循環(huán)水泵房沉井施工技術(shù)探討

胡志蓮

（長(zhǎng)安大學(xué)建筑學(xué)院，西安 710064）

1 工程概況

江蘇陳港電廠（2×600MW機(jī)組）位于江蘇省鹽城市響水縣陳家港鎮(zhèn)蟒牛村的北面，灌河入?？跂|岸，西南距響水縣城約35km，北距連云港50km、日照港110km。循環(huán)水泵房位于灌河?xùn)|岸的沿海灘涂上，20m內(nèi)地層主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土地層。循環(huán)水泵房工程地下結(jié)構(gòu)采用沉井法施工，沉井本體平面尺寸為45m×30m，高度為19.65m（▽-14.90～▽＋4.75）。順?biāo)鞣较蛟O(shè)置3道隔墻，形成4個(gè)流道。沉井底部縱橫向底梁相交形成24個(gè)格倉(cāng)，梁底比周邊刃腳高出1.2m。井壁厚度為1.50m，隔墻厚度為1.0m，結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。沉井鋼筋制作、安裝工程量約900t，混凝土澆筑工程量約16 000m3。

沉井分兩次制作，一次下沉。下沉方式為射流吸漿法排水下沉。

2 施工方案

2.1 井壁澆筑的分段及分節(jié)

該沉井制作總高度為19.65m，高程范圍為▽-14.90～▽＋4.75。其閥門井位于沉井東側(cè)，為懸挑結(jié)構(gòu)，其懸挑長(zhǎng)度為5.0m，挑梁及挑梁端部縱梁高度為6.1m，高程范圍為▽－1.35～▽-4.75，懸挑結(jié)構(gòu)總重量約1 500t；由于泵房間、進(jìn)水間及濾網(wǎng)間行吊的布置需要，在沉井的南、北側(cè)均設(shè)有挑梁，挑梁長(zhǎng)度為3.25m，挑梁根部高度為5.73m，高程范圍為▽－0.98～▽＋4.75?？紤]到沉井上部有懸挑結(jié)構(gòu)，其懸挑的長(zhǎng)度及荷載均較大，為減小懸挑結(jié)構(gòu)的施工難度及降低施工成本，故沉井采用兩次制作，一次下沉。

第一次制作基本為沉井懸挑結(jié)構(gòu)以下井段，該段又為分三節(jié)澆筑，第一節(jié)澆筑高度為4.9m（▽-14.90～▽-10.00），第二節(jié)澆筑高度為4.6m（▽-10.00～▽-5.40），第三節(jié)澆筑高度為5.4m（▽-5.40～▽±0.00）。待第三節(jié)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，實(shí)施沉井下沉，并且一次下沉至設(shè)計(jì)高程。沉井下沉后進(jìn)行第四節(jié)及運(yùn)轉(zhuǎn)層混凝土澆筑（第二次制作），第二次制作高度為4.75m（▽±0.00～▽＋4.75）。

上述澆筑方案使得沉井上部的所有懸挑結(jié)構(gòu)均安排在沉井下沉后，直接在地面上施工，既減少了懸挑結(jié)構(gòu)的施工難度，又降低了施工成本。同時(shí)，沉井下沉并完成底板澆筑后，頂管施工與沉井第二次制作同時(shí)進(jìn)行，為加快施工進(jìn)度創(chuàng)造了有利條件。

2.2 施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 沉井施工流程圖

2.3 基坑開挖與砂墊層回填

根據(jù)本工程地質(zhì)條件，其地表為填土層，以粉質(zhì)黏土為主，承載力特征值雖然達(dá)到90kPa，但平均層厚只有1.8m。其下臥第一層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，承載力特征值只有65kPa，平均層厚約4.0m。經(jīng)計(jì)算，沉井第一次制作時(shí)，基底及下臥第一層承載能力不滿足要求。為解決地基承載力不足，并減少沉井下沉?xí)r射流吸泥開挖工程量，同時(shí)降低沉井下沉高度，在制定施工方案時(shí)，考慮先采用機(jī)械大開挖方式挖除地表回填層及下臥第一層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，開挖平均深度約5.0m，再回填平均2.5 m厚海砂（砂島），砂島施工前，先在基坑底周邊和中間縱橫向各設(shè)1道盲溝（800×400mm）和6個(gè)集水井，每個(gè)集水井設(shè)置1臺(tái)潛水泵往外抽水。砂島采用分層填筑，并用沖水法予以密實(shí)。

