旋流井施工方案的選擇

蘇玉格

工業(yè)用旋流井多用于煉鋼廠的循環(huán)用水，屬于中小型沉井結(jié)構(gòu)，一般都采用沉井方法，施工比較經(jīng)濟可行。施工中要求周密地做好各項施工準(zhǔn)備，制定合理的技術(shù)措施和施工程序，精心組織施工，以確保按期完成任務(wù)。下面介紹澳森鋼廠施工的旋流井工程施工方案的選擇。

1 工程概況

旋流井位于澳森鋼廠130 t轉(zhuǎn)爐煉鋼技改工程主廠房內(nèi)，刃腳底部標(biāo)高為-22.98 m，沉井外筒壁厚為1 m，內(nèi)筒壁厚0.4 m，刃腳部分厚1.2 m，中間有穩(wěn)流板、吸水井等，包括渣溝和渣池部分。

地下水位:地下水位較深。

本工程特點:結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工程量大、埋置深、地質(zhì)條件比較好，地下水位深，地基承載力較高，土的內(nèi)摩擦力較小，施工難度大，工期緊。

2 施工部署的確定

1)施工順序:先地下后地上，先沉井主體后穩(wěn)流板、吸水井和內(nèi)井，沉井下沉挖土與上節(jié)支模綁鋼筋，澆筑混凝土進(jìn)行立體交叉施工。

2)根據(jù)地質(zhì)報告及本工程特點，沉井?dāng)M采取三節(jié)制作兩次下沉，第一節(jié)制作9.5 m高，第二節(jié)5 m，第三節(jié)4.89 m。

3)施工工藝流程:基坑大開挖 →鋪設(shè)砂墊層和墊木→制作第一節(jié)沉井→拆模養(yǎng)護(hù)→挖土下沉→制作第二節(jié)沉井→挖土下沉→封底→底板鋼筋混凝土→穩(wěn)流板、吸水井、內(nèi)井和各層平臺施工→回填土→其他結(jié)構(gòu)施工。

3 沉井施工方法

3.1 基坑開挖

沉井采取在基坑內(nèi)制作以減少下沉深度，基坑開挖到-4.0 m后，重新定位放線確定刃腳位置后鋪設(shè)砂墊層和墊木。因支模操作的需要基坑比沉井寬2 m，挖土用反鏟挖土機進(jìn)行挖土，人工配合修坡清底，挖出的余土首先在基坑上口作成0.5 m高2 m～3 m寬的護(hù)坡阻擋地面水進(jìn)入基坑內(nèi)，其余部分用翻斗汽車運到棄土場內(nèi)堆放。挖土邊坡按1∶0.69設(shè)置。地面自然標(biāo)高為±0.000 m。基坑深4 m，能滿足安全要求。

3.2 砂墊層鋪設(shè)厚度計算

制作沉井，由于地基承載力較低，經(jīng)計算需用較多的墊木，鋪設(shè)間距過密，一般在墊木下加設(shè)砂墊層，提高墊木底部地基承載力，以減少墊木數(shù)量，避免發(fā)生不均勻沉降，同時便于墊木表面找平和鋪設(shè)墊木下沉前方便抽出。

砂墊層厚度h應(yīng)滿足砂墊層底部處的自重應(yīng)力加砂墊層底部處的附加應(yīng)力應(yīng)不大于砂墊層底部土層的承載力，一般根據(jù)下式計算:h=(G/F-L)/2tanφ。

其中，G為沉井單位長度的重力，G=229.4 kN/m;F為砂墊層底部土層的承載力設(shè)計值，F(xiàn)=110 kPa;L為墊木長度，L=1.5 m; φ為砂墊層的應(yīng)力擴散角，φ≤45°。

經(jīng)計算h=(229.4/110-1.5)/2=0.29 m。

3.3 沉井制作高度的確定

根據(jù)以往經(jīng)驗及有關(guān)資料沉井制作超過12 m下沉?xí)r易傾斜，澆筑困難。本沉井采取分節(jié)制作，分節(jié)高度應(yīng)保證其穩(wěn)定性，使沉井能在自重下順利下沉，其下沉系數(shù)K應(yīng)大于1.15。

