淺談1850mm 熱軋工程旋流池沉井施工、監測、糾偏

劉濤

（中國二冶集團公司，內蒙古 包頭 014010）

一、工程概況

本工程為福建大東海實業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。

場地處在廠區內空地上，交通便利；所在場地±0.00m 為絕對標高15.00m，旋流井頂標高為相對標高+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、下伏侏羅紀凝灰巖風化層。根據本次勘察鉆探勘察資料揭露，在鉆孔深度范圍內其巖土層可分為9 主層，按地層新老關系，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粉質黏土；

④碎石；

⑤強風化凝灰巖Ⅰ；

⑥強風化凝灰巖Ⅱ；

⑦中風化凝灰巖。

（二）水文地質條件

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（絕對標高為3.27-10.26 米）,穩定水位埋深約4.63-8.40 米（絕對標高為3.05-10.06米），根據調查，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（絕對標高），歷史最高水位約14.50 米（絕對標高）。

（三）旋流井總體設計概況

其結構形式采用雙圓井型變截面鋼筋混凝土筒倉結構。工程擬采用分段設計、分段施工的方法，即直筒段采用沉井方案施工，當直筒段下沉到強風化巖時，將強風化巖作為持力層，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計為內徑30m、筒壁上頂標高為0.3m，筒壁下部刃腳底標高為-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高為-17.0m、上口內徑25.96m；下口上頂標高為-27m、下口內徑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

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

旋流井內土石方，采用2 臺0.3 m3挖土機、風鎬、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。

根據工期等實際情況，進行三段施工、兩次下沉，即第一段沉井制作高為8.8 米，下沉8.3 米預留0.5 米，第二段沉井制作高為7.6 米，下沉7.6米，預留0.5 米，第三段為現澆高度為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、養護→第一段沉井下沉→ 沉井第二段制作、養護→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，施工人員先進行現場進行勘察，了解場地形、地貌和周圍環境，根據總平面布置圖及豎向規劃圖，確定出平整場地的范圍，清除地上地下障礙物。

（2）測量定位

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

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）為2.0 米，邊坡按照1:1 進行基坑開挖，開挖基坑底標高為-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。挖土時，根據現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上，先鋪筑素混凝土墊層，砂墊層按0.3m 厚度鋪設，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定性。刃腳處周圈下挖加深400，以方便砂墊層和墊木鋪設。

4.沉井制作、養護

（1）沉井制作

沉井制作在基坑中進行，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、墻內多排架。

井壁模板加固采用對拉螺栓與內部支頂相結合固定，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。模板在支設前，按每一施工段高度進行配模。采用Φ16 對拉螺栓（中間焊止水板）進行加固@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。每節沉井一次連續澆筑完成，第一段井壁達到100%設計強度才能第一次下沉，第二段井壁達到80%設計強度才能第二次下沉。

（2）混凝土施工方法

①混凝土現場集中攪拌，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深度不小于50mm，避免碰撞鋼筋、模板、地腳螺栓、預留孔等。

④混凝土澆搗至標高后，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按每作業班留置一組，置于標準養護室進行養護，同時留置同條件試塊。

⑥混凝土的水平施工縫設止水鋼板（圖紙要求凸臺），上節混凝土須待下節混凝土強度達到80%后澆筑，接縫處應鑿毛及沖洗干凈，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）混凝土養護

混凝土澆筑后的12 小時內澆水養護，養護時間不少于7 天，有抗滲要求的部位（沉井壁）養護時間不少于14天，確保新澆混凝土保持濕潤狀態。沉井壁帶模養護時間不少于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壁摩阻力下沉。井筒內設置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。當挖土遇到強風化凝灰巖和中風化凝灰巖時，采用風鎬及小藥量爆破松動進行施工。

旋流井內始終保持4 臺潛水泵（型號QX100-100-32）進行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。井內照明采用24V 安全電壓。

挖土分層、均勻、對稱地進行，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，使沉井擠土下沉。井孔中間宜保留適當高度的土體，不得將中間部分開挖過深。

沉井下沉過程中，如井壁外側土體發生塌陷，及時采取回填措施，以減少下沉時周邊土體開裂、塌陷等情況。

沉井下沉過程中，每8h至少測量2次。當下沉速度較快時，應加強觀測，如發現偏斜、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，并繼續向四周均勻下挖，使沉井平穩下沉。

