淺談旋流池分部分項工程的施工方法

陳志劍

（1.中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶 400013；2.重慶市城鎮(zhèn)污水處理工程技術研究中心，重慶 400045）

前言

地下空間作為一種地下資源，自上世紀70年代以來，研究、應用、開發(fā)均取得了長足的發(fā)展，在國家政策、投資效益、工程技術、地質水文等領域越來越受到關注和重視。隨著城鎮(zhèn)化建設的推進，城市地下空間的開發(fā)利用得到了更進一步的發(fā)展；而工業(yè)建設領域同樣對地下空間資源的價值非常重視，與城市地下空間利用不同的是，工業(yè)工程項目對地下空間的利用往往是工藝流程決定的。

現(xiàn)代大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的熱軋工程和連鑄工程的旋流池，一般而言，外徑已超過30 m，設計深度已超過30 m，而支護設施入土深度已超過50 m。大型基坑既涉及土力學中典型強度與穩(wěn)定問題，又包含了變形問題，同時還涉及到土與支護結構的共同作用等等[1]。本文擬對旋流池的兩種施工方法進行介紹和比較，同時對施工工法中的重要工序和注意事項進行了論述和分析。

1 旋流池概述

旋流池作為直接冷卻水系統(tǒng)的重要水處理設施，因利用水力特點和工藝標高限制，設計成圓形地下鋼筋混凝土結構。直接冷卻水系統(tǒng)供水主要是向輥道冷卻，粗、精軋工作輥、支撐輥冷卻，切頭剪，卷取機，高壓水除磷，沖氧化鐵皮，加熱爐水封槽及沖渣等用水，使用后的水不僅水溫升高，而且含有大量的氧化鐵皮和廢油。旋流池是以上用戶使用之后的冷卻水的第一道處理設施，主要作用是除去大顆粒的氧化鐵皮，將沉淀之后的一部分水返送加熱爐區(qū)域沖渣水，大部分水泵送至下一道處理設施。泵站內一般還會設置浮油去除裝置。

1.1 旋流池特點

旋流池為地下圓形鋼筋混凝土水處理構筑物，主要組成部分有內筒、外筒、泵房和沖渣溝等。沖渣水經廠房內沖渣溝匯流進入旋流池段沖渣溝，進入內筒沿切線方向運動，水流和氧化鐵皮渣因重力不同，流速也會產生變化。隨著水流的下降，氧化鐵皮渣進入底部沉渣區(qū)，水流下降到內筒底部后經過穿孔板進入外筒。外筒中設置吸水井，經泵房水泵吸水后泵送至下一級水處理構筑物。

1.2 施工特點

旋流池的主要施工內容由基坑工程和結構工程兩部分組成，由于其規(guī)模尺寸和開挖深度的關系，基坑工程的開挖、支護、降水均為超過一定規(guī)模的危險性較大的分部分項工程，其施工方案需要進行專家論證和評審。

2 常見施工法

旋流池常見施工方法有大開挖法、沉井法、逆作法三種，大開挖法一般適用于周邊場地開闊，地層土質較好的場地，工程實例不多。下文主要論述沉井法和逆作法的特點。

2.1 沉井法

沉井法一般在軟弱地基中施工地下構筑物時采用。

沉井法先在場地上制作一定高度的井壁，完成鋼筋綁扎、混凝土澆筑并達到一定強度后，利用挖機在井內挖土，靠井體自重隨挖土下沉。控制下沉的高度和速度，分節(jié)施工，最后進行封底，澆筑底板和其它部位。

沉井分節(jié)制作的高度確定是沉井法施工方案的重要內容，分節(jié)制作的高度需要考慮每節(jié)沉井接高時的穩(wěn)定性、刃腳處土層的地基承載力，以及平穩(wěn)下沉過程中的控制力度。高度太高，不利于混凝土澆筑質量控制和平穩(wěn)有序下沉的施工控制；高度不夠，則其重量不足以順利下沉，增加施工工序，延長了施工工期。此外，還需結合沉井本身的結構，十字梁、懸挑梁以及在中間部位還有與鐵皮溝連接的預留洞口的標高位置等，也會影響沉井分節(jié)的高度。一般情況下分節(jié)制作高度不超過10 m。