砂島面上澆筑300mm厚C20素混凝土墊層，其寬度超出沉井墻、梁兩側(cè)各300mm。井內(nèi)墻梁墊層設(shè)置吊筋并伸入結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)，其目的是沉井下沉過程中開挖形成大鍋底時(shí)，墊層混凝土能夠附在結(jié)構(gòu)混凝土上，在沉井下沉至設(shè)計(jì)高程時(shí)，可以增大基底與地基的接觸面積，以提高沉井的穩(wěn)定性。

采取該措施后，其基底及下臥各土層承載能力均能夠滿足要求，且減少下沉過程中射流吸泥開挖土方量約4 000 m3，降低沉井下沉高度2.5 m。

2.4 刃腳支設(shè)

為了擴(kuò)大沉井制作過程中刃腳的支承面積，減輕沉井對(duì)砂墊層的壓力，刃腳內(nèi)側(cè)支承采用磚砌襯托，磚模內(nèi)壁表面采用1∶3水泥砂漿抹平，與混凝土接觸面涂脫模劑兩遍。刃腳磚砌襯托支設(shè)如圖2所示。

2.5 沉井下沉

根據(jù)該工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工期要求，沉井第一次制作完成后即進(jìn)入下沉施工。下沉采用水力沖挖吸泥下沉的施工工藝。該沉井長(zhǎng)45m，寬30m，面積1 350m2，下沉15m左右，土方量約20 000m3，加上鍋底土方量、沉井下沉?xí)r井外側(cè)涌入井內(nèi)的土方量，水力沖挖總量達(dá)25 000m3左右。該沉井共24個(gè)格倉(cāng)，選用水力沖挖吸泥機(jī)組10臺(tái)套。每臺(tái)機(jī)組由高壓水、吸泥及配電系統(tǒng)三部分組成，它的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、用電省、使用方便、效果好、成本低，每臺(tái)套機(jī)組的功率為43k W，每臺(tái)機(jī)組每天可正常出砂40 m3左右，出土100m3左右。加上接力泵其揚(yáng)程可達(dá)30m左右，輸送距離在100m以上。為儲(chǔ)存沉井內(nèi)抽排出來的泥沙，且達(dá)到砂島填砂回收利用之目的，在沉井西北側(cè)約50m處設(shè)一儲(chǔ)砂池，容積約5 000 m3，泥漿池設(shè)在沉井西南側(cè)約50 m處，其下游直接通往電廠二期工程的吹填區(qū)。

下沉施工包括施工準(zhǔn)備和初沉、中沉以及終沉共4個(gè)階段。

圖2 砂墊層、混凝土墊層示意圖

2.5.1 沉井下沉前的準(zhǔn)備工作

沉井下沉?xí)r，第三節(jié)沉井墻體混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%。下沉前還應(yīng)做好以下準(zhǔn)備工作：

（1）檢查所有降水井，確保降水井正常運(yùn)行。

（2）下沉之前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)大功率的非下沉機(jī)械停止用電，以保證下沉施工機(jī)械具有足夠的電能。由于下沉?xí)r電能消耗比較大，所有施工器具用電的功率至少需要500k W，現(xiàn)場(chǎng)變壓器的容量必須與之匹配。另外，配備1臺(tái)120k W柴油發(fā)電機(jī)組作應(yīng)急之用。

（3）鑿除井壁底部外側(cè)外伸部位墊層混凝土，考慮到本沉井下沉高度范圍內(nèi)地層主要為淤泥質(zhì)黏土，為防止沉井超沉，下沉前僅需打掉井壁外側(cè)外伸部位墊層混凝土，其余部位墊層混凝土及刃腳部位磚胎模均予以保留。

（4）清除沉井內(nèi)雜物。

（5）安裝調(diào)試各種施工設(shè)備。

（6）施工通道布置。井內(nèi)、井外均設(shè)置垂直鋼爬梯，沉井頂部和底部均設(shè)置水平通道。鋼爬梯用Φ16圓鋼制作，用Φ12鋼筋作護(hù)攔，并利用沉井澆筑時(shí)的對(duì)拉螺栓固定在井壁上。沉井頂部利用第四節(jié)混凝土的預(yù)留鋼筋作護(hù)欄形成水平通道，井底在底板預(yù)留插筋上鋪設(shè)木板并設(shè)置欄桿形成通道。