（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，會遇到強風化及中風化凝灰巖，挖土鑿巖石施工設備、人員產生降效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，吊裝回轉半徑按取22m，選用80T 履帶吊主桿接52 米，回轉半徑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檢驗試驗第一節沉井混凝土的強度，達到設計強度后方可下沉。

④對稱鑿碎墊層混凝土，刃腳下部墊層分塊區域，分次對稱鑿除。鑿除前，在沉井四周內、外側井壁上畫出測量標尺、并設立水平指示尺。

（4）取土下沉方法

①一般規定

沉井挖土時，分層均勻對稱進行挖土，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行挖土。當沉降過大時，先挖中間部分土方，沿沉井刃腳周圍保留土堤，使沉井擠土下沉，隨次節及末節的沉入；當下沉緩慢時，采取灌砂、灌水等減阻措施，使沉井不間斷下沉，期間不應有較長時間停歇，亦不應將中部開挖過深。

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、下沉監測

沉井位置的控制是在沉井以外地面設置十字控制樁、水準控制點。沉井下沉時，在井壁標記十字控制線，在井外設水平點，于壁外側做標記，利用水準儀進行沉降觀測。井內中心點與垂直度觀測是在井筒外壁的垂直標高線之間的標高差觀察沉井傾斜程度，并定期用兩臺經緯儀觀察垂直偏差。下沉時隨時觀察垂直度及水平位移，當井壁離標記達 200mm 或標高高差較大時，即應糾偏。沉井過程中，每班不少于2 次觀測，并應在每次下沉后檢查，做好記錄。當發現位移、傾斜、扭轉時，應立即告知指揮人員進行糾正，使其在允許范圍內。當下沉到接近剩余最終標高 2m 時，對下沉挖土過程增加觀測次數，防止超沉。沉井下沉到接近剩余最終標高0.1m時，挖土停止與井內抽水，使其靠自重下沉至最終設計標高。

監測點平面布：

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。首節制作完成后在旋流井筒體上做十字線和鉛垂線、標高控制線。

四、沉井糾偏

沉井下沉過程中產生傾斜原因很多，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，使井內土面高差相差較大；刃腳一側有障礙物，未及時清除；

當發現傾斜、位移、扭轉時，應及時進行糾正。當沉井沉至約2m 時，對下沉與排土情況加強觀測，避免超沉。沉井在下沉時，傾斜糾偏必產生水平位移，取土不當可產生旋轉位移，封底前易產生豎向位移（下沉不到位或超沉）。

（一）偏出土糾偏

沉井初期下沉時，易發生傾斜，但易糾正。糾正時，可采取在刃腳高的一側挖土，并可配合在刃腳下挖土。伴隨沉井下沉，在沉井高的一側降低刃腳下正面阻力，在沉井低的一側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）沉井終沉后的穩定措施

沉井達到設計標高并穩定后，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，保證旋流井在后續施工和使用過程中發生沉降。

（三）破壞單向摩阻

當沉井下沉深度增大，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。可依據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）沉井位置扭轉糾偏

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

（五）壓重糾偏

在沉井偏高側壓重，可增大沉井高側下沉量，糾正沉井傾斜。

（六）沉井突沉預防和處置措施

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，使沉井下沉暫時停滯，當繼續挖土，土壁達極限摩擦阻力，井壁阻力突然下降，產生突沉；

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；

在沉井梁中增設相應支撐，以承受一部分土反力；防止發生流砂。

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、塌落度超出了技術參數的限值范圍；

②對拉螺栓沒設止水環而引起的滲漏；

③施工縫和變形縫留置的位置產生的滲漏；

④底板的面層壓面壓的不好或遍數過少引起的滲漏。

2.針對以上問題采取以下措施防止滲漏

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滲性。要求攪拌站采用計量儀器進行加水，嚴禁用手動加水。

②水泥用量：水泥用量也直接影響著混凝土的抗滲性。合理的水泥用量是保證混凝土質量的關鍵。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，應選用適當的砂率，增加密實度，提高抗滲性。

④塌落度：在砂率、水灰比均確定下，抗滲性與塌落度有緊密關系。因此現場要對送至施工現場的商品混凝土進行抽樣檢查，合格后方可進行澆筑。

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，線漏一點或數點，達到完全不滲或漏，對裂縫漏水可以直接用堵漏法處理。底板混凝土的壓面應不少于5 次，不能出現裂縫。