立式淬火爐和立式鑄造機基礎(chǔ)沉井施工技術(shù)探討

張玉瑩

摘要：兗礦集團高性能大型工業(yè)鋁擠壓材項目中的立式淬火爐和立式鑄造機基礎(chǔ)沉井是沉井深度較深、施工難度較大、精度要求較高的重要基礎(chǔ)工程。在立式淬火爐和立式鑄造機基礎(chǔ)沉井施工中遇到下沉困難、位移偏斜、大量涌水、大量涌砂等難題，施工單位依據(jù)本區(qū)域的地質(zhì)特點及工作經(jīng)驗，克服了種種困難，安全快速、經(jīng)濟有效地完成了該工程。

關(guān)鍵詞：立式淬火爐；立式鑄造機；基礎(chǔ)沉井施工技術(shù)；涌砂；涌水；封底 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD265 文章編號：1009-2374（2016）06-0147-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.073

1 立式淬火爐和立式鑄造機基礎(chǔ)的特點和工程現(xiàn)狀

兗礦集團高性能大型工業(yè)鋁擠壓材項目位于山東省濟寧鄒城市南屯，其所在地地下水位較高，一般在-2.3～-4m，根據(jù)地勘報告，該區(qū)域在-8m、-12～-16m、-22～-26m區(qū)域有粒砂層，地下水含量豐富，部分土層中夾有軟土層，土質(zhì)軟硬不勻。該項目在熔鑄車間設(shè)計有4臺鑄造機（1臺10噸、1臺50噸、2臺30噸），擠壓一車間設(shè)計有3臺立式淬火爐（1臺6.5噸、1臺3.5噸、1臺2噸），設(shè)備基礎(chǔ)采用沉井施工，鑄造機基礎(chǔ)沉井4個，沉井底標高分別為-12.92～-14.6m，立式淬火爐基礎(chǔ)沉井工3個，沉井底標高分別為17m、19m、33m。沉井基礎(chǔ)材料采用C30密實性防水砼，內(nèi)摻10%UWA，抗?jié)B等級S8。

2 施工方法和流程

場地平整、測量放線→機械挖土至標高-5.5m→夯實基底→抄平放線驗線鋪砂墊層→C20混凝土墊層→刃腳地基處理→坑內(nèi)制作沉井刃腳→刃腳砼養(yǎng)護（至70%砼強度）→沉井井壁二次制作→井壁砼養(yǎng)護（至70%砼強度）→沉井下沉（一次）→沉井再次預(yù)制養(yǎng)生施工→沉井再次下沉→直至沉井下沉到設(shè)計位置→沉井封底→中隔墻制作養(yǎng)護→沉井周邊回填收尾。

沉井下沉方案選擇，綜合地勘報告提供的土質(zhì)狀況資料，本工程沉井下沉方案采用井外管井降水，井內(nèi)采用水力機械法下沉：水力機械設(shè)備由水泵、進水管路、水力沖泥機、水力吸泥機及排泥管路組成。每套6英寸水力機械包括6D型水泵1臺、水力沖泥機（水槍2支）1臺、水力吸泥機（Ф150mm以上的泥漿泵）1臺及相應(yīng)管路。

該方案能較快完成沉井，利用泥漿泵解決垂直運輸問題，用高壓水槍解決人工挖土進度慢的問題，濕作業(yè)需提供約3000m3泥漿池位置，但下沉效率高。

3 沉井水力機械下沉施工過程中出現(xiàn)特殊問題的處理方法

3.1 沉井下沉困難

在立式淬火爐基礎(chǔ)沉井下沉中均出現(xiàn)下沉困難，有時日下沉量只有50mm，主要原因為：（1）遇到特厚粒砂層；（2）遇到堅硬姜石層；（3）沉井下沉到一定深度，井壁側(cè)摩阻力大于沉井重量。

3.1.1 遇到特厚粒砂層，一般厚度在2m以上。因采用水力機械下沉，往井內(nèi)用高壓水槍充水，在井內(nèi)用泥漿泵把泥漿抽走，但井外的粒砂層因內(nèi)外存在壓差也隨沉井底的刃腳空隙處大量涌入井內(nèi)，使沉井下沉極為緩慢，并引起周邊粒砂層空洞而塌方。主要采用以下兩種處理方法：（1）對于-10m以內(nèi)粒砂層，根據(jù)降水方案來計算降水深度，開足降水井的降水量，使得實際降水深度深于該粒砂層的深度，讓粒砂層處于一個穩(wěn)定狀態(tài)而不往井內(nèi)涌砂，使得沉井能較為順利地穿越粒砂層；（2）對于-10m以下粒砂層，因降水深度很難達到，容易出現(xiàn)井外粒砂和水一起涌入井內(nèi)，應(yīng)開足降水井，井內(nèi)外壓差盡量小，利用配重或續(xù)接沉井上部一部分，增加沉井重量，使沉井刃腳壓緊粒砂層，減少涌入井內(nèi)的粒砂和水，采用更大流量的泥漿泵（該流量要遠大于涌入井內(nèi)的粒砂和水），使沉井下沉速度加快穿過粒砂層。若出現(xiàn)大量涌砂無法繼續(xù)下沉，先停止抽水和下沉工作，在井壁和土層間灌入觸變泥漿或黃土，降低摩阻力，使泥漿逐步滲入土層和沙層，靜止幾天，維護土壁和粒砂層不坍塌，使四周的土層和粒砂層保持穩(wěn)定，采用增加配重、增大泥漿泵流量、開足降水井等措施，使沉井能較快穿過沙層。

