復雜地質下循環水泵房沉井結構施工研究

尚恒

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

1 工程概況

馬來西亞凱德隆火電站項目位于馬來西亞砂撈越州民都魯市，毗鄰南中國海。本項目循環水泵房為鋼筋混凝土沉井結構，為3臺機組共用的循環水泵房。沉井尺寸為39.1m×37.1m×24.5m。沉井刃腳最大厚度1.8m，終沉底高程-15.0m（本文所有高程指相對于海平面為0m的高程）；四周井壁厚度1.6m，內部隔墻厚度1.5m和1m，在-3.5m至-8.5m高程區域設置有頂管混凝土擋板。沉井結構混凝土為C50，鋼筋主要為三級螺紋鋼，強度460N/mm2。

2 沉井施工工藝

2.1 沉井施工工藝概述

馬來西亞凱德隆項目循環水泵房沉井采用分節制作、一次下沉的施工工藝，減少了分次下沉施工排架反復搭拆給工期、安全帶來的影響。本項目沉井采用多井格內部結構，大部分隔墻需要在下沉前完成，沉井下沉的下沉系數較常規下沉系數大很多，這給下沉控制帶來了一定的困難。

2.2 沉井結構工藝

沉井結構的施工一般分兩部分，一部分為結構預制，另一部分為結構下沉[1]。

1）沉井結構預制工藝流程如下：施工準備→清表→基坑開挖→砂墊層填鋪施工→墊層混凝土施工→磚胎膜砌筑→施工排架搭設→鋼筋綁扎→模板加固→沉井井壁預制接高施工（包括養護）。

2）沉井結構下沉工藝流程如下：沉井下沉前準備工作→磚胎膜及墊層混凝土鑿除→沉井內取土下沉施工→封底混凝土施工→底板混凝土施工→沉井內部剩余結構施工→沉井最終澆筑和頂板施工。

2.2.1 沉井結構預制

在確認和移除施工區域地下電纜、水管或其他服務管道后，開始進行施工區域的清表工作。沉井區域清表后地面高程大約7.7m，基坑開挖深度4.7m，基坑底部開挖高程3m。砂墊層回填厚度3m，砂墊層頂部高程6m。

基坑開挖至預定高程后，在基坑底部設置盲溝，用于基坑內積水引排。沉井基坑長邊和短邊各設置4條盲溝，盲溝尺寸為500mm×500mm，采用碎石填充。為保證盲溝內水流順暢，基坑四周設置集水井，下雨形成的積水引至集水井內用水泵抽排。

根據地勘資料和沉井相關參數，計算出砂墊層需要填鋪3米厚，施工過程中采取分層攤鋪、分層碾壓的工藝進行壓實施工。砂墊層回填完成后進行墊層混凝土施工，待強度達到80%后進行磚胎膜砌筑施工。沉井刃腳部位采用實心磚砌筑磚胎膜，磚塊強度MU10，采用M5水泥砂漿砌筑。

本項目循環水泵房沉井結構截面積和體積較大，考慮到當地拌和站供應混凝土能力不足，將沉井結構分為三節六層澆筑完成。其施工過程和其他地面建筑物無太大區別，在此不做詳細介紹。

2.2.2 預制過程中的注意事項

1）砂墊層厚度應根據以下公式計算：

hs=（G0/fk-L）/(2×tanα）

式中，hs為砂墊層厚度；G0為沉井單位長度重量（包括施工荷載）；fk為砂墊層底部土層承載力標準值；L為沉井刃腳下素混凝土墊層寬度；α為砂墊層擴散角。

2）砂墊層整體回填碾壓完成后，要進行砂干密度試驗和承載力試驗，保證砂墊層具有足夠的承載力，防止局部沉降；干密度試驗采用環刀法進行，承載力試驗采用平板載荷試驗方法進行。

3）需要充分設置好沉井基坑降排水系統。

4）施工縫對于防水混凝土來說是一個薄弱環節，最易產生滲漏現象，應盡量避免設置。當沉井高度較大，必須設置施工縫時，則需妥善處理，防止隱患。受當地商品混凝土供應條件限制，本項目采用三節六層澆筑。實際項目需根據項目當地的混凝土供應量來確定分層數，盡量少設置。

2.2.3 沉井結構下沉

待第一節沉井砼強度達到100%強度時，即可進行沉井下沉。沉井下沉的方案有兩種：排水法下沉和不排水法下沉。本項目沉井總重近30000t，施工過程中，根據地質變化和地下水壓力情況，采用兩者結合的下沉方案。

