立式淬火爐和立式鑄造機基礎沉井施工技術探討

張玉瑩

摘要：兗礦集團高性能大型工業鋁擠壓材項目中的立式淬火爐和立式鑄造機基礎沉井是沉井深度較深、施工難度較大、精度要求較高的重要基礎工程。在立式淬火爐和立式鑄造機基礎沉井施工中遇到下沉困難、位移偏斜、大量涌水、大量涌砂等難題，施工單位依據本區域的地質特點及工作經驗，克服了種種困難，安全快速、經濟有效地完成了該工程。

關鍵詞：立式淬火爐；立式鑄造機；基礎沉井施工技術；涌砂；涌水；封底 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD265 文章編號：1009-2374（2016）06-0147-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.073

1 立式淬火爐和立式鑄造機基礎的特點和工程現狀

兗礦集團高性能大型工業鋁擠壓材項目位于山東省濟寧鄒城市南屯，其所在地地下水位較高，一般在-2.3～-4m，根據地勘報告，該區域在-8m、-12～-16m、-22～-26m區域有粒砂層，地下水含量豐富，部分土層中夾有軟土層，土質軟硬不勻。該項目在熔鑄車間設計有4臺鑄造機（1臺10噸、1臺50噸、2臺30噸），擠壓一車間設計有3臺立式淬火爐（1臺6.5噸、1臺3.5噸、1臺2噸），設備基礎采用沉井施工，鑄造機基礎沉井4個，沉井底標高分別為-12.92～-14.6m，立式淬火爐基礎沉井工3個，沉井底標高分別為17m、19m、33m。沉井基礎材料采用C30密實性防水砼，內摻10%UWA，抗滲等級S8。

2 施工方法和流程

場地平整、測量放線→機械挖土至標高-5.5m→夯實基底→抄平放線驗線鋪砂墊層→C20混凝土墊層→刃腳地基處理→坑內制作沉井刃腳→刃腳砼養護（至70%砼強度）→沉井井壁二次制作→井壁砼養護（至70%砼強度）→沉井下沉（一次）→沉井再次預制養生施工→沉井再次下沉→直至沉井下沉到設計位置→沉井封底→中隔墻制作養護→沉井周邊回填收尾。

沉井下沉方案選擇，綜合地勘報告提供的土質狀況資料，本工程沉井下沉方案采用井外管井降水，井內采用水力機械法下沉：水力機械設備由水泵、進水管路、水力沖泥機、水力吸泥機及排泥管路組成。每套6英寸水力機械包括6D型水泵1臺、水力沖泥機（水槍2支）1臺、水力吸泥機（Ф150mm以上的泥漿泵）1臺及相應管路。

該方案能較快完成沉井，利用泥漿泵解決垂直運輸問題，用高壓水槍解決人工挖土進度慢的問題，濕作業需提供約3000m3泥漿池位置，但下沉效率高。

3 沉井水力機械下沉施工過程中出現特殊問題的處理方法

3.1 沉井下沉困難

在立式淬火爐基礎沉井下沉中均出現下沉困難，有時日下沉量只有50mm，主要原因為：（1）遇到特厚粒砂層；（2）遇到堅硬姜石層；（3）沉井下沉到一定深度，井壁側摩阻力大于沉井重量。

3.1.1 遇到特厚粒砂層，一般厚度在2m以上。因采用水力機械下沉，往井內用高壓水槍充水，在井內用泥漿泵把泥漿抽走，但井外的粒砂層因內外存在壓差也隨沉井底的刃腳空隙處大量涌入井內，使沉井下沉極為緩慢，并引起周邊粒砂層空洞而塌方。主要采用以下兩種處理方法：（1）對于-10m以內粒砂層，根據降水方案來計算降水深度，開足降水井的降水量，使得實際降水深度深于該粒砂層的深度，讓粒砂層處于一個穩定狀態而不往井內涌砂，使得沉井能較為順利地穿越粒砂層；（2）對于-10m以下粒砂層，因降水深度很難達到，容易出現井外粒砂和水一起涌入井內，應開足降水井，井內外壓差盡量小，利用配重或續接沉井上部一部分，增加沉井重量，使沉井刃腳壓緊粒砂層，減少涌入井內的粒砂和水，采用更大流量的泥漿泵（該流量要遠大于涌入井內的粒砂和水），使沉井下沉速度加快穿過粒砂層。若出現大量涌砂無法繼續下沉，先停止抽水和下沉工作，在井壁和土層間灌入觸變泥漿或黃土，降低摩阻力，使泥漿逐步滲入土層和沙層，靜止幾天，維護土壁和粒砂層不坍塌，使四周的土層和粒砂層保持穩定，采用增加配重、增大泥漿泵流量、開足降水井等措施，使沉井能較快穿過沙層。

