淺談1850mm 熱軋工程旋流池沉井施工、監(jiān)測、糾偏

劉濤

（中國二冶集團公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

一、工程概況

本工程為福建大東海實業(yè)集團有限公司精品鋼鐵項目1850 熱軋旋流井。

（一）場地工程地質(zhì)條件

場地目前處于整平階段，場地起伏較大，旋流井周邊無已建建筑物，旋流井封底后開始周邊廠房建設(shè)。

場地處在廠區(qū)內(nèi)空地上，交通便利；所在場地±0.00m 為絕對標(biāo)高15.00m，旋流井頂標(biāo)高為相對標(biāo)高+300mm。

擬建場地屬于山前平原地貌單元，場地上覆第四系堆積、沖洪積土、下伏侏羅紀(jì)凝灰?guī)r風(fēng)化層。根據(jù)本次勘察鉆探勘察資料揭露，在鉆孔深度范圍內(nèi)其巖土層可分為9 主層，按地層新老關(guān)系，自上而下分別：

①-1 雜填土（上部為水泥板，主要成分由塊石、礦渣及粘性土組成，局部夾有鋼板。）；

①-2 素填土（主要成分由土狀風(fēng)化層回填而成，局部砂土回填。）；

②中砂（局部含有少量礫石）；

③粉質(zhì)黏土；

④碎石；

⑤強風(fēng)化凝灰?guī)rⅠ；

⑥強風(fēng)化凝灰?guī)rⅡ；

⑦中風(fēng)化凝灰?guī)r。

（二）水文地質(zhì)條件

擬建場地地下水主要為填土層、中砂層中的潛水，為濕潤區(qū)強透水土層中地下水。

勘察期間測得已完成鉆孔初見水位埋深4.35-8.18 米（絕對標(biāo)高為3.27-10.26 米）,穩(wěn)定水位埋深約4.63-8.40 米（絕對標(biāo)高為3.05-10.06米），根據(jù)調(diào)查，擬建場地水位變化幅度3.00-4.00 米。近3-5 年最高水位約14.00 米（絕對標(biāo)高），歷史最高水位約14.50 米（絕對標(biāo)高）。

（三）旋流井總體設(shè)計概況

其結(jié)構(gòu)形式采用雙圓井型變截面鋼筋混凝土筒倉結(jié)構(gòu)。工程擬采用分段設(shè)計、分段施工的方法，即直筒段采用沉井方案施工，當(dāng)直筒段下沉到強風(fēng)化巖時，將強風(fēng)化巖作為持力層，底面錐斗采用開挖形式，直接開挖成圓臺形狀，然后與沉井整體澆筑的形式。

1.旋流井外筒直筒部分

旋流井外筒直筒段設(shè)計為內(nèi)徑30m、筒壁上頂標(biāo)高為0.3m，筒壁下部刃腳底標(biāo)高為-20.1m，上部（-10.0m 以上）筒壁厚1m，下部（-10.0m 以下）筒壁厚1.2m。

2.旋流井下部圓臺部分

旋流井下部圓臺形段的上口頂標(biāo)高為-17.0m、上口內(nèi)徑25.96m；下口上頂標(biāo)高為-27m、下口內(nèi)徑16m；圓臺部分的墻壁及底板厚度均為1.1m。

二、施工方法

（一）總體部署

根據(jù)地質(zhì)勘察報告地下水情況，旋流井施工首先要進(jìn)行高壓旋噴止水帷幕的施工，再行沉井施工。當(dāng)沉井到位后，再行施工下部圓臺部分的施工。

旋流井內(nèi)土石方，采用2 臺0.3 m3挖土機、風(fēng)鎬、小藥量爆破等方法裝入裝土斗（簸萁狀），擬用2 臺80 噸履帶吊、4 個裝土斗垂直及水平運輸至旋流井外，裝載機及土方車運走。

為保證施工人員順利、安全上下旋流井，在旋流井內(nèi)壁南北兩處安裝帶護欄直爬梯，此鋼梯與井壁混凝土埋件相焊牢固。

根據(jù)工期等實際情況，進(jìn)行三段施工、兩次下沉，即第一段沉井制作高為8.8 米，下沉8.3 米預(yù)留0.5 米，第二段沉井制作高為7.6 米，下沉7.6米，預(yù)留0.5 米，第三段為現(xiàn)澆高度為4 米。