（7）設(shè)置高程和水平位移觀測(cè)標(biāo)記。在沉井四角設(shè)置固定高程觀測(cè)點(diǎn)，在井外壁面彈好縱橫軸線，以便下沉過程中的高程和位移觀測(cè)。

2.5.2 沉井下沉

根據(jù)本沉井的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為確保沉井結(jié)構(gòu)的安全，合理安排沉井網(wǎng)格內(nèi)水力沖挖吸泥的順序是下沉過程中控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

本工程開挖分區(qū)如圖3所示。

圖3 開挖分區(qū)圖

初沉階段按照上圖中的1→2→3→4→5→6順序進(jìn)行開挖，使沉井底部形成鍋底狀。終沉階段按照6→5→4→3→2→1的順序進(jìn)行開挖，使沉井底部形成反鍋底狀，即讓沉井中間部位的墻梁均嵌入地基中。

為保證沉井均衡下沉，在下沉過程中應(yīng)根據(jù)測(cè)量資料隨偏隨糾。由于該沉井距灌河大堤較近，為避免沉井下沉?xí)r周圍土體坍塌而危及灌河大堤的安全，并減小封底混凝土的厚度，水力沖挖時(shí)盡量減小鍋底深度（鍋底深度不得大于1.5m）。沖挖時(shí)，宜使噴嘴接近90°角沖刷立面，將立面底部刷成缺口使之塌落。沖挖順序?yàn)橄戎醒牒笏闹埽辆鱾}(cāng)內(nèi)挖土面高差不得超過0.5m，并沿刃腳留出土臺(tái)，不得沖空刃腳踏面下的土層，以保證沉井均勻下沉。井壁周圍土體下陷后應(yīng)及時(shí)補(bǔ)填砂性土，增加井壁外側(cè)摩阻力，減小下沉系數(shù)，使沉井在可控狀態(tài)下平穩(wěn)下沉。

下沉過程中，要進(jìn)行以下方面的監(jiān)測(cè)工作：沉井本體監(jiān)測(cè)（下沉速度、下沉高差、整體位移）、沉井四周土體及塔吊基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)（下沉、位移）、深井降水監(jiān)測(cè)（降水水位、深井傾斜及破壞情況）及灌河大堤的安全監(jiān)測(cè)。

沉井本體監(jiān)測(cè)：通過對(duì)井壁外側(cè)觀測(cè)點(diǎn)的高程測(cè)量及井頂四周軸線交點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量，及時(shí)掌握沉井下沉的不均勻程度和水平位移，以便及時(shí)進(jìn)行糾偏。

深井降水監(jiān)測(cè)：對(duì)降水井進(jìn)行編號(hào)，定時(shí)記錄井內(nèi)水位、井的傾斜、破壞情況。

周圍環(huán)境監(jiān)測(cè)：在下沉?xí)r對(duì)沉井四周土體、灌河大堤、塔吊基礎(chǔ)的穩(wěn)定進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)。沉井周圍土體塌陷時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)填砂性土，確保灌河大堤、塔吊基礎(chǔ)的穩(wěn)定。

據(jù)調(diào)查，類似工程在沉井下沉前，均對(duì)塔吊進(jìn)行了拆除處理，本工程為了發(fā)揮塔吊吊運(yùn)破除樁頭混凝土塊的作用，沉井下沉前沒有拆除塔吊，但沉井下沉過程中監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，由于沉井周圍土體塌陷，導(dǎo)致塔吊塔身向沉井方向傾斜達(dá)8cm，并有加劇趨勢(shì)。為確保塔吊處于安全狀態(tài)，除迅速將塔身降低10m外，對(duì)沉井塔吊側(cè)的塌陷坑槽及時(shí)進(jìn)行了補(bǔ)土回填，并進(jìn)行了壓實(shí)，而且在以后的下沉過程中經(jīng)常性地對(duì)該部位進(jìn)行補(bǔ)土壓實(shí)，始終保持該部位地面高程高出塔吊基礎(chǔ)頂面1m左右，從而保證了塔的安全。

