沉井施工及管理實踐

吳鳳海, 馮一博

(1. 東北輕合金有限責任公司, 哈爾濱 150060； 2. 黑龍江鑫達企業(yè)集團有限責任公司)

東輕公司HK工程立式淬火爐基礎(chǔ)為長孔形淬火井，采用沉井的方式施工。施工時先在地面▽-5.0m基坑內(nèi)制作刃腳和上部開口的鋼筋混凝土井筒，待其達到設(shè)計強度70%后，在井筒內(nèi)部分層挖土運出，隨著井筒內(nèi)土方清空和土面的降低，沉井井筒以其自重克服與外土壁間的摩阻力不斷下沉，直至設(shè)計標高再進行封底。沉井施工的優(yōu)點是，在場地狹窄情況下，不需要復雜的機具設(shè)備即可施工較深的地下工程，且對周圍原有廠房和新建廠房深基礎(chǔ)沒造成影響；與大開挖相比，減少了挖土、運土和回填的工程量。其缺點是，施工工序較多、技術(shù)要求高、極易發(fā)生水平位移和傾斜，由于技術(shù)和管理原因?qū)е鹿こ淌『统霈F(xiàn)安全事故的案例也不鮮見。本工程由于參建各方事前做了充分的技術(shù)準備，管理到位，在施工過程中即遵守技術(shù)規(guī)范和設(shè)計文件，又結(jié)合實際積極探索新的作業(yè)方法，較好地實現(xiàn)了工程質(zhì)量、進度和造價控制及安全管理的預期目標。

1 技術(shù)依據(jù)及方案確定

沉井屬于地下構(gòu)筑物，出現(xiàn)質(zhì)量事故沒有推倒重來的余地，因此，準確掌握技術(shù)依據(jù)，制定符合實際的《施工組織設(shè)計》和《監(jiān)理實施細則》并進行預演是保障施工一次成功的關(guān)鍵。

1.1 技術(shù)依據(jù)

沉井本質(zhì)上是屬于鋼筋砼設(shè)備基礎(chǔ)，因此，工程質(zhì)量控制必須依據(jù)以下技術(shù)文件。

(1)國家《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50202—2002。

(2)國家《砼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50204—2002。

(3)國家《地下防水工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50208—2002。

(4)《沉井施工規(guī)程a 》6-2-12。

(5)施工圖紙及其他設(shè)計文件。主要技術(shù)參數(shù)：截面長軸(內(nèi)徑)6.2m，短軸(內(nèi)徑)4.5m，總深-30.6m，壁厚700mm鋼筋砼，內(nèi)襯為10mm厚鋼板；沉井混凝土強度等級為C30防水混凝土，抗?jié)B等級為P10；鋼筋采用Q235B型HRB400級鋼筋。允許制作偏差：沉井平面尺寸允許偏差，長寬為±0.5%，且不大于±50mm；兩對角線的差異為1%；沉井井壁厚700mm，允許偏差±15mm，井壁垂直度允許偏差為1%。下沉完畢后允許偏差：沉井刃角平均標高與設(shè)計標高的偏差不得超過100mm；沉井的水平偏移不得超過下沉總深度的1%，且不大于100mm；沉井四角中任何兩角的刃角踏面高差不得超過該兩角間水平距離的1%。

1.2 審查方案

以往工程中，建設(shè)單位較注重承包單位的報價，而輕視對施工方案的審查導致質(zhì)量缺陷、工期延誤、造價增加時而出現(xiàn)。本工程在招標階段我們首先考察施工單位和監(jiān)理單位同類工程的業(yè)績，再看其技術(shù)指標(施工組織設(shè)計和監(jiān)理大綱)，然后才是報價。根據(jù)上述評分標準確定了施工單位和監(jiān)理單位。在監(jiān)理單位人員到位，并做了充分的技術(shù)準備工作后，組織參建各方先后兩次召開了審查《施工組織設(shè)計》會議，確定了合理工期和工序流程，澄清了技術(shù)盲點，對可能出現(xiàn)的突發(fā)事件制訂了預控措施。同時建設(shè)單位也為工程提供了所需要的一切外部條件，力求確保開工后連續(xù)作業(yè)。