根據地勘報告，本項目沉井下沉需穿越的土層主要有雜填土、粉砂、粉土，此類土層在受到擾動時極易出現液化失穩，引起涌土、塌方，故本工程采用高壓水槍配合泥漿泵對沉井中心部位進行取土。下沉前，在沉井四周設立下沉標尺和位移參照垂線和軸線，用水準儀控制高程，用全站儀或GPS測控沉井位移。

由于沉井設計時工藝需要（重心偏南側），且本次沉井重量較大，經過計算，在井內地梁下部胎模、墊層拆除過程中，沉井可能開始下沉啟動（位于井壁下的刃腳胎模、墊層有可能無法全部拆除干凈就出現下沉），具體的拆除次序按照跳格法進行。

沉井下沉首先考慮使用水力機械進行（即排水開挖下沉）。當采用泥漿泵下沉時，需要接力泵排漿。本項目下沉時，采用大功率渣漿泵進行泥沙抽排，由管路直接送至沉淀池。下沉過程中安排人員嚴密監測地下水位、滲水量的變化情況。

下沉取土時，地梁、刃腳部位嚴格控制取土，在沉井偏差不大的情況下向四周分層、對稱、均勻取土，刃腳部位始終保留1.0～2.0m寬的土堤，目的是通過控制井內取土，使沉井下沉速率控制在合適的范圍，保證下沉偏差符合設計和規范要求。

三階段的下沉如下：

1）初沉階段，即下沉深度2.0m內。為使沉井形成穩定準確的下沉軌跡，此時應以慢為主，速率宜控制在0.3～0.5m/d，應在鍋底取土，嚴格控制刃腳掏空。

2）中沉階段，既下沉深度超過2m，而距設計標高大約2.5m時。速率可適當加快，根據計算的下沉系數和偏差情況，可局部或大部加深鍋底，但仍應嚴格控制刃腳處取土。

3）終沉階段，即距設計標高2.5m內。此時應減慢下沉速率，以糾偏為主，做到有偏必糾，嚴格控制底梁下取土，鍋底挖深應減小，使沉井終沉標高控制在規范允許范圍。

下沉到位后，澆筑封底混凝土，待強度達到設計強度的80%時，開始井內抽水和清理。清理完成后進行底板混凝土施工、沉井內部剩余結構施工以及沉井頂板施工。

2.2.4 下沉過程中的注意事項

1）磚胎模拆除前，應測出全部初始數據，并記錄。

2）加強實時監測。下沉時派人24h觀測，如發現位移、裂縫、坍方，要及時采取補救措施，啟動應急預案；監測包括：沉井本體監測（下沉速度、下沉不均、整體漂移）、沉井四周構筑物監測（下沉、位移）、深井降水監測（降水水位、深井傾斜及破壞情況）。

3）磚胎膜和素墊層拆除應按先底梁、后刃腳，先短邊后長邊的原則執行，力求分段、對稱、依次、同步，以利沉井穩定；如發現墊層混凝土出現斷裂并有擴展趨勢，應立刻組織井內人員撤離。

4）取土時，先在墻板包圍的區域內取土，待形成鍋底后（深度約在梁底下1m～1.5m），再在周邊區域內取土，待沉井形成下沉軌跡后，繼續加深中間鍋底的深度。

5）當井內土塞深度加大、下沉緩慢時，可以采用周邊井格內的抓斗開挖配合下沉取土，以加快下沉速度或配合糾偏。

6）沉井下沉速率的控制取決于現場實際情況，因為地質條件的不確定性，根據理論計算出來的下沉系數會與實際情況有所偏差，需要現場調整。

7）排水下沉階段，如發現井內土體擾動異常，出現涌土、涌水現象，排水下沉施工難以進行時，需立即調整為不排水法下沉；不排水下沉階段，泥漿沉淀池沉淀分離后的低濃度水可以全部送回沉井內，防止井內水位下降過多出現周邊土體塌方。

8）在終沉階段，沉井下沉達到設計標高（需要預留一定的終沉高度，一般在距離設計高程20cm左右時視現場施工情況而定），經8到12h沉降觀測，當累計下沉量≤10mm后可組織封底工作。

9）由于國外目前沒有相關的沉井控制標志，參照GBJ301-1988《建筑工程質量檢驗評定標準》（一般沉井工程）或GBJ141-2008《給水排水構筑物工程施工及驗收規范》（給排水泵房沉井工程）、GJJ3-1990《市政排水管渠工程質量檢驗評定標準》（排水泵站沉井）等有關規定執行。