（二）施工工藝流程

場地平整、測量定位→挖土到-4.5 米→刃腳施工→沉井第一段制作、養(yǎng)護→第一段沉井下沉→ 沉井第二段制作、養(yǎng)護→第二段沉井下沉 →刃腳處理（混凝土填充）

1.場地平整、測量定位

（1）場地整平

施工前，施工人員先進(jìn)行現(xiàn)場進(jìn)行勘察，了解場地形、地貌和周圍環(huán)境，根據(jù)總平面布置圖及豎向規(guī)劃圖，確定出平整場地的范圍，清除地上地下障礙物。

（2）測量定位

首先設(shè)置測量控制網(wǎng)和水準(zhǔn)基點，作為定位放線、沉井制作和下沉的依據(jù)。在土方開挖前以旋流井中心線設(shè)沉降觀測點，以便施工沉井時定期進(jìn)行沉降觀測。

2.土方開挖

旋流井土方開挖，按照旋流井下口外徑為32.4 米（刃腳部分），工作面（刃腳外側(cè)）為2.0 米，邊坡按照1:1 進(jìn)行基坑開挖，開挖基坑底標(biāo)高為-4.5 米，挖土采用2 臺1.6m3挖土機6 臺土方翻斗車將土方運至甲方指定位置。挖土?xí)r，根據(jù)現(xiàn)場情況可在旋流井中心挖一個深2 米、半徑為5 米左右的探坑，用于探明此處地下水位情況。

3.刃腳施工

沉井下部為刃腳，本方案刃腳支設(shè)方法采用磚胎模墊座法，省去刃腳下的底模，便于沉井下沉前拆除。在做好砂墊層和墊木的基礎(chǔ)上，先鋪筑素混凝土墊層，砂墊層按0.3m 厚度鋪設(shè)，碾壓密實，墊木采用軌枕間距@1.50 米。施工時，磚胎模墊座沿周長分成6～8 段，中間留20mm 空隙，以便拆除，磚胎模墊座內(nèi)壁用水泥砂漿抹面。

沉井井壁底部刃腳混凝土墊層200mm 厚，1.5m 寬，確保沉井第一段混凝土澆筑過程中的穩(wěn)定性。刃腳處周圈下挖加深400，以方便砂墊層和墊木鋪設(shè)。

4.沉井制作、養(yǎng)護

（1）沉井制作

沉井制作在基坑中進(jìn)行，旋流井沉井筒壁施工采用兩次下沉，三段施工。

沉井壁施工采用墻外雙排架、墻內(nèi)多排架。

井壁模板加固采用對拉螺栓與內(nèi)部支頂相結(jié)合固定，采用木模板1220mm×2440mm（高）施工，100×50 木方豎向背楞，Φ25 鋼筋煨成圓箍橫向背楞，采用Φ48×3.5 鋼管豎向加固。模板在支設(shè)前，按每一施工段高度進(jìn)行配模。采用Φ16 對拉螺栓（中間焊止水板）進(jìn)行加固@450mm。Φ25 鋼筋按旋流井外壁弧度提前壓制成型，每根長度6000mm，每道間距@450mm，混凝土澆筑采用泵車分層澆筑，每層厚不超過500mm。

沉井澆筑對稱、均勻地分層澆筑，避免造成不均勻沉降使沉井傾斜。每節(jié)沉井一次連續(xù)澆筑完成，第一段井壁達(dá)到100%設(shè)計強度才能第一次下沉，第二段井壁達(dá)到80%設(shè)計強度才能第二次下沉。

（2）混凝土施工方法

①混凝土現(xiàn)場集中攪拌，罐車運輸，泵車澆筑。采用分層平鋪法，每層厚50cm，振動棒振搗，最少保證4 個插搗棒同時工作，均勻下料，每層混凝土初凝前澆筑完成，并開始上層混凝土澆筑，上下層混凝土有效銜接，循環(huán)至澆筑完成。

②混凝土坍落度控制在120～160mm 之間，每班至少檢查二次以上，并做記錄。

③混凝土振搗用插入式振動器，分層振搗密實（每層鋪混凝土厚度為400～500mm）。振搗時以混凝土不再明顯下沉，表面沒有氣泡冒出為止，做到“快插漫拔”，不得漏振。振搗本施工層時插入下層混凝土內(nèi)深度不小于50mm，避免碰撞鋼筋、模板、地腳螺栓、預(yù)留孔等。