工程實踐證明，以上事前控制措施對確保工程質(zhì)量、進度、造價及安全管理的預期目標起到了非常關(guān)鍵的作用。

2 質(zhì)量、工期和造價控制

2.1 刃角制作

刃角是井筒下沉時切土的直接部位，它必須承受土質(zhì)的反作用力和上部井筒的正壓力、沖破地下障礙物的阻力、機械(或人工)挖土時的撞擊力。本工程設(shè)計為鋼筋砼型，施工單位為了克服井筒下沉時各種不可預知的事件，將1.7m高的刃角改為12mm厚的鋼質(zhì)材料，建設(shè)單位和監(jiān)理單位批準了這一方案(但不補償增量造價)。實踐證明，正是這樣的改變縮短了刃角制作工期，減少了下沉時與原土的摩擦阻力，確保了挖土過程中在機械的反復撞擊下刃角始終處于完好狀態(tài)。

2.2 井筒制作

鋼筋砼長孔型井筒是立式淬火爐基礎(chǔ)的主要組成部分，承受著淬火爐的正壓力和井內(nèi)冷卻水的側(cè)壓力，施工時對砼強度、抗?jié)B性、控制尺寸及垂直度都有很高的要求，是工程管理的重點。在施工中，將2.25m寬的內(nèi)襯鋼板兩塊一焊接，形成4.5m高的施工段，逐段制作、拼接、澆筑、下沉。為了保障井筒鋼筋敷設(shè)進度和質(zhì)量，在制作完內(nèi)襯鋼板后，就地將井筒水平圈筋分層焊接在內(nèi)襯鋼板上，確保了鋼筋分布規(guī)整，減少了接井現(xiàn)場作業(yè)時間。C30防水混凝土由商混站提供，質(zhì)量可視為有保障，井筒制作的關(guān)鍵是豎筋連接牢固，確保下沉時不斷裂；外模板必須安裝牢靠，否則澆筑砼時一旦跑漿就會將下面井筒與土壁間的縫隙填死，使制作好的井筒無法下沉。為此，本工程中φ24豎筋采用對絲連接，外模板用φ12鋼筋以1.0m方距與鋼內(nèi)襯拉緊，做到了萬無一失。

2.3 基坑作業(yè)

為了沉井準確定位，并具有一定的初始下沉自重，本工程在▽±0.00平面挖一個-5.0m深的開口基坑，將2.9m刃腳和井底段置于基坑中作業(yè)。按照本工程設(shè)計要求和通常施工做法，需在刃腳下鋪設(shè)墊木，墊木下再鋪設(shè)砂墊層，當?shù)谝还?jié)井筒澆筑完畢下沉前再掏空砂層撤除墊木。為了減少措施費和縮短工期，結(jié)合本工程地耐力為18MPa的實際，在施工中取消了鋪砂層—墊枕木—掏空砂層—撤除墊木這一流程，制定了將刃腳直接坐落在原土上的方案。實踐證明，在地耐力較高時，以上省略不僅控制了井筒傾斜和位移，還有效地減少了施工措施費和工期。

2.4 挖土方案

將井筒內(nèi)部原土分層挖出，使井內(nèi)土面逐步降低，沉井井身以其自重克服與土壁間的摩擦阻力，方可不斷下沉。西南某企業(yè)施工同類工程時采用的是水力機械法，即用高壓水槍解決人工挖土，再用泥漿泵解決垂直運土。這種方法施工進度較快，但需要在地面建設(shè)一個幾千立方米的泥漿池，本工程沒有這么大的建池空間和二次倒運泥漿的能力。大多數(shù)企業(yè)都是按照規(guī)范要求，人工從井中心分層向四周挖土，靠增加人工費和工期確保井筒基本均勻下沉。在本工程中，施工單位根據(jù)井內(nèi)作業(yè)空間提出了機械挖土的方案，即用能側(cè)面旋轉(zhuǎn)挖土的微型鉤機分層循環(huán)挖土，再用吊機將土運出井外。事后證明，機械挖土方案是人工挖土費用的一半，工期是其三分之一。