3.1.2 沉井遇到堅硬的土層和姜石層，水力沖土很難形成泥漿，采用人工破土，把姜石單獨用垂直提升工具運出井外，采用水力機械沖水攪拌人工破土形成泥漿，用泥漿泵抽出井外，保證沉井下沉。

3.1.3 沉井下沉到一定深度，沉井側摩阻力大于沉井重量，造成沉井即便刃腳挖空也難以下沉時，增加配重和續接上部沉井，若仍不能順利下沉，長臂挖土機在沉井四周開挖一定深度，減少摩擦面，保證沉井順利下沉。

3.2 沉井下沉時產生位移和偏斜

在7個沉井下沉施工中，均出現不同程度的位移和偏斜，主要有兩種原因：（1）下沉過程中的控制誤差；（2）遇到不均勻地質，一側土層硬，一側土層軟。

3.2.1 下沉過程中出現控制誤差，通過實量和光學儀兩種手段對下沉量和四角高差及偏位進行測量，及時了解下沉速度，糾偏，當沉井達到允許偏差值1/4時必須糾偏。確保沉井在初始下沉階段形成良好的下沉軌道。

根據該工程的施工條件及土質情況，發現偏斜，視具體情況分別采取對策：（1）始入土較淺時，如發生傾斜，只需在刃腳高的一側進行人工挖土，在刃腳低的一側保留較寬的土埂適當填砂；（2）入土較深時，采取排水法施工，可在刃腳高一側挖土，隨著沉井的下沉逐漸糾正偏差。可故意使沉井向偏位方向傾斜，然后沿傾斜方向下沉，直到沉井底面中軸線與設計中軸線重合或接近再糾正傾斜，達到調整到容許范圍。也可采用井外射水，井內邊除土邊糾偏來糾偏。

3.2.2 遇到不均勻土層，沉井在下沉時出現偏斜，在兗礦輕合金項目33m沉井施工時就遇到這種情況，按常規沉井糾偏方法施工，致沉井偏差繼續發展，最大垂直度偏差達到500mm。為了糾偏，在偏斜面加上兩個200噸千斤頂，千斤頂的后座采用砼澆筑，面積約12m2，制作兩根300mm×600mm鋼梁，用千斤頂利用砼后座頂住鋼梁，鋼梁前端面與焊接在沉井壁上的斜鐵接觸，并用長臂挖掘機在偏斜對面開挖12m深減少對面土層的側壓力，利用沉井下沉的垂直力和鋼梁頂斜鐵的水平力結合，完成沉井糾偏。后續下沉時繼續采用該法對沉井產生水平推力，成功穿越土層軟硬不勻的土層。如圖1所示：

圖1

3.3 沉井下沉時產生大量涌砂、涌水并在后續施工時出現塌方

在7個沉井施工時，均出現過不同程度的涌砂和涌水現象，主要是遇到地質勘察報告中的特厚粒沙層，該粒砂層按照地勘報告提供的數據，空隙大，地下水豐富。由于周邊廠房已經形成，只能有限制的降水，根據理論計算，如果要把降水深度降到20m以下，1小時瞬間降水量將達到1萬多方，對周邊廠房地質將產生較大影響，故把周邊降水深度控制在10～12m。在沉井下沉施工中，井內采用大流量泥漿泵抽水，沉井內外產生壓差，破壞井外粒砂穩定，大量粒砂與水同時涌進沉井，造成沉井下沉慢，不能很快通過流沙層，沉井周邊粒砂層形成空洞，造成沉井周邊塌方。