④混凝土澆搗至標(biāo)高后，先用木長尺刮平，將泌水及時排除趕走，初凝至終凝前，做拉毛處理。

⑤混凝土試塊每100m3混凝土留置一組，不足100 m3按每作業(yè)班留置一組，置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室進(jìn)行養(yǎng)護，同時留置同條件試塊。

⑥混凝土的水平施工縫設(shè)止水鋼板（圖紙要求凸臺），上節(jié)混凝土須待下節(jié)混凝土強度達(dá)到80%后澆筑，接縫處應(yīng)鑿毛及沖洗干凈，并澆10cm厚減半石子混凝土。

⑦混凝土澆筑完拆模完后，在井外壁用紅油漆畫出標(biāo)高線和沉井高度尺寸，每10cm 一個刻度，以用于沉井下沉觀測。

（3）混凝土養(yǎng)護

混凝土澆筑后的12 小時內(nèi)澆水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于7 天，有抗?jié)B要求的部位（沉井壁）養(yǎng)護時間不少于14天，確保新澆混凝土保持濕潤狀態(tài)。沉井壁帶模養(yǎng)護時間不少于3 天。

5.沉井下沉

（1）下沉總體概述

旋流井沉井采用干沉法施工，主要依靠自重克服沉井端部承載力及側(cè)壁摩阻力下沉。井筒內(nèi)設(shè)置2 臺0.3m3挖土機取土并裝入4 個1.5 m3專用裝土斗（簸萁形狀），由2 臺80t 履帶吊將裝土斗交替吊出井外，再由裝載機及土方車運走。當(dāng)挖土遇到強風(fēng)化凝灰?guī)r和中風(fēng)化凝灰?guī)r時，采用風(fēng)鎬及小藥量爆破松動進(jìn)行施工。

旋流井內(nèi)始終保持4 臺潛水泵（型號QX100-100-32）進(jìn)行24 小時排水，排水管（φ100 鋼管）固定于旋流井墻壁上（采用[12 槽鋼及管箍固定鋼管，槽鋼與井壁預(yù)埋鐵件焊牢），隨著旋流井下沉，排水管逐漸加高且鋼管固定點不應(yīng)大于@2.5 米。潛水泵使用的電纜線采用專用鋼管防護，電纜接頭采用可靠的防水措施。井內(nèi)照明采用24V 安全電壓。

挖土分層、均勻、對稱地進(jìn)行，使沉井能均勻豎直下沉。先挖中間部分，沿沉井刃腳周圍保留土堤，使沉井?dāng)D土下沉。井孔中間宜保留適當(dāng)高度的土體，不得將中間部分開挖過深。

沉井下沉過程中，如井壁外側(cè)土體發(fā)生塌陷，及時采取回填措施，以減少下沉?xí)r周邊土體開裂、塌陷等情況。

沉井下沉過程中，每8h至少測量2次。當(dāng)下沉速度較快時，應(yīng)加強觀測，如發(fā)現(xiàn)偏斜、位移時，及時糾正。

挖土從沉井中間開始向四周逐漸開挖，每層挖土厚0.4～0.5m，沿刃腳周圍保留0.5～1.5m 土體，然后再沿沉井壁，每2～3m 向刃腳方向逐層全面、對稱、均勻地削薄土層，每次削5～10cm，當(dāng)土層承受不住刃腳的擠壓，則沉井在自重作用下擠土下沉，使沉井不至產(chǎn)生過大傾斜，可有效地提高工作效率。如下沉過于緩慢或不下沉，則再從中部向下挖0.4～0.5m，并繼續(xù)向四周均勻下挖，使沉井平穩(wěn)下沉。

（2）取土工作量計算及土方吊裝機械選用

①沉井土方工作量

第一段制作高度8.8m，下沉高度8.3m，沉井外徑32.4m 則取土土方量為6840m3。

第二段制作高度7.6m，下沉高度7.6m，沉井外徑32.4m 則取土土方量為6260m3，因第二段旋流井刃腳入巖，會遇到強風(fēng)化及中風(fēng)化凝灰?guī)r，挖土鑿巖石施工設(shè)備、人員產(chǎn)生降效30%，工期等需要考慮。

②土方吊裝機械選用

采用2 臺80t 履帶吊車、4 個裝土斗、0.3m3挖土機取土。

裝土斗外形尺寸2000×1500×600，容量為1.5 m3，采用6mm 厚鋼板焊制，每個裝土斗自重為0.5t，土的比重按1.8t/m3，鉤頭和吊具繩索計1.2t。

