復(fù)雜地質(zhì)下循環(huán)水泵房沉井結(jié)構(gòu)施工研究

尚恒

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

1 工程概況

馬來(lái)西亞凱德隆火電站項(xiàng)目位于馬來(lái)西亞砂撈越州民都魯市，毗鄰南中國(guó)海。本項(xiàng)目循環(huán)水泵房為鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)，為3臺(tái)機(jī)組共用的循環(huán)水泵房。沉井尺寸為39.1m×37.1m×24.5m。沉井刃腳最大厚度1.8m，終沉底高程-15.0m（本文所有高程指相對(duì)于海平面為0m的高程）；四周井壁厚度1.6m，內(nèi)部隔墻厚度1.5m和1m，在-3.5m至-8.5m高程區(qū)域設(shè)置有頂管混凝土擋板。沉井結(jié)構(gòu)混凝土為C50，鋼筋主要為三級(jí)螺紋鋼，強(qiáng)度460N/mm2。

2 沉井施工工藝

2.1 沉井施工工藝概述

馬來(lái)西亞凱德隆項(xiàng)目循環(huán)水泵房沉井采用分節(jié)制作、一次下沉的施工工藝，減少了分次下沉施工排架反復(fù)搭拆給工期、安全帶來(lái)的影響。本項(xiàng)目沉井采用多井格內(nèi)部結(jié)構(gòu)，大部分隔墻需要在下沉前完成，沉井下沉的下沉系數(shù)較常規(guī)下沉系數(shù)大很多，這給下沉控制帶來(lái)了一定的困難。

2.2 沉井結(jié)構(gòu)工藝

沉井結(jié)構(gòu)的施工一般分兩部分，一部分為結(jié)構(gòu)預(yù)制，另一部分為結(jié)構(gòu)下沉[1]。

1）沉井結(jié)構(gòu)預(yù)制工藝流程如下：施工準(zhǔn)備→清表→基坑開(kāi)挖→砂墊層填鋪施工→墊層混凝土施工→磚胎膜砌筑→施工排架搭設(shè)→鋼筋綁扎→模板加固→沉井井壁預(yù)制接高施工（包括養(yǎng)護(hù)）。

2）沉井結(jié)構(gòu)下沉工藝流程如下：沉井下沉前準(zhǔn)備工作→磚胎膜及墊層混凝土鑿除→沉井內(nèi)取土下沉施工→封底混凝土施工→底板混凝土施工→沉井內(nèi)部剩余結(jié)構(gòu)施工→沉井最終澆筑和頂板施工。

2.2.1 沉井結(jié)構(gòu)預(yù)制

在確認(rèn)和移除施工區(qū)域地下電纜、水管或其他服務(wù)管道后，開(kāi)始進(jìn)行施工區(qū)域的清表工作。沉井區(qū)域清表后地面高程大約7.7m，基坑開(kāi)挖深度4.7m，基坑底部開(kāi)挖高程3m。砂墊層回填厚度3m，砂墊層頂部高程6m。

基坑開(kāi)挖至預(yù)定高程后，在基坑底部設(shè)置盲溝，用于基坑內(nèi)積水引排。沉井基坑長(zhǎng)邊和短邊各設(shè)置4條盲溝，盲溝尺寸為500mm×500mm，采用碎石填充。為保證盲溝內(nèi)水流順暢，基坑四周設(shè)置集水井，下雨形成的積水引至集水井內(nèi)用水泵抽排。

根據(jù)地勘資料和沉井相關(guān)參數(shù)，計(jì)算出砂墊層需要填鋪3米厚，施工過(guò)程中采取分層攤鋪、分層碾壓的工藝進(jìn)行壓實(shí)施工。砂墊層回填完成后進(jìn)行墊層混凝土施工，待強(qiáng)度達(dá)到80%后進(jìn)行磚胎膜砌筑施工。沉井刃腳部位采用實(shí)心磚砌筑磚胎膜，磚塊強(qiáng)度MU10，采用M5水泥砂漿砌筑。

本項(xiàng)目循環(huán)水泵房沉井結(jié)構(gòu)截面積和體積較大，考慮到當(dāng)?shù)匕韬驼竟?yīng)混凝土能力不足，將沉井結(jié)構(gòu)分為三節(jié)六層澆筑完成。其施工過(guò)程和其他地面建筑物無(wú)太大區(qū)別，在此不做詳細(xì)介紹。

2.2.2 預(yù)制過(guò)程中的注意事項(xiàng)

1）砂墊層厚度應(yīng)根據(jù)以下公式計(jì)算：

hs=（G0/fk-L）/(2×tanα）

式中，hs為砂墊層厚度；G0為沉井單位長(zhǎng)度重量（包括施工荷載）；fk為砂墊層底部土層承載力標(biāo)準(zhǔn)值；L為沉井刃腳下素混凝土墊層寬度；α為砂墊層擴(kuò)散角。