2.6 沉井封底

沉井下沉到位后進(jìn)行8h的連續(xù)觀測(cè)，如下沉量小于10mm，可進(jìn)行封底。封底采用干封底，分格對(duì)稱進(jìn)行封底混凝土澆筑。封底時(shí)注意保證沉井在封底時(shí)的穩(wěn)定。如果深井降水不理想時(shí)，或井底有少量的滲水時(shí)，先將沉井內(nèi)集水抽排干凈，同時(shí)在沉井周邊倉(cāng)內(nèi)設(shè)置集水井，集水井內(nèi)放置直徑300mm端部帶格柵的鋼管，在格柵外側(cè)包裹2層尼龍紗布，鋼管底部和周圍鋪填200mm厚碎石，在沉井內(nèi)四周設(shè)400×400mm水溝與集水井相連，水溝內(nèi)鋪設(shè)碎石作為反濾層，在鋼管內(nèi)放置潛水泵抽排地下滲水，集水井（排水管）平面布置及大樣見圖4。在封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，開始進(jìn)行沉井底板的施工，當(dāng)?shù)装鍙?qiáng)度達(dá)到70%設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，進(jìn)行集水井的封堵。集水井封堵逐個(gè)進(jìn)行，先將集水抽排干凈，然后采用干硬快凝高標(biāo)號(hào)混凝土迅速封堵，并振搗密實(shí)，然后將管道上口用鋼板焊接或螺栓擰緊封死。

封底混凝土采用汽車泵輸入井格內(nèi)，用振搗棒振搗密實(shí)。封底混凝土澆筑順序與沉井初沉?xí)r土方?jīng)_挖順序基本相同，即先封中間井格，再封四周井格，然后封四角井格，依次均勻?qū)ΨQ進(jìn)行施工。混凝土澆筑時(shí)，為防止發(fā)生離析現(xiàn)象，混凝土用軟管輸送到井格底部。

圖4 排水管平面布置及大樣圖

2.7 沉井底板澆筑

當(dāng)封底混凝土達(dá)到強(qiáng)度后進(jìn)行分格抽水。井外應(yīng)連續(xù)降水，確保沉井的抗浮要求。底板澆筑前必須對(duì)預(yù)埋件進(jìn)行檢查，確保位置正確，必須配專人連續(xù)不斷地抽排集水井內(nèi)的集水，然后分格進(jìn)行鋼筋混凝土底板施工，施工時(shí)應(yīng)遵循平衡、對(duì)稱的原則。

混凝土底板澆筑前先對(duì)施工縫進(jìn)行清理和鋼筋進(jìn)行除銹、調(diào)直，然后進(jìn)行水平直螺紋及搭接電弧焊連接。

混凝土澆筑前全面檢查準(zhǔn)備工作，并進(jìn)行技術(shù)、安全交底，明確各班組分工、分區(qū)情況，混凝土入倉(cāng)前應(yīng)清除倉(cāng)內(nèi)各種垃圾，檢查合格后方可澆筑混凝土。澆筑過程中嚴(yán)格控制層差，振搗時(shí)振搗器應(yīng)插入下層混凝土10cm左右，振搗棒插入的間距一般為400mm，振搗時(shí)間一般為15～30s，并且在20～30min后進(jìn)行二次復(fù)振。注意不漏振、過振，鋼筋密集處加強(qiáng)振搗，分區(qū)分界交接處要延伸振搗1.5m左右，確保混凝土密實(shí)。

3 沉井施工的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 沉井下沉過程的糾偏

沉井下沉過程中的糾偏是沉井施工的第一關(guān)鍵。由于沉井是地下工程，對(duì)于大型沉井而言，若出現(xiàn)較大偏差，其糾偏難度是相當(dāng)大的。為避免沉井下沉過程中出現(xiàn)較大偏差，合理布置開挖設(shè)備、實(shí)現(xiàn)對(duì)稱均衡開挖是其關(guān)鍵所在。沉井開始下沉?xí)r其下沉系數(shù)較大，平面位置和四角高差易發(fā)生偏差，而在深度不深的情況下是比較容易糾正的。初沉?xí)r應(yīng)對(duì)刃腳標(biāo)高和軸線位移進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，及時(shí)糾偏，使沉井形成一個(gè)良好的下沉軌道。糾偏時(shí)應(yīng)避免大起大落，特別要注意避免沉井偏離軸線。當(dāng)沉井偏差大于300mm時(shí)應(yīng)集中力量糾偏，使沉井回歸到正常下沉的軌道。沉井在終沉階段應(yīng)以糾偏為主，在沉井下沉至距設(shè)計(jì)標(biāo)高1m左右時(shí)基本糾偏到位，再謹(jǐn)慎下沉，控制不出現(xiàn)超出容許范圍的高程及位置偏差。