考慮到沉井中心部位取土距離，吊裝回轉(zhuǎn)半徑按取22m，選用80T 履帶吊主桿接52 米，回轉(zhuǎn)半徑22m 時起重量6.3t。

則1.5×1.8+0.5+1.2=4.4t ＜6.3t，吊車性能滿足施工要求。

（3）沉井下沉預(yù)備工作

①拆掉刃角及井筒模板、磚模、切割掉對拉螺栓，對封底混凝土交接部位進(jìn)行鑿毛處理。

②修筑沉井周邊臨時道路（考慮吊車站位，路寬8m），滿足履帶吊通行使用，并保證其耐用性。

③檢驗試驗第一節(jié)沉井混凝土的強度，達(dá)到設(shè)計強度后方可下沉。

④對稱鑿碎墊層混凝土，刃腳下部墊層分塊區(qū)域，分次對稱鑿除。鑿除前，在沉井四周內(nèi)、外側(cè)井壁上畫出測量標(biāo)尺、并設(shè)立水平指示尺。

（4）取土下沉方法

①一般規(guī)定

沉井挖土?xí)r，分層均勻?qū)ΨQ進(jìn)行挖土，使其能均勻豎直下沉，不得有過大傾斜，一般情況下不得從刃角斷面進(jìn)行挖土。當(dāng)沉降過大時，先挖中間部分土方，沿沉井刃腳周圍保留土堤，使沉井?dāng)D土下沉，隨次節(jié)及末節(jié)的沉入；當(dāng)下沉緩慢時，采取灌砂、灌水等減阻措施，使沉井不間斷下沉，期間不應(yīng)有較長時間停歇，亦不應(yīng)將中部開挖過深。

②刃腳土采用人工掏挖，開挖面均布于刃腳圓周，挖除的余土先集中在倉底中部，使沉井逐步均勻的下沉。

③取土對稱進(jìn)行，使其均勻同步下沉。中部深度不得深于1.5m，采用擠土下沉。

三、下沉監(jiān)測

沉井位置的控制是在沉井以外地面設(shè)置十字控制樁、水準(zhǔn)控制點。沉井下沉?xí)r，在井壁標(biāo)記十字控制線，在井外設(shè)水平點，于壁外側(cè)做標(biāo)記，利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行沉降觀測。井內(nèi)中心點與垂直度觀測是在井筒外壁的垂直標(biāo)高線之間的標(biāo)高差觀察沉井傾斜程度，并定期用兩臺經(jīng)緯儀觀察垂直偏差。下沉?xí)r隨時觀察垂直度及水平位移，當(dāng)井壁離標(biāo)記達(dá) 200mm 或標(biāo)高高差較大時，即應(yīng)糾偏。沉井過程中，每班不少于2 次觀測，并應(yīng)在每次下沉后檢查，做好記錄。當(dāng)發(fā)現(xiàn)位移、傾斜、扭轉(zhuǎn)時，應(yīng)立即告知指揮人員進(jìn)行糾正，使其在允許范圍內(nèi)。當(dāng)下沉到接近剩余最終標(biāo)高 2m 時，對下沉挖土過程增加觀測次數(shù)，防止超沉。沉井下沉到接近剩余最終標(biāo)高0.1m時，挖土停止與井內(nèi)抽水，使其靠自重下沉至最終設(shè)計標(biāo)高。

監(jiān)測點平面布：

在旋流井十字線上選點做原始控制點，并作為觀測沉井下沉過程中的沉降和傾斜與偏移的依據(jù)。首節(jié)制作完成后在旋流井筒體上做十字線和鉛垂線、標(biāo)高控制線。

四、沉井糾偏

沉井下沉過程中產(chǎn)生傾斜原因很多，例如：刃腳下的土承載力不均；未對稱地抽除墊木或未及時回填夯實；井外周邊回填土夯實密實度懸殊；挖土不均勻，使井內(nèi)土面高差相差較大；刃腳一側(cè)有障礙物，未及時清除；

當(dāng)發(fā)現(xiàn)傾斜、位移、扭轉(zhuǎn)時，應(yīng)及時進(jìn)行糾正。當(dāng)沉井沉至約2m 時，對下沉與排土情況加強觀測，避免超沉。沉井在下沉?xí)r，傾斜糾偏必產(chǎn)生水平位移，取土不當(dāng)可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)位移，封底前易產(chǎn)生豎向位移（下沉不到位或超沉）。

