沉井施工及管理實踐

吳鳳海, 馮一博

(1. 東北輕合金有限責任公司, 哈爾濱 150060； 2. 黑龍江鑫達企業集團有限責任公司)

東輕公司HK工程立式淬火爐基礎為長孔形淬火井，采用沉井的方式施工。施工時先在地面▽-5.0m基坑內制作刃腳和上部開口的鋼筋混凝土井筒，待其達到設計強度70%后，在井筒內部分層挖土運出，隨著井筒內土方清空和土面的降低，沉井井筒以其自重克服與外土壁間的摩阻力不斷下沉，直至設計標高再進行封底。沉井施工的優點是，在場地狹窄情況下，不需要復雜的機具設備即可施工較深的地下工程，且對周圍原有廠房和新建廠房深基礎沒造成影響；與大開挖相比，減少了挖土、運土和回填的工程量。其缺點是，施工工序較多、技術要求高、極易發生水平位移和傾斜，由于技術和管理原因導致工程失敗和出現安全事故的案例也不鮮見。本工程由于參建各方事前做了充分的技術準備，管理到位，在施工過程中即遵守技術規范和設計文件，又結合實際積極探索新的作業方法，較好地實現了工程質量、進度和造價控制及安全管理的預期目標。

1 技術依據及方案確定

沉井屬于地下構筑物，出現質量事故沒有推倒重來的余地，因此，準確掌握技術依據，制定符合實際的《施工組織設計》和《監理實施細則》并進行預演是保障施工一次成功的關鍵。

1.1 技術依據

沉井本質上是屬于鋼筋砼設備基礎，因此，工程質量控制必須依據以下技術文件。

(1)國家《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》GB50202—2002。

(2)國家《砼結構工程施工質量驗收規范》GB50204—2002。

(3)國家《地下防水工程施工質量驗收規范》GB50208—2002。

(4)《沉井施工規程a 》6-2-12。

(5)施工圖紙及其他設計文件。主要技術參數：截面長軸(內徑)6.2m，短軸(內徑)4.5m，總深-30.6m，壁厚700mm鋼筋砼，內襯為10mm厚鋼板；沉井混凝土強度等級為C30防水混凝土，抗滲等級為P10；鋼筋采用Q235B型HRB400級鋼筋。允許制作偏差：沉井平面尺寸允許偏差，長寬為±0.5%，且不大于±50mm；兩對角線的差異為1%；沉井井壁厚700mm，允許偏差±15mm，井壁垂直度允許偏差為1%。下沉完畢后允許偏差：沉井刃角平均標高與設計標高的偏差不得超過100mm；沉井的水平偏移不得超過下沉總深度的1%，且不大于100mm；沉井四角中任何兩角的刃角踏面高差不得超過該兩角間水平距離的1%。

1.2 審查方案

以往工程中，建設單位較注重承包單位的報價，而輕視對施工方案的審查導致質量缺陷、工期延誤、造價增加時而出現。本工程在招標階段我們首先考察施工單位和監理單位同類工程的業績，再看其技術指標(施工組織設計和監理大綱)，然后才是報價。根據上述評分標準確定了施工單位和監理單位。在監理單位人員到位，并做了充分的技術準備工作后，組織參建各方先后兩次召開了審查《施工組織設計》會議，確定了合理工期和工序流程，澄清了技術盲點，對可能出現的突發事件制訂了預控措施。同時建設單位也為工程提供了所需要的一切外部條件，力求確保開工后連續作業。

工程實踐證明，以上事前控制措施對確保工程質量、進度、造價及安全管理的預期目標起到了非常關鍵的作用。

2 質量、工期和造價控制

2.1 刃角制作

刃角是井筒下沉時切土的直接部位，它必須承受土質的反作用力和上部井筒的正壓力、沖破地下障礙物的阻力、機械(或人工)挖土時的撞擊力。本工程設計為鋼筋砼型，施工單位為了克服井筒下沉時各種不可預知的事件，將1.7m高的刃角改為12mm厚的鋼質材料，建設單位和監理單位批準了這一方案(但不補償增量造價)。實踐證明，正是這樣的改變縮短了刃角制作工期，減少了下沉時與原土的摩擦阻力，確保了挖土過程中在機械的反復撞擊下刃角始終處于完好狀態。

2.2 井筒制作

鋼筋砼長孔型井筒是立式淬火爐基礎的主要組成部分，承受著淬火爐的正壓力和井內冷卻水的側壓力，施工時對砼強度、抗滲性、控制尺寸及垂直度都有很高的要求，是工程管理的重點。在施工中，將2.25m寬的內襯鋼板兩塊一焊接，形成4.5m高的施工段，逐段制作、拼接、澆筑、下沉。為了保障井筒鋼筋敷設進度和質量，在制作完內襯鋼板后，就地將井筒水平圈筋分層焊接在內襯鋼板上，確保了鋼筋分布規整，減少了接井現場作業時間。C30防水混凝土由商混站提供，質量可視為有保障，井筒制作的關鍵是豎筋連接牢固，確保下沉時不斷裂；外模板必須安裝牢靠，否則澆筑砼時一旦跑漿就會將下面井筒與土壁間的縫隙填死，使制作好的井筒無法下沉。為此，本工程中φ24豎筋采用對絲連接，外模板用φ12鋼筋以1.0m方距與鋼內襯拉緊，做到了萬無一失。