2.2 逆作法

旋流池池壁一般采用1 m 厚地下連續(xù)墻和1 m厚鋼筋混凝土內襯相結合的復合圍護結構體，既做圍護結構又兼做地下結構的部分外墻，墻體既要承受水土的水平荷載，又要承受豎向荷載，同時起止水防滲作用，即“二合一”墻。

旋流池深度一般為30～40 m，在結構施工時一般采用無支撐逆做法施工：土方分四層開挖；內襯分成四個施工段依次澆搗，前三段為逆做，第四段在底板澆筑后與筒內結構采用順做法一起施工。

內襯墻分層高度一般為7～10 m，施工時重點關注和把控分層段前后工序的施工方法和施工質量。第一段施工時，應按設計預留頂板、梁的插筋；第二段施工時，應預留泵站平臺及梁的插筋，按沖渣溝尺寸預留銜接孔洞及插筋，并在段間埋設止水鋼板，待筒內結構施工至沖渣溝標高時，在圖示具體位置鑿穿旋流池的地下連續(xù)墻，按設計圖紙連接內外沖渣溝。

為了防止新澆注混凝土在自重的作用下引起模板支撐下沉，可采用黃砂分層回填的方法來控制，施工縫處綁扎搭接鋼筋插入后，再在其上澆注素混凝土墊層。

下一施工段支模時，在與上一段接觸處往坑內方向支設出漏斗型模板，避免因混凝土凝固時的細微收縮而在施工縫出現(xiàn)間隙，同時在上段混凝土澆筑時設置鋼板止水帶防止?jié)B水漏水，保證環(huán)向施工縫處墻趾混凝土的振搗密實。

3 主要工序

3.1 沉井

沉井混凝土澆筑完成之后，待混凝土達到100%設計強度后，方可開始進行下沉。在沉井下沉施工時，一般采用外筒壁周圍加土下壓下沉法，使土和地面保持平衡，控制下沉時土體塌陷的影響在最小范圍以內。

在下沉初期往往會造成的一定的傾斜，一般情況下，是因為剛剛開始時重心偏高，井壁四周摩擦力小，下沉系數(shù)很大。因此在沉井挖土前，沉井的刃腳先采用人工分層掏挖，然后通過汽車吊將砂土、砼墊層運出井外。由于初沉時沉井在砂中下沉，因此只要分層挖出井內填砂，沉井即可開始下沉。

施工過程中，在施工區(qū)域可靠位置，需要布置后視水準點和后視方位，保證各控制點、基準點穩(wěn)固可靠，隨時進行復測、校正。

3.2 封底

沉井封底根據(jù)地下水位的影響一般可分為排水封底和不排水封底兩種，當沉井基底無滲水或少量滲水時可用排水封底；當沉井基底滲水較多且通過排水降低水位存在困難時，采用不排水封底。

排水封底一般也稱為干封底，受地下水影響較小，作業(yè)環(huán)境較好?；炷翝仓r注意與刃腳或槽內的結合，按四周向中央的方向進行澆筑，厚度控制在每層300～500 mm，振搗密實至無氣泡和浮漿。層與層間澆筑時間間隔必須控制在上一層初凝之前，并控制插入深度，當井內有隔墻時應前后左右對稱地逐孔澆筑?；炷琉B(yǎng)護過程中逐步停止降水，直至底板混凝土強度達到設計強度停止所有降水工作。

不排水封底是指水下澆筑混凝土，澆筑前做好準備工作，清除浮泥。封底混凝土用導管法灌注或用推石灌漿法灌注，澆筑過程中要控制導管的插入深度，并考慮措施保證澆筑的連續(xù)性。

汪洪楓等介紹了某煉鋼廠旋流池工程采用干封底方式的工程案例，同時提到了采用干封底方式，根據(jù)現(xiàn)場情況隨時準備采用不排水封底的預案研究和準備[2]。

3.3 降水

降水的目的是為了保證施工期間的安全，降低承壓含水層的水頭和潛水層的水位。旋流池由于其深度較深，一般會遭遇地下潛水和承壓水，因此既要考慮支護結構的滲水和突涌，還要驗算坑底的突涌。一般的降水方法有集水明排、輕型井點、噴射井點、電滲井點、管井等，以上方法也可以復合采用。陳志永介紹了采用“井點降水+坑內明排”降水方法的工程案例，解決了基巖面較高而開挖深度較大的問題[3]。張具壽等介紹了在上海環(huán)球金融中心塔樓的基坑上也采用了這種方法并強調了大型基坑的施工采用深井減壓降水的重要性和必要性[4]。

