了原有的應(yīng)力平衡,導(dǎo)致涌砂涌水突發(fā)事件。4)沉井內(nèi)水位突升導(dǎo)致江心側(cè)井壁坍塌。沉井外的水和砂瞬間涌入井內(nèi),井內(nèi)水位突涌上升,高出井外水位10.5m,在高水壓的異常工況下,沉井結(jié)構(gòu)承受異常荷載,導(dǎo)致江心側(cè)井壁撕裂坍塌。(3)事故處理措施1)原沉井停止下沉;2)原沉井結(jié)構(gòu)破壞,不再作為橋梁基礎(chǔ);3)在原沉井每個隔艙內(nèi)
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