3.1.2 沉井遇到堅硬的土層和姜石層，水力沖土很難形成泥漿，采用人工破土，把姜石單獨用垂直提升工具運出井外，采用水力機械沖水?dāng)嚢枞斯て仆列纬赡酀{，用泥漿泵抽出井外，保證沉井下沉。

3.1.3 沉井下沉到一定深度，沉井側(cè)摩阻力大于沉井重量，造成沉井即便刃腳挖空也難以下沉?xí)r，增加配重和續(xù)接上部沉井，若仍不能順利下沉，長臂挖土機在沉井四周開挖一定深度，減少摩擦面，保證沉井順利下沉。

3.2 沉井下沉?xí)r產(chǎn)生位移和偏斜

在7個沉井下沉施工中，均出現(xiàn)不同程度的位移和偏斜，主要有兩種原因：（1）下沉過程中的控制誤差；（2）遇到不均勻地質(zhì)，一側(cè)土層硬，一側(cè)土層軟。

3.2.1 下沉過程中出現(xiàn)控制誤差，通過實量和光學(xué)儀兩種手段對下沉量和四角高差及偏位進行測量，及時了解下沉速度，糾偏，當(dāng)沉井達到允許偏差值1/4時必須糾偏。確保沉井在初始下沉階段形成良好的下沉軌道。

根據(jù)該工程的施工條件及土質(zhì)情況，發(fā)現(xiàn)偏斜，視具體情況分別采取對策：（1）始入土較淺時，如發(fā)生傾斜，只需在刃腳高的一側(cè)進行人工挖土，在刃腳低的一側(cè)保留較寬的土埂適當(dāng)填砂；（2）入土較深時，采取排水法施工，可在刃腳高一側(cè)挖土，隨著沉井的下沉逐漸糾正偏差?？晒室馐钩辆蚱环较騼A斜，然后沿傾斜方向下沉，直到沉井底面中軸線與設(shè)計中軸線重合或接近再糾正傾斜，達到調(diào)整到容許范圍。也可采用井外射水，井內(nèi)邊除土邊糾偏來糾偏。

3.2.2 遇到不均勻土層，沉井在下沉?xí)r出現(xiàn)偏斜，在兗礦輕合金項目33m沉井施工時就遇到這種情況，按常規(guī)沉井糾偏方法施工，致沉井偏差繼續(xù)發(fā)展，最大垂直度偏差達到500mm。為了糾偏，在偏斜面加上兩個200噸千斤頂，千斤頂?shù)暮笞捎庙艥仓?，面積約12m2，制作兩根300mm×600mm鋼梁，用千斤頂利用砼后座頂住鋼梁，鋼梁前端面與焊接在沉井壁上的斜鐵接觸，并用長臂挖掘機在偏斜對面開挖12m深減少對面土層的側(cè)壓力，利用沉井下沉的垂直力和鋼梁頂斜鐵的水平力結(jié)合，完成沉井糾偏。后續(xù)下沉?xí)r繼續(xù)采用該法對沉井產(chǎn)生水平推力，成功穿越土層軟硬不勻的土層。如圖1所示：

圖1

3.3 沉井下沉?xí)r產(chǎn)生大量涌砂、涌水并在后續(xù)施工時出現(xiàn)塌方

在7個沉井施工時，均出現(xiàn)過不同程度的涌砂和涌水現(xiàn)象，主要是遇到地質(zhì)勘察報告中的特厚粒沙層，該粒砂層按照地勘報告提供的數(shù)據(jù)，空隙大，地下水豐富。由于周邊廠房已經(jīng)形成，只能有限制的降水，根據(jù)理論計算，如果要把降水深度降到20m以下，1小時瞬間降水量將達到1萬多方，對周邊廠房地質(zhì)將產(chǎn)生較大影響，故把周邊降水深度控制在10～12m。在沉井下沉施工中，井內(nèi)采用大流量泥漿泵抽水，沉井內(nèi)外產(chǎn)生壓差，破壞井外粒砂穩(wěn)定，大量粒砂與水同時涌進沉井，造成沉井下沉慢，不能很快通過流沙層，沉井周邊粒砂層形成空洞，造成沉井周邊塌方。