（一）偏出土糾偏

沉井初期下沉?xí)r，易發(fā)生傾斜，但易糾正。糾正時，可采取在刃腳高的一側(cè)挖土，并可配合在刃腳下挖土。伴隨沉井下沉，在沉井高的一側(cè)降低刃腳下正面阻力，在沉井低的一側(cè)加大刃腳下的正面阻力，使沉井的偏差在下沉過程逐步糾偏。

（二）沉井終沉后的穩(wěn)定措施

沉井達(dá)到設(shè)計標(biāo)高并穩(wěn)定后，立即施工刃腳部分的填充混凝土（此部分填充混凝土標(biāo)號提高到C30），使刃腳下部與巖石接觸面積增大，保證旋流井在后續(xù)施工和使用過程中發(fā)生沉降。

（三）破壞單向摩阻

當(dāng)沉井下沉深度增大，沉井周邊土層對井壁的約束也逐漸增加，使沉井糾偏困難增加。所以，沉井沉入深度較深時，消除土層的土壓力是糾偏的重要因素?？梢罁?jù)偏位程度采取糾偏泥漿潤滑減阻，削弱井壁與土層摩擦阻力，降低土層被動土壓力。之后再采取井內(nèi)局部開挖方法，使沉井的傾斜逐漸修正。

通過獨立注漿管由井外鉆入旋噴鉆桿高壓破壞局部摩阻力也可起到糾偏的作用。

（四）沉井位置扭轉(zhuǎn)糾偏

沉井若發(fā)生扭轉(zhuǎn)，采取沉井偏位二角偏出土，使刃腳下不同的土壓力產(chǎn)生扭矩，逐步糾正沉井位置。

（五）壓重糾偏

在沉井偏高側(cè)壓重，可增大沉井高側(cè)下沉量，糾正沉井傾斜。

（六）沉井突沉預(yù)防和處置措施

1.沉井突沉原因

挖土不注意，將中部挖土過深，致使沉井被井壁外摩擦阻力和刃腳支住，使沉井下沉?xí)簳r停滯，當(dāng)繼續(xù)挖土，土壁達(dá)極限摩擦阻力，井壁阻力突然下降，產(chǎn)生突沉；

2.突沉處置措施

可沿并壁注一定水，降低井壁與土的摩擦阻力；

控制挖土，避免井底挖太深；避免刃腳下過多掏空；

在沉井梁中增設(shè)相應(yīng)支撐，以承受一部分土反力；防止發(fā)生流砂。

五、其他

（一）防滲漏措施

1.混凝土滲漏的主要原因如下

①因混凝土的配合比控制不好，水泥用量、砂率，灰砂比、水灰比、塌落度超出了技術(shù)參數(shù)的限值范圍；

②對拉螺栓沒設(shè)止水環(huán)而引起的滲漏；

③施工縫和變形縫留置的位置產(chǎn)生的滲漏；

④底板的面層壓面壓的不好或遍數(shù)過少引起的滲漏。

2.針對以上問題采取以下措施防止?jié)B漏

①水灰比：混凝土中的水一部分用于水泥水化，另一部分用于改善混凝土的和易性。在水泥用量一定的前提下，用調(diào)整用水量控制水灰比。水灰比過大或過小均不利于放水混凝土的抗?jié)B性。要求攪拌站采用計量儀器進(jìn)行加水，嚴(yán)禁用手動加水。

②水泥用量：水泥用量也直接影響著混凝土的抗?jié)B性。合理的水泥用量是保證混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵。減少粉煤灰添加量，不允許加礦粉。

③砂率：水泥用量、水灰比確定之后，應(yīng)選用適當(dāng)?shù)纳奥?，增加密實度，提高抗?jié)B性。

④塌落度：在砂率、水灰比均確定下，抗?jié)B性與塌落度有緊密關(guān)系。因此現(xiàn)場要對送至施工現(xiàn)場的商品混凝土進(jìn)行抽樣檢查，合格后方可進(jìn)行澆筑。

⑤對表面滲水的部位先檢查出漏水部位，用適宜方法堵塞，將滲漏范圍盡量縮小，面漏縮為線漏，線漏一點或數(shù)點，達(dá)到完全不滲或漏，對裂縫漏水可以直接用堵漏法處理。底板混凝土的壓面應(yīng)不少于5 次，不能出現(xiàn)裂縫。