為保證周邊廠房結構安全，在沉井下沉時必須控制降水深度，控制涌砂量，控制周邊塌方范圍，根據地勘報告，遇到第一層（-8～-10m）特厚粒砂層時，開足周邊降水井，把降水深度降到-12m，24小時作業，快速穿越該粒砂層；遇到第二層（-12～-16m）和第三層（-22～-26m）特厚粒砂層時，根據地勘報告，分析粒砂層的厚度，采用增加配重、增大泥漿泵流量、開足降水井及暫時停止下沉和降水，灌注泥漿固化粒砂層等措施，沉井能較快穿過沙層。

3.4 沉井封底遇到流沙層，封底困難

4個鑄造機基礎沉井的封底時遇到流沙層，產生大量涌水涌砂，封底極為困難，為保證將涌砂量控制到最小，保證周邊廠房及基礎結構安全，最終達到封底的要求，采用三次封底的措施。

第一次封底：因沉井持力層就在流沙層，在清理沉井鍋底清理到設計標高時，會出現井外涌砂從刃腳縫隙大量涌進井內，使鍋底清理工作失敗。故事先準備好沙袋，放到沉井底部，人工從沉井中間逐漸往四周清理，對涌砂部位不清理，并用沙袋暫時壓住涌砂部位，穩定該部位的流沙。在沉井中間埋設預留帶止水環和上口法蘭的抽水管（管徑400），驗收后直接灌注已事先準備好地砼，把清理好地沉井鍋底用砼封閉，留幾個涌砂部位暫不封底。

第二次封底：在第一次封底3天后，砼強度達到一定要求后開始，先用潛水泵在預留抽水管抽水，露出已封底的砼面層，準備好砼和砼泵車，逐個清理涌砂部位，并立即灌注砼，直至全部灌注完畢，最后沉井底整體灌注砼300mm厚，沉井中心預留抽水口要不間斷繼續抽水直至砼完成終凝并達到一定強度，以免地下水破壞二次封底的砼而漏水。

第三次封底：在第二次封底3天后開始進行，先把井內水抽干，準備好法蘭盲板把預留抽水管封閉，并保證不漏水，把井內水清理干凈，第二天再檢查井內是否有積水。若無，證明前兩次封底達到預定效果，即可進行第三次封底，并達到設計標高。若有少量積水，說明封底砼還有滲漏，即刻清理積水，檢查漏點，采用人工剔鑿的方式把漏點鑿出盲溝，引至集中點，集中點要往下剔鑿出一個集水坑，在集中點再設置一帶止水環和上口法蘭的抽水管（管徑400），并置一小型潛水泵不間斷抽水。在井底整體覆蓋一層塑料薄膜，在有盲溝的塑料薄膜上敷設3～4mm的薄鋼板，防止再次澆筑砼時把盲溝堵住。上述準備工作就緒后，即可進行第三次砼封底。在第三次砼封底幾天后，用法蘭盲板封閉預留抽水管，即可達到封底效果。在構造封底結束，檢查封底無漏水，即可進行鋼筋綁扎，完成沉井的結構封底。

4 結語

鑄造機和立式淬火爐基礎沉井施工是本類項目施工中的一大難點，尤其在地質條件復雜，存在高承壓水、流、涌砂嚴重及地質土層軟硬不勻的區域。采用水力機械下沉施工技術并采取相應的措施，在該地區內沉井下沉施工中克服了涌砂、涌水、塌方、沉井偏斜等難題，取得了較好的效果，沉井的位移、周邊塌方控制均達到預定要求，與冷凍法和周邊止水帷幕法相比，技術簡單，節約資金，保證安全（減少作業人員凍傷的可能性），可供類似工程借鑒。

參考文獻

[1] 兗礦集團鄒城華建設計研究院有限公司.巖土工程勘察報告[R].

（責任編輯：蔣建華）