3 問題分析和總結

馬來西亞凱德隆項目在沉井施工過程中遇到兩個主要問題：1）地勘資料和現場實際地質情況不符；2）沉井下沉過程中對周邊建筑物的影響。

循環水泵房區域共設置4個地質勘探孔，根據地勘資料顯示，循環水泵房區域主要以砂層地質為主，為中密實至密實砂層。但是根據現場沉井實際下沉情況，沉井下沉至大概18.93m深時，沉井南北側地質出現明顯差異，沉井北側出現硬土層，含泥量逐漸增大，并發現土層中含硬度較大的碳化木塊和膠結層，南側仍是粉細砂地層。為了處理該硬土層，在排水下沉階段，將小挖機吊入井內，采用小挖機配合進行硬土層挖除。而在挖除的過程中，南側出現了土層隆起現象，初步分析是由于地質不均勻而造成的，且無法判斷是否有進一步惡化的風險。

針對沉井下沉過程中井底出現土層隆起問題咨詢專家意見后，對井外周邊回填壓實、井內南側回填，立即往井內灌水，轉為不排水下沉，以達到控制南側涌砂的目的。潛水員開始對北側刃腳進行沖洗吸泥，在不排水下沉階段，高壓水槍無法對硬土層進行沖擊破碎，需要在渣漿泵底部安裝鉸刀頭，采用鉸刀頭對硬土層進行攪碎。但由于沉井上部無配套的起吊設備用于渣漿泵起吊和移位，硬土層又不具備流動性，鉸刀將有效作用范圍內的土體攪碎后，形成一個小型的坑洞，對有效作用范圍外的土體擾動能力有限，整體的土體攪碎效率較低，進度較慢。

地勘資料和現場暴露出的地質情況存在較大差異，受地勘資料誤導，前期預判和應對措施不足，對沉井順利下沉造成了一定影響和耽誤。在后續類似項目的執行過程，建議在沉井區域適當增加地質勘探孔，確保地勘結果能全面、準確地反應現場實際地質情況。同時，為應對可能出現的地質狀況變化，要有足夠的預判和準備，加大預備設備或機械的投入，這一過程必須由專業技術人員配合完成，通過對周邊地質狀況的了解，判別可能出現的影響下沉施工的問題或困難，提出需要配備的相關設備及要求。

問題2）主要是由問題1）衍生出來的，由于下沉遭遇地質變化，導致下沉停滯，地下水流失通道擴大，流沙造成沉井周邊地面沉降。沉井西側有原有循環水泵房建筑物，兩者距離較近，最近處的距離盡14m。在沉井下沉深度達到約19m時，即處理沉井內局部硬土層期間，沉井下沉受阻，滲漏引起井外土體擾動和坍塌，使沉井和老廠循環水泵房之間出現地面沉降并開裂，針對上述情況主要采取以下處理措施：

1）加快沉井下沉速度。此時沉井處在中沉階段，下沉速度達到0.1～0.35m/d，將該下沉速度提高至0.5～1.0m/d，縮短沉井下沉施工對周邊土體和建筑物的擾動時間，減少對沉井周邊土體和建筑物的擾動。

2）由排水下沉轉入不排水下沉。往沉井內注水，并采取水下清挖方式迅速解決硬土層的影響。注水深度為18.5m，防止沉井和老廠現有循環水泵房之間的土體從沉井底部涌出，從而有效阻止裂縫和塌陷情況繼續發展。

3）對沉井和老廠循環水泵房之間進行固結灌漿處理。固結灌漿孔孔徑設定為φ56mm，分為兩排梅花型布置，其中第1排為I序孔，斜孔孔深9m；第2排為II序孔，斜孔孔深13.5m。灌漿孔孔距均為2m，斜孔傾角均為45度。第I排孔距離現有圍欄1m，施工時先施工I序孔，再施工II序孔。固結灌漿材料采用水灰比為1：1的純水泥漿液。

在后續類似項目中，應提前采用固結灌漿或施工高壓旋噴樁的方法對沉井周邊臨近建筑物進行防護后再開展沉井下沉施工。

4 結語

本文通過對馬來西亞凱德隆火電項目循環水泵房沉井結構施工研究，分析了多格、偏心、鋼筋混凝土結構沉井結構的預制和下沉過程的步驟，以及需要注意的事項；該沉井結構施工區域主要以砂層為主，地下水位受潮汐影響較大，加上距離老廠現有循環水泵房較近，在做好對沉井下沉糾偏工作的同時，又要做好對現有臨近建筑物的監測和保護措施，針對本項目沉井下沉過程中的問題進行淺析，提出對不均勻土層（遭遇硬土層）和臨近建筑物擾動影響的消除措施。