2.5 沉降控制

其關(guān)鍵是如何確保井筒按照預期的進度下沉，不發(fā)生滯降和突降。按進度計劃，淬火井在-5.0m深的開口基坑內(nèi)施工完刃腳(1.7m)和井底段(1.2m)后，分段澆筑井筒砼，待其達到設(shè)計強度70%時再分層挖土下沉。但在施工中因?qū)ο鲁聊Σ磷枇紤]不足，第一次下沉了5.5m時就不再沉降了。經(jīng)過監(jiān)理單位計算，此時井筒沉降系數(shù)k0僅為正常值的0.6，表明井體重量克服不了與土壁摩擦阻力。此時，在井筒上部四周布滿待接的豎筋情況下，按照通常加配重物實現(xiàn)井筒下沉即增加了措施費，又不易均勻配重。因此，本工程采取向上接井筒增加自重的措施(盡管增加了安全管理的難度)，使沉降系數(shù)k0達到了1.2，井筒開始正常下沉，隨著井筒自重增加，越往下挖土滯降情況越少。

2.6 坐標控制

控制井口三維坐標，并使井筒不發(fā)生任何方向的傾斜是沉井施工的重點。理論上要求井下分層均勻挖土，使井筒緩慢接近直線下沉。實際上隨著機械四周挖土的不同步，井筒是在各方向搖擺中下沉的，因此井筒坐標及傾斜度只能在動態(tài)中傾斜—糾偏—再傾斜—再糾偏，直到設(shè)計標高。本工程按照預控方案，采取以下三個措施：一是每天測量井口各點標高，二是在鋼內(nèi)襯四個方向上掛磁線墜，這兩種措施均可觀測井筒下降過程中的位移和傾斜；三是在-5.0m基坑底打一個200mm厚素砼圈(與井筒間隙為100mm)，控制井筒大幅度位移。實踐證明，以上三種措施雖不能完全消除偏差，但確實在搶工期狀態(tài)下將偏差控制在了設(shè)計允許范圍內(nèi)。

2.7 封井底

沉井下沉至設(shè)計標高(-30m)時停止挖土，觀測48h沒發(fā)現(xiàn)自然下沉，說明可進行封井底。本工程設(shè)計要求底板下面(即刃角段)全部用素土回填壓實，壓實系數(shù)λC≥0.94。實際上在狹小井底作業(yè)，這一指標很難達到。為防止工作時井內(nèi)近700t水和地面工藝設(shè)備的壓力可能導致的下沉(或偏移、滲漏)，施工時在井底板下面和井筒與土壁-10m下面全部用C15素砼滿澆筑，再按設(shè)計圖紙施工底板。

3 幾點體會

(1)必須強化事前控制。超深沉井施工是質(zhì)量控制和安全管理的重點工程，本工程僅施工63天(超出計劃工期3天)，沒發(fā)生任何人員傷亡和機械損壞事故，與事前近20天的預控工作是不可分割的。正是事前所采取的措施和預演保證了工程的連續(xù)性和順利進行。

(2)必須強化“三控制”觀念。以質(zhì)量為核心，以安全為重點是管理者不可動搖的理念，但是在采取具體措施時不可隨意增加措施費和工期。同樣，采取任何控制造價和工期的措施都必須考慮確保工程質(zhì)量和安全這一前提。本工程正是堅守了這一觀念，才做到了無任何人身傷亡和機械損壞事故，嚴格控制了造價。雖然工期延誤了5%，井口水平偏移了80mm(設(shè)計最大允許位移100mm)，但是滿足了立式淬火爐的安裝要求，工程達到了預期目標。

(3)必須強化工程整體觀念。在工業(yè)項目中，土建工程永遠是為生產(chǎn)工藝服務(wù)的，因此，土建專業(yè)必須對生產(chǎn)工藝設(shè)備有初步的了解，對可能產(chǎn)生的影響提前做出反應(yīng)。在本工程中，封井底所采取的措施和設(shè)置的一系列預埋件就體現(xiàn)了這一觀念。

(4)鼓勵和支持工序創(chuàng)新。本工程總體上要求施工單位按圖紙施工，按規(guī)范作業(yè)，按質(zhì)量標準檢查，但又批準施工單位結(jié)合實際所采取的一系列創(chuàng)新措施縮短了工序時間，減少了實體工程外的措施費。