2）砂墊層整體回填碾壓完成后，要進(jìn)行砂干密度試驗(yàn)和承載力試驗(yàn)，保證砂墊層具有足夠的承載力，防止局部沉降；干密度試驗(yàn)采用環(huán)刀法進(jìn)行，承載力試驗(yàn)采用平板載荷試驗(yàn)方法進(jìn)行。

3）需要充分設(shè)置好沉井基坑降排水系統(tǒng)。

4）施工縫對(duì)于防水混凝土來(lái)說(shuō)是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，最易產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象，應(yīng)盡量避免設(shè)置。當(dāng)沉井高度較大，必須設(shè)置施工縫時(shí)，則需妥善處理，防止隱患。受當(dāng)?shù)厣唐坊炷凉?yīng)條件限制，本項(xiàng)目采用三節(jié)六層澆筑。實(shí)際項(xiàng)目需根據(jù)項(xiàng)目當(dāng)?shù)氐幕炷凉?yīng)量來(lái)確定分層數(shù)，盡量少設(shè)置。

2.2.3 沉井結(jié)構(gòu)下沉

待第一節(jié)沉井砼強(qiáng)度達(dá)到100%強(qiáng)度時(shí)，即可進(jìn)行沉井下沉。沉井下沉的方案有兩種：排水法下沉和不排水法下沉。本項(xiàng)目沉井總重近30000t，施工過(guò)程中，根據(jù)地質(zhì)變化和地下水壓力情況，采用兩者結(jié)合的下沉方案。

根據(jù)地勘報(bào)告，本項(xiàng)目沉井下沉需穿越的土層主要有雜填土、粉砂、粉土，此類土層在受到擾動(dòng)時(shí)極易出現(xiàn)液化失穩(wěn)，引起涌土、塌方，故本工程采用高壓水槍配合泥漿泵對(duì)沉井中心部位進(jìn)行取土。下沉前，在沉井四周設(shè)立下沉標(biāo)尺和位移參照垂線和軸線，用水準(zhǔn)儀控制高程，用全站儀或GPS測(cè)控沉井位移。

由于沉井設(shè)計(jì)時(shí)工藝需要（重心偏南側(cè)），且本次沉井重量較大，經(jīng)過(guò)計(jì)算，在井內(nèi)地梁下部胎模、墊層拆除過(guò)程中，沉井可能開(kāi)始下沉啟動(dòng)（位于井壁下的刃腳胎模、墊層有可能無(wú)法全部拆除干凈就出現(xiàn)下沉），具體的拆除次序按照跳格法進(jìn)行。

沉井下沉首先考慮使用水力機(jī)械進(jìn)行（即排水開(kāi)挖下沉）。當(dāng)采用泥漿泵下沉?xí)r，需要接力泵排漿。本項(xiàng)目下沉?xí)r，采用大功率渣漿泵進(jìn)行泥沙抽排，由管路直接送至沉淀池。下沉過(guò)程中安排人員嚴(yán)密監(jiān)測(cè)地下水位、滲水量的變化情況。

下沉取土?xí)r，地梁、刃腳部位嚴(yán)格控制取土，在沉井偏差不大的情況下向四周分層、對(duì)稱、均勻取土，刃腳部位始終保留1.0～2.0m寬的土堤，目的是通過(guò)控制井內(nèi)取土，使沉井下沉速率控制在合適的范圍，保證下沉偏差符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

三階段的下沉如下：

1）初沉階段，即下沉深度2.0m內(nèi)。為使沉井形成穩(wěn)定準(zhǔn)確的下沉軌跡，此時(shí)應(yīng)以慢為主，速率宜控制在0.3～0.5m/d，應(yīng)在鍋底取土，嚴(yán)格控制刃腳掏空。

2）中沉階段，既下沉深度超過(guò)2m，而距設(shè)計(jì)標(biāo)高大約2.5m時(shí)。速率可適當(dāng)加快，根據(jù)計(jì)算的下沉系數(shù)和偏差情況，可局部或大部加深鍋底，但仍應(yīng)嚴(yán)格控制刃腳處取土。

3）終沉階段，即距設(shè)計(jì)標(biāo)高2.5m內(nèi)。此時(shí)應(yīng)減慢下沉速率，以糾偏為主，做到有偏必糾，嚴(yán)格控制底梁下取土，鍋底挖深應(yīng)減小，使沉井終沉標(biāo)高控制在規(guī)范允許范圍。

下沉到位后，澆筑封底混凝土，待強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%時(shí)，開(kāi)始井內(nèi)抽水和清理。清理完成后進(jìn)行底板混凝土施工、沉井內(nèi)部剩余結(jié)構(gòu)施工以及沉井頂板施工。