為保證周邊廠房結(jié)構(gòu)安全，在沉井下沉?xí)r必須控制降水深度，控制涌砂量，控制周邊塌方范圍，根據(jù)地勘報告，遇到第一層（-8～-10m）特厚粒砂層時，開足周邊降水井，把降水深度降到-12m，24小時作業(yè)，快速穿越該粒砂層；遇到第二層（-12～-16m）和第三層（-22～-26m）特厚粒砂層時，根據(jù)地勘報告，分析粒砂層的厚度，采用增加配重、增大泥漿泵流量、開足降水井及暫時停止下沉和降水，灌注泥漿固化粒砂層等措施，沉井能較快穿過沙層。

3.4 沉井封底遇到流沙層，封底困難

4個鑄造機基礎(chǔ)沉井的封底時遇到流沙層，產(chǎn)生大量涌水涌砂，封底極為困難，為保證將涌砂量控制到最小，保證周邊廠房及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)安全，最終達到封底的要求，采用三次封底的措施。

第一次封底：因沉井持力層就在流沙層，在清理沉井鍋底清理到設(shè)計標高時，會出現(xiàn)井外涌砂從刃腳縫隙大量涌進井內(nèi)，使鍋底清理工作失敗。故事先準備好沙袋，放到沉井底部，人工從沉井中間逐漸往四周清理，對涌砂部位不清理，并用沙袋暫時壓住涌砂部位，穩(wěn)定該部位的流沙。在沉井中間埋設(shè)預(yù)留帶止水環(huán)和上口法蘭的抽水管（管徑400），驗收后直接灌注已事先準備好地砼，把清理好地沉井鍋底用砼封閉，留幾個涌砂部位暫不封底。

第二次封底：在第一次封底3天后，砼強度達到一定要求后開始，先用潛水泵在預(yù)留抽水管抽水，露出已封底的砼面層，準備好砼和砼泵車，逐個清理涌砂部位，并立即灌注砼，直至全部灌注完畢，最后沉井底整體灌注砼300mm厚，沉井中心預(yù)留抽水口要不間斷繼續(xù)抽水直至砼完成終凝并達到一定強度，以免地下水破壞二次封底的砼而漏水。

第三次封底：在第二次封底3天后開始進行，先把井內(nèi)水抽干，準備好法蘭盲板把預(yù)留抽水管封閉，并保證不漏水，把井內(nèi)水清理干凈，第二天再檢查井內(nèi)是否有積水。若無，證明前兩次封底達到預(yù)定效果，即可進行第三次封底，并達到設(shè)計標高。若有少量積水，說明封底砼還有滲漏，即刻清理積水，檢查漏點，采用人工剔鑿的方式把漏點鑿出盲溝，引至集中點，集中點要往下剔鑿出一個集水坑，在集中點再設(shè)置一帶止水環(huán)和上口法蘭的抽水管（管徑400），并置一小型潛水泵不間斷抽水。在井底整體覆蓋一層塑料薄膜，在有盲溝的塑料薄膜上敷設(shè)3～4mm的薄鋼板，防止再次澆筑砼時把盲溝堵住。上述準備工作就緒后，即可進行第三次砼封底。在第三次砼封底幾天后，用法蘭盲板封閉預(yù)留抽水管，即可達到封底效果。在構(gòu)造封底結(jié)束，檢查封底無漏水，即可進行鋼筋綁扎，完成沉井的結(jié)構(gòu)封底。

4 結(jié)語

鑄造機和立式淬火爐基礎(chǔ)沉井施工是本類項目施工中的一大難點，尤其在地質(zhì)條件復(fù)雜，存在高承壓水、流、涌砂嚴重及地質(zhì)土層軟硬不勻的區(qū)域。采用水力機械下沉施工技術(shù)并采取相應(yīng)的措施，在該地區(qū)內(nèi)沉井下沉施工中克服了涌砂、涌水、塌方、沉井偏斜等難題，取得了較好的效果，沉井的位移、周邊塌方控制均達到預(yù)定要求，與冷凍法和周邊止水帷幕法相比，技術(shù)簡單，節(jié)約資金，保證安全（減少作業(yè)人員凍傷的可能性），可供類似工程借鑒。

參考文獻

[1] 兗礦集團鄒城華建設(shè)計研究院有限公司.巖土工程勘察報告[R].

（責(zé)任編輯：蔣建華）