考慮到基于傳統(tǒng)的達西穩(wěn)定流理論發(fā)展的解析法在確定降水技術方案確定上的局限性，數(shù)值法在處理復雜的水文地質邊界條件，含水層的非均質各項異性，以及地下水的非穩(wěn)定流特征等更有針對性，席鵬采用Visual Modflow 軟件在某鋼廠旋流池基坑降水工程中得到了進一步的驗證[5]，在抗突涌驗算和確定技術方案上得到了很好的運用。

3.4 護壁

地下連續(xù)墻的護壁工序在成槽、下鋼筋籠、混凝土澆筑工序中有著非常重要的作用，作為前置工序的護壁，其施工質量控制，因此也更顯得尤為重要。

由于泥漿具有一定的相對密度，在槽內存在一定的靜水壓力，對槽壁上的側向土壓和水壓有一定的抵抗作用，可有效防止槽壁的坍塌和剝落，保證槽壁的穩(wěn)定性。除此之外，泥漿還起到護壁、攜渣、冷卻、潤滑的作用。地下連續(xù)墻施工應采用優(yōu)質膨潤土泥漿護壁，盡量保證泥漿比重的合理性，確保成槽槽壁得到可靠的泥漿支撐作用。

施工過程還要注意地方和國家環(huán)保管控要求，不合格泥漿不得入槽再次循環(huán)，應排入廢漿池集中存儲，廢漿應及時用專用封閉罐車集中外運至環(huán)保部門指定地點進行處置。

4 注意事項

4.1 糾偏

根據(jù)施工條件及土質情況，沉井施工過程中要隨時關注井的形態(tài)，應如發(fā)現(xiàn)偏斜，視具體情況分別確定應對之策。

1）入土較淺時，如發(fā)生傾斜，只需在刃腳高一側進行挖土，在刃腳低的一側保留較寬的土埂適當填砂，通過本體的重心調整來達到糾偏的目的。

2）沉井位置如發(fā)生扭轉，可在沉井的兩對角取土，另外兩對角填土，借助刃腳下不相符的土壓力所形成的扭矩，使沉井在下沉進程中逐步糾正到位。

糾偏還需考慮控制在合理的高度范圍內進行，下沉到距設計標高2 m 以上時的糾偏是合適的高度范圍，保證糾正的準備度，監(jiān)控逐步下沉。下沉到距設計標高～0.5 m 時，必須保證沒有偏差或者偏差在可允許范圍內。

除此之外，還需要考慮遇到沉井不沉、沉井突沉等不利情況時的原因分析和應對之策。

4.2 監(jiān)測

信息化施工監(jiān)測是深基坑工程施工的重要手段，對施工過程中的支護結構及周邊環(huán)境的動態(tài)變化實行動態(tài)即時的監(jiān)控，是非常必要的。同時可以根據(jù)監(jiān)測結果調整優(yōu)化施工參數(shù)，科學有效指導施工[6]。

監(jiān)測項目一般有如下內容：墻頂位移及墻體位移；水平及豎向鋼筋的應力變化；坑周圍土體位移及深層沉降；坑外水位觀測；坑外50m 范圍地表土體沉降監(jiān)測。

需要注意的是，根據(jù)《危險性較大的分部分項工程安全管理規(guī)定》(住建部37 號令)，建設單位應當委托具有相應勘察資質的單位對按照規(guī)定需要進行第三方監(jiān)測的危大工程進行監(jiān)測，而施工單位也應當按照規(guī)定對危大工程進行施工監(jiān)測。

4.3 應急處理

工程施工前應編制應急預案，建立應急救援組織機構，成立應急救援小組，確定應急響應程序，保障人員材料設備的資源供應。

5 結論

本文重點論述了兩種旋流池結構工程中常見而成熟的施工方法，論述了主體結構和措施工程的幾個關鍵施工工序。針對此超過一定規(guī)模的危險性較大的分部分項工程，提出了信息化監(jiān)測的重要性，類似Visual Modflow 軟件的應用在未來數(shù)字化設計和信息化施工中將越來越廣泛，越來越受到重視。