2.2.4 下沉過(guò)程中的注意事項(xiàng)

1）磚胎模拆除前，應(yīng)測(cè)出全部初始數(shù)據(jù)，并記錄。

2）加強(qiáng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。下沉?xí)r派人24h觀測(cè)，如發(fā)現(xiàn)位移、裂縫、坍方，要及時(shí)采取補(bǔ)救措施，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案；監(jiān)測(cè)包括：沉井本體監(jiān)測(cè)（下沉速度、下沉不均、整體漂移）、沉井四周構(gòu)筑物監(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）。

3）磚胎膜和素墊層拆除應(yīng)按先底梁、后刃腳，先短邊后長(zhǎng)邊的原則執(zhí)行，力求分段、對(duì)稱、依次、同步，以利沉井穩(wěn)定；如發(fā)現(xiàn)墊層混凝土出現(xiàn)斷裂并有擴(kuò)展趨勢(shì)，應(yīng)立刻組織井內(nèi)人員撤離。

4）取土?xí)r，先在墻板包圍的區(qū)域內(nèi)取土，待形成鍋底后（深度約在梁底下1m～1.5m），再在周邊區(qū)域內(nèi)取土，待沉井形成下沉軌跡后，繼續(xù)加深中間鍋底的深度。

5）當(dāng)井內(nèi)土塞深度加大、下沉緩慢時(shí)，可以采用周邊井格內(nèi)的抓斗開(kāi)挖配合下沉取土，以加快下沉速度或配合糾偏。

6）沉井下沉速率的控制取決于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，因?yàn)榈刭|(zhì)條件的不確定性，根據(jù)理論計(jì)算出來(lái)的下沉系數(shù)會(huì)與實(shí)際情況有所偏差，需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。

7）排水下沉階段，如發(fā)現(xiàn)井內(nèi)土體擾動(dòng)異常，出現(xiàn)涌土、涌水現(xiàn)象，排水下沉施工難以進(jìn)行時(shí)，需立即調(diào)整為不排水法下沉；不排水下沉階段，泥漿沉淀池沉淀分離后的低濃度水可以全部送回沉井內(nèi)，防止井內(nèi)水位下降過(guò)多出現(xiàn)周邊土體塌方。

8）在終沉階段，沉井下沉達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高（需要預(yù)留一定的終沉高度，一般在距離設(shè)計(jì)高程20cm左右時(shí)視現(xiàn)場(chǎng)施工情況而定），經(jīng)8到12h沉降觀測(cè)，當(dāng)累計(jì)下沉量≤10mm后可組織封底工作。

9）由于國(guó)外目前沒(méi)有相關(guān)的沉井控制標(biāo)志，參照GBJ301-1988《建筑工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（一般沉井工程）或GBJ141-2008《給水排水構(gòu)筑物工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（給排水泵房沉井工程）、GJJ3-1990《市政排水管渠工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（排水泵站沉井）等有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

3 問(wèn)題分析和總結(jié)

馬來(lái)西亞凱德隆項(xiàng)目在沉井施工過(guò)程中遇到兩個(gè)主要問(wèn)題：1）地勘資料和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況不符；2）沉井下沉過(guò)程中對(duì)周邊建筑物的影響。

循環(huán)水泵房區(qū)域共設(shè)置4個(gè)地質(zhì)勘探孔，根據(jù)地勘資料顯示，循環(huán)水泵房區(qū)域主要以砂層地質(zhì)為主，為中密實(shí)至密實(shí)砂層。但是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)沉井實(shí)際下沉情況，沉井下沉至大概18.93m深時(shí)，沉井南北側(cè)地質(zhì)出現(xiàn)明顯差異，沉井北側(cè)出現(xiàn)硬土層，含泥量逐漸增大，并發(fā)現(xiàn)土層中含硬度較大的碳化木塊和膠結(jié)層，南側(cè)仍是粉細(xì)砂地層。為了處理該硬土層，在排水下沉階段，將小挖機(jī)吊入井內(nèi)，采用小挖機(jī)配合進(jìn)行硬土層挖除。而在挖除的過(guò)程中，南側(cè)出現(xiàn)了土層隆起現(xiàn)象，初步分析是由于地質(zhì)不均勻而造成的，且無(wú)法判斷是否有進(jìn)一步惡化的風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)沉井下沉過(guò)程中井底出現(xiàn)土層隆起問(wèn)題咨詢專家意見(jiàn)后，對(duì)井外周邊回填壓實(shí)、井內(nèi)南側(cè)回填，立即往井內(nèi)灌水，轉(zhuǎn)為不排水下沉，以達(dá)到控制南側(cè)涌砂的目的。潛水員開(kāi)始對(duì)北側(cè)刃腳進(jìn)行沖洗吸泥，在不排水下沉階段，高壓水槍無(wú)法對(duì)硬土層進(jìn)行沖擊破碎，需要在渣漿泵底部安裝鉸刀頭，采用鉸刀頭對(duì)硬土層進(jìn)行攪碎。但由于沉井上部無(wú)配套的起吊設(shè)備用于渣漿泵起吊和移位，硬土層又不具備流動(dòng)性，鉸刀將有效作用范圍內(nèi)的土體攪碎后，形成一個(gè)小型的坑洞，對(duì)有效作用范圍外的土體擾動(dòng)能力有限，整體的土體攪碎效率較低，進(jìn)度較慢。