其中，Q為沉井自重及附加重量;B為井壁排除的水重;H為沉井下沉深度;2.5為摩擦力在5 m時最大5 m以下為常值;F為單位面積摩擦力的平均值;R為腳反力，挖空時R=0;L為井外圍長度。本沉井深度為14.7 m，擬分三節(jié)制作，分別為9.5 m，5 m， 4.89 m高，壁厚按1 m計算混凝土量為507 m3，267 m3，261 m3。L=55.3 m，F(xiàn)=24.5 kN/m2。

其中，K值均大于1.15，能滿足下沉要求。

3.4 刃腳支設(shè)

本沉井高度雖大，但地基強度高，擬采用墊架法施工。墊架的間距一般為0.5 m～1 m。墊架鋪設(shè)應(yīng)對稱，一般先設(shè)8組定位墊架，每組由2個～3個墊架組成，圓形沉井沿沉井刃腳圓弧部分對準(zhǔn)圓心鋪設(shè)，在墊木上支設(shè)刃腳、井壁模板。鋪設(shè)墊木應(yīng)使頂面保持在同一水平面上，用水準(zhǔn)儀找平，使高差在10 mm以內(nèi)，并在墊木間用砂填實，墊木埋深為其厚度的一半，在墊架內(nèi)外設(shè)排水溝。

3.5 刃腳挖土

沉井側(cè)模板在強度達(dá)到設(shè)計強度的25%即可拆除，內(nèi)側(cè)腳手架也拆除，并在井壁上焊爬梯以供施工人員上下之用。刃腳在混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度的100%時方可進(jìn)行挖土下沉。用小勾機先將井內(nèi)部的土挖到與刃腳底面處，由中心向四周挖土，當(dāng)挖土距刃腳1 m～1.5 m處時，要派專人指揮，分成若干區(qū)域，依次對稱同步地人工挖土，每人挖2 m～3 m寬，間隔挖土到刃腳處并將刃腳作鑿毛處理，然后同時、逐步挖除隔土直到沉井下沉。

3.6 沉井挖土下沉

采用小勾機挖土，人員配合。根據(jù)土質(zhì)情況，采用碗形挖土自重破土方式，即從中間開始挖向四周，均衡、對稱地進(jìn)行，使其能均勻豎直下沉。每層挖土厚度為0.3 m～0.5 m，刃腳處留1.2 m～ 1.5 m寬土壟用人工逐層全面對稱均勻地削薄土層。每人負(fù)責(zé)2 m～3 m，方法是順序分層逐漸往刃腳方向削薄土層，每次5 cm～15 cm，當(dāng)土壟擋不住刃腳的擠壓而破裂時，沉井便在自重作用下破土下沉。削土?xí)r應(yīng)沿刃腳方向全面對稱均勻地進(jìn)行，使之均勻平穩(wěn)下沉。刃腳下部土方必須邊挖邊清理，第一節(jié)下沉到上口離基坑底500 mm高時即停止下沉，接上一節(jié)模板，接高時上一節(jié)豎向中心應(yīng)與前一節(jié)的中心線重合，沉井接縫和外壁應(yīng)平滑，以利于下沉。在沉井開始下沉和將沉到設(shè)計標(biāo)高時周邊開挖深度小于300 mm，避免發(fā)生傾斜，尤其在開始下沉5 m以內(nèi)時其平面位置和垂直度要特別注意保持正確，否則繼續(xù)下沉不易調(diào)整，在離設(shè)計深度200 mm時應(yīng)停止取土，依靠自重下沉到設(shè)計標(biāo)高。