沉井產(chǎn)生傾斜偏轉(zhuǎn)的常見原因包括沉井刃腳下土層軟硬不均勻；沒有均勻除土下沉，使井孔內(nèi)土面高低相差較大；刃腳下掏空過多，沉井突然下沉而產(chǎn)生傾斜等。下沉發(fā)生傾斜偏轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)沉井產(chǎn)生傾斜偏轉(zhuǎn)的原因來糾偏。沉井在入土較淺時(shí)，容易產(chǎn)生傾斜，但也比較容易糾正，在刃腳高的一側(cè)挖土即可糾偏。隨著沉井的下沉，在沉井高的一側(cè)減少刃腳下正面阻力，在沉井低的一側(cè)增加刃腳下的正面阻力，使沉井的偏差在下沉過程逐漸糾正。糾偏位移時(shí)，預(yù)先使沉井向偏位方向傾斜，然后沿傾斜方向下沉，直至沉井底面中軸線與設(shè)計(jì)中軸線的位置相重合或接近時(shí)，再將傾斜糾正或糾至稍微向相反方向傾斜一些，最后調(diào)正致使傾斜和位移都在容許范圍以內(nèi)為止。沉井位置發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，在沉井偏位的兩角挖土，另外兩角填土，借助于刃腳下不相等的土壓力所形成的扭矩，使沉井在下沉過程中逐步糾正其位置。

3.2 防止沉井超沉的方法

對(duì)于淤泥質(zhì)土層上的大型沉井而言，防止沉井超沉是沉井施工的另一關(guān)鍵技術(shù)。要保證沉井不超沉，在終沉階段必須采取措施進(jìn)行控制。沉井下沉至距井底混凝土灌注樁樁頂設(shè)計(jì)高程3m左右時(shí)，應(yīng)按反鍋方法挖土下沉，并盡量控制沉井下沉速度，必要時(shí)可停止6h觀察，掌握下沉趨勢(shì)，此間測(cè)量工作應(yīng)每2h進(jìn)行一次，高差控制在10～15cm內(nèi)。隨著沉井繼續(xù)下沉，沉井應(yīng)逐漸形成擠土下沉趨勢(shì)，待沉井下沉至距設(shè)計(jì)標(biāo)高50cm時(shí)，需再停止觀察6h，待沉井墻、梁底部基本接近土層時(shí)，重新核準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)，以1cm／h左右的速度緩慢下沉。待沉井下沉至距設(shè)計(jì)標(biāo)高10cm時(shí)，則只進(jìn)行糾偏，使沉井在自重作用下，自行緩慢下沉。沉井進(jìn)入設(shè)計(jì)標(biāo)高后需繼續(xù)觀察，待沉井全部穩(wěn)定（8h下沉小于10mm）以后立即封底，以免出現(xiàn)超沉現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

近年來，大型沉井在電力工程、水利工程、市政工程中的應(yīng)用越來越廣泛。因此對(duì)沉井工程施工的研究有著重要意義。本文基于大型沉井施工的實(shí)例，詳述了淤泥質(zhì)地質(zhì)條件下大型沉井的施工方案及沉井下沉過程中的關(guān)鍵技術(shù)問題。綜上所述，我們可以得出以下一些結(jié)論：

（1）切合實(shí)際的施工方案不僅可以保證沉井的施工質(zhì)量，而且可以加快施工進(jìn)度和降低施工成本。

（2）研究、掌握并合理利用沉井施工的關(guān)鍵技術(shù)，采取有效措施解決沉井下沉過程中出現(xiàn)的各種問題是沉井施工成敗的關(guān)鍵所在。

江蘇陳港電廠循環(huán)水泵房大型沉井基礎(chǔ)施工時(shí)，由于施工方案切合實(shí)際，施工過程中成功地應(yīng)用了相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)及管理措施得力，沉井僅用了短短42d的時(shí)間就完成了下沉施工，為電廠如期投產(chǎn)運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。在初沉階段也曾出現(xiàn)過高差大于30cm、軸線偏移超過12cm的偏差，但采取了正確的糾偏方法，使其得以及時(shí)糾正，沉井最終下沉的高程和位置偏差均控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。