地勘資料和現(xiàn)場(chǎng)暴露出的地質(zhì)情況存在較大差異，受地勘資料誤導(dǎo)，前期預(yù)判和應(yīng)對(duì)措施不足，對(duì)沉井順利下沉造成了一定影響和耽誤。在后續(xù)類似項(xiàng)目的執(zhí)行過(guò)程，建議在沉井區(qū)域適當(dāng)增加地質(zhì)勘探孔，確保地勘結(jié)果能全面、準(zhǔn)確地反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況。同時(shí)，為應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的地質(zhì)狀況變化，要有足夠的預(yù)判和準(zhǔn)備，加大預(yù)備設(shè)備或機(jī)械的投入，這一過(guò)程必須由專業(yè)技術(shù)人員配合完成，通過(guò)對(duì)周邊地質(zhì)狀況的了解，判別可能出現(xiàn)的影響下沉施工的問(wèn)題或困難，提出需要配備的相關(guān)設(shè)備及要求。

問(wèn)題2）主要是由問(wèn)題1）衍生出來(lái)的，由于下沉遭遇地質(zhì)變化，導(dǎo)致下沉停滯，地下水流失通道擴(kuò)大，流沙造成沉井周邊地面沉降。沉井西側(cè)有原有循環(huán)水泵房建筑物，兩者距離較近，最近處的距離盡14m。在沉井下沉深度達(dá)到約19m時(shí)，即處理沉井內(nèi)局部硬土層期間，沉井下沉受阻，滲漏引起井外土體擾動(dòng)和坍塌，使沉井和老廠循環(huán)水泵房之間出現(xiàn)地面沉降并開(kāi)裂，針對(duì)上述情況主要采取以下處理措施：

1）加快沉井下沉速度。此時(shí)沉井處在中沉階段，下沉速度達(dá)到0.1～0.35m/d，將該下沉速度提高至0.5～1.0m/d，縮短沉井下沉施工對(duì)周邊土體和建筑物的擾動(dòng)時(shí)間，減少對(duì)沉井周邊土體和建筑物的擾動(dòng)。

2）由排水下沉轉(zhuǎn)入不排水下沉。往沉井內(nèi)注水，并采取水下清挖方式迅速解決硬土層的影響。注水深度為18.5m，防止沉井和老廠現(xiàn)有循環(huán)水泵房之間的土體從沉井底部涌出，從而有效阻止裂縫和塌陷情況繼續(xù)發(fā)展。

3）對(duì)沉井和老廠循環(huán)水泵房之間進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。固結(jié)灌漿孔孔徑設(shè)定為φ56mm，分為兩排梅花型布置，其中第1排為I序孔，斜孔孔深9m；第2排為II序孔，斜孔孔深13.5m。灌漿孔孔距均為2m，斜孔傾角均為45度。第I排孔距離現(xiàn)有圍欄1m，施工時(shí)先施工I序孔，再施工II序孔。固結(jié)灌漿材料采用水灰比為1：1的純水泥漿液。

在后續(xù)類似項(xiàng)目中，應(yīng)提前采用固結(jié)灌漿或施工高壓旋噴樁的方法對(duì)沉井周邊臨近建筑物進(jìn)行防護(hù)后再開(kāi)展沉井下沉施工。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)馬來(lái)西亞凱德隆火電項(xiàng)目循環(huán)水泵房沉井結(jié)構(gòu)施工研究，分析了多格、偏心、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)沉井結(jié)構(gòu)的預(yù)制和下沉過(guò)程的步驟，以及需要注意的事項(xiàng)；該沉井結(jié)構(gòu)施工區(qū)域主要以砂層為主，地下水位受潮汐影響較大，加上距離老廠現(xiàn)有循環(huán)水泵房較近，在做好對(duì)沉井下沉糾偏工作的同時(shí)，又要做好對(duì)現(xiàn)有臨近建筑物的監(jiān)測(cè)和保護(hù)措施，針對(duì)本項(xiàng)目沉井下沉過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行淺析，提出對(duì)不均勻土層（遭遇硬土層）和臨近建筑物擾動(dòng)影響的消除措施。