2.3 基坑作業

為了沉井準確定位，并具有一定的初始下沉自重，本工程在▽±0.00平面挖一個-5.0m深的開口基坑，將2.9m刃腳和井底段置于基坑中作業。按照本工程設計要求和通常施工做法，需在刃腳下鋪設墊木，墊木下再鋪設砂墊層，當第一節井筒澆筑完畢下沉前再掏空砂層撤除墊木。為了減少措施費和縮短工期，結合本工程地耐力為18MPa的實際，在施工中取消了鋪砂層—墊枕木—掏空砂層—撤除墊木這一流程，制定了將刃腳直接坐落在原土上的方案。實踐證明，在地耐力較高時，以上省略不僅控制了井筒傾斜和位移，還有效地減少了施工措施費和工期。

2.4 挖土方案

將井筒內部原土分層挖出，使井內土面逐步降低，沉井井身以其自重克服與土壁間的摩擦阻力，方可不斷下沉。西南某企業施工同類工程時采用的是水力機械法，即用高壓水槍解決人工挖土，再用泥漿泵解決垂直運土。這種方法施工進度較快，但需要在地面建設一個幾千立方米的泥漿池，本工程沒有這么大的建池空間和二次倒運泥漿的能力。大多數企業都是按照規范要求，人工從井中心分層向四周挖土，靠增加人工費和工期確保井筒基本均勻下沉。在本工程中，施工單位根據井內作業空間提出了機械挖土的方案，即用能側面旋轉挖土的微型鉤機分層循環挖土，再用吊機將土運出井外。事后證明，機械挖土方案是人工挖土費用的一半，工期是其三分之一。

2.5 沉降控制

其關鍵是如何確保井筒按照預期的進度下沉，不發生滯降和突降。按進度計劃，淬火井在-5.0m深的開口基坑內施工完刃腳(1.7m)和井底段(1.2m)后，分段澆筑井筒砼，待其達到設計強度70%時再分層挖土下沉。但在施工中因對下沉摩擦阻力考慮不足，第一次下沉了5.5m時就不再沉降了。經過監理單位計算，此時井筒沉降系數k0僅為正常值的0.6，表明井體重量克服不了與土壁摩擦阻力。此時，在井筒上部四周布滿待接的豎筋情況下，按照通常加配重物實現井筒下沉即增加了措施費，又不易均勻配重。因此，本工程采取向上接井筒增加自重的措施(盡管增加了安全管理的難度)，使沉降系數k0達到了1.2，井筒開始正常下沉，隨著井筒自重增加，越往下挖土滯降情況越少。

2.6 坐標控制

控制井口三維坐標，并使井筒不發生任何方向的傾斜是沉井施工的重點。理論上要求井下分層均勻挖土，使井筒緩慢接近直線下沉。實際上隨著機械四周挖土的不同步，井筒是在各方向搖擺中下沉的，因此井筒坐標及傾斜度只能在動態中傾斜—糾偏—再傾斜—再糾偏，直到設計標高。本工程按照預控方案，采取以下三個措施：一是每天測量井口各點標高，二是在鋼內襯四個方向上掛磁線墜，這兩種措施均可觀測井筒下降過程中的位移和傾斜；三是在-5.0m基坑底打一個200mm厚素砼圈(與井筒間隙為100mm)，控制井筒大幅度位移。實踐證明，以上三種措施雖不能完全消除偏差，但確實在搶工期狀態下將偏差控制在了設計允許范圍內。

2.7 封井底

沉井下沉至設計標高(-30m)時停止挖土，觀測48h沒發現自然下沉，說明可進行封井底。本工程設計要求底板下面(即刃角段)全部用素土回填壓實，壓實系數λC≥0.94。實際上在狹小井底作業，這一指標很難達到。為防止工作時井內近700t水和地面工藝設備的壓力可能導致的下沉(或偏移、滲漏)，施工時在井底板下面和井筒與土壁-10m下面全部用C15素砼滿澆筑，再按設計圖紙施工底板。

3 幾點體會

(1)必須強化事前控制。超深沉井施工是質量控制和安全管理的重點工程，本工程僅施工63天(超出計劃工期3天)，沒發生任何人員傷亡和機械損壞事故，與事前近20天的預控工作是不可分割的。正是事前所采取的措施和預演保證了工程的連續性和順利進行。

(2)必須強化“三控制”觀念。以質量為核心，以安全為重點是管理者不可動搖的理念，但是在采取具體措施時不可隨意增加措施費和工期。同樣，采取任何控制造價和工期的措施都必須考慮確保工程質量和安全這一前提。本工程正是堅守了這一觀念，才做到了無任何人身傷亡和機械損壞事故，嚴格控制了造價。雖然工期延誤了5%，井口水平偏移了80mm(設計最大允許位移100mm)，但是滿足了立式淬火爐的安裝要求，工程達到了預期目標。

(3)必須強化工程整體觀念。在工業項目中，土建工程永遠是為生產工藝服務的，因此，土建專業必須對生產工藝設備有初步的了解，對可能產生的影響提前做出反應。在本工程中，封井底所采取的措施和設置的一系列預埋件就體現了這一觀念。

(4)鼓勵和支持工序創新。本工程總體上要求施工單位按圖紙施工，按規范作業，按質量標準檢查，但又批準施工單位結合實際所采取的一系列創新措施縮短了工序時間，減少了實體工程外的措施費。