3.7 沉井吊土及運土

由于沉井內(nèi)挖出的土方量比較大，挖土采用小勾機挖土，裝于容量1.5m3吊斗內(nèi)用25 t吊車吊到井外，用汽車運到甲方指定棄土場堆放。

3.8 測量控制與觀測

沉井位置的控制是在地面設(shè)置縱橫十字控制樁水準(zhǔn)基點，下沉?xí)r，在井壁上設(shè)十字控制線并在四角及各邊中心設(shè)水平點，于壁外側(cè)用紅鉛油畫出標(biāo)尺，以便觀測沉降。井內(nèi)中心線與垂直度的觀測系在井筒內(nèi)壁四壁中心標(biāo)出垂直軸線，各吊一個線墜對準(zhǔn)下部標(biāo)板來控制。并定時用兩臺經(jīng)緯儀進(jìn)行垂直偏差觀測，挖土?xí)r隨時觀測垂直度，當(dāng)線墜離墨線邊達(dá)50 mm或四面標(biāo)高不一致時即應(yīng)糾正，沉井下沉過程中每班至少觀測兩次，并在每次下沉后進(jìn)行檢查，作好記錄。當(dāng)發(fā)現(xiàn)傾斜位移扭轉(zhuǎn)時應(yīng)及時通知值班隊長指揮操作工人糾正，使其在允許偏差范圍內(nèi)。當(dāng)沉到離設(shè)計標(biāo)高2 m時對下沉與挖土情況應(yīng)加強觀測以防超沉。

3.9 下沉傾斜、位移、扭轉(zhuǎn)的預(yù)防及糾正

沉井下沉?xí)r有時會出現(xiàn)傾斜、位移、扭轉(zhuǎn)等情況，應(yīng)加強觀測及時糾正。

產(chǎn)生傾斜的原因:刃腳下土質(zhì)軟硬不均;挖土不均使井內(nèi)土面高低懸殊;刃腳下掏空過多，使沉井不均勻下沉;排水下沉，井內(nèi)一側(cè)出現(xiàn)流砂現(xiàn)象;刃腳局部被大石塊擱住;井外棄土或施工荷載對沉井一側(cè)產(chǎn)生偏壓。

操作中可針對上述原因予以預(yù)防，如果沉井已經(jīng)傾斜，可采取在刃腳較高一側(cè)加強挖土，并在較低的一側(cè)適當(dāng)回填砂石，必要時配以井外射水，或局部偏心壓載，都可以使偏斜得到糾正，待其糾正正位后再均勻分層取土下沉，如傾斜是由于被大石塊或破損污物擱住，可用風(fēng)鎬破碎或爆破成小塊取出。

位移產(chǎn)生的原因多由于傾斜導(dǎo)致的，如沉井在傾斜情況下下沉，則沉井傾斜相反方向位移，或在傾斜糾正時如傾斜一側(cè)土質(zhì)較松時由于重力作用有時也沿傾斜方向伴隨產(chǎn)生一定位移。因此預(yù)防位移應(yīng)避免在傾斜情況下下沉，加強觀測及時糾正傾斜。

位移糾正措施一般是有意使沉井向位移相反方向傾斜，再沿傾斜方向下沉至刃腳中心與設(shè)計中心位置吻合時再糾正傾斜，因糾正傾斜重力作用產(chǎn)生的位移，可有意向位移的一方傾斜，糾正傾斜后使其向位移相反方向產(chǎn)生位移糾正。

沉井下沉產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的原因是多次不同方向傾斜和位移的復(fù)合作用引起的，可按上述糾正位移傾斜方法糾正位移，然后糾正傾斜使偏差在允許范圍內(nèi)。

3.10 封底

當(dāng)沉井沉到設(shè)計標(biāo)高，經(jīng)2 d～3 d下沉已穩(wěn)定，或經(jīng)觀測，在8 h內(nèi)累計下沉量不大于10 mm時即可進(jìn)行沉井封底。封底前刃腳混凝土鑿毛處應(yīng)洗刷干凈，然后在井底對稱均勻澆一層0.7 m～0.9 m厚的混凝土墊層，強度達(dá)到30%后綁鋼筋澆上層的防水混凝土底板，澆筑應(yīng)在整個沉井面積上分層由四周向中央進(jìn)行，每層厚30 cm～40 cm并振搗密實。混凝土養(yǎng)護(hù)14 d，待底板混凝土達(dá)到70%設(shè)計強度后，再施工上部混凝土。

從以上方案、措施選定的過程看出，沉井施工是一項技術(shù)上較為復(fù)雜的工程，因此不能馬虎行事，施工前必須詳細(xì)掌握水文地質(zhì)資料，每一方案和措施的選定必須經(jīng)過周密分析和相應(yīng)技術(shù)計算，并做出完整的施工組織設(shè)計，而且是經(jīng)得起推敲和考慮之后，才能開始施工。

［1］ 李 瑛.煤礦豎井井筒裝備制定施工方案須注意的問題［J］.山西建筑，2010，36(28):133-134.