旋流井施工方案的選擇

蘇玉格

工業用旋流井多用于煉鋼廠的循環用水，屬于中小型沉井結構，一般都采用沉井方法，施工比較經濟可行。施工中要求周密地做好各項施工準備，制定合理的技術措施和施工程序，精心組織施工，以確保按期完成任務。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轉爐煉鋼技改工程主廠房內，刃腳底部標高為-22.98 m，沉井外筒壁厚為1 m，內筒壁厚0.4 m，刃腳部分厚1.2 m，中間有穩流板、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:結構復雜、工程量大、埋置深、地質條件比較好，地下水位深，地基承載力較高，土的內摩擦力較小，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，先沉井主體后穩流板、吸水井和內井，沉井下沉挖土與上節支模綁鋼筋，澆筑混凝土進行立體交叉施工。

2)根據地質報告及本工程特點，沉井擬采取三節制作兩次下沉，第一節制作9.5 m高，第二節5 m，第三節4.89 m。

3)施工工藝流程:基坑大開挖 →鋪設砂墊層和墊木→制作第一節沉井→拆模養護→挖土下沉→制作第二節沉井→挖土下沉→封底→底板鋼筋混凝土→穩流板、吸水井、內井和各層平臺施工→回填土→其他結構施工。

3 沉井施工方法

3.1 基坑開挖

沉井采取在基坑內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寬的護坡阻擋地面水進入基坑內，其余部分用翻斗汽車運到棄土場內堆放。挖土邊坡按1∶0.69設置。地面自然標高為±0.000 m。基坑深4 m，能滿足安全要求。

3.2 砂墊層鋪設厚度計算

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

砂墊層厚度h應滿足砂墊層底部處的自重應力加砂墊層底部處的附加應力應不大于砂墊層底部土層的承載力，一般根據下式計算: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計值，F=110 kPa;L為墊木長度，L=1.5 m; φ為砂墊層的應力擴散角，φ≤45°。

經計算h=(229.4/110-1.5)/2=0.29 m。

3.3 沉井制作高度的確定

根據以往經驗及有關資料沉井制作超過12 m下沉時易傾斜，澆筑困難。本沉井采取分節制作，分節高度應保證其穩定性，使沉井能在自重下順利下沉，其下沉系數K應大于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=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

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。墊架鋪設應對稱，一般先設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圓心鋪設，在墊木上支設刃腳、井壁模板。鋪設墊木應使頂面保持在同一水平面上，用水準儀找平，使高差在10 mm以內，并在墊木間用砂填實，墊木埋深為其厚度的一半，在墊架內外設排水溝。

3.5 刃腳挖土

沉井側模板在強度達到設計強度的25%即可拆除，內側腳手架也拆除，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到設計強度的100%時方可進行挖土下沉。用小勾機先將井內部的土挖到與刃腳底面處，由中心向四周挖土，當挖土距刃腳1 m～1.5 m處時，要派專人指揮，分成若干區域，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。根據土質情況，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。每人負責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。削土時應沿刃腳方向全面對稱均勻地進行，使之均勻平穩下沉。刃腳下部土方必須邊挖邊清理，第一節下沉到上口離基坑底500 mm高時即停止下沉，接上一節模板，接高時上一節豎向中心應與前一節的中心線重合，沉井接縫和外壁應平滑，以利于下沉。在沉井開始下沉和將沉到設計標高時周邊開挖深度小于300 mm，避免發生傾斜，尤其在開始下沉5 m以內時其平面位置和垂直度要特別注意保持正確，否則繼續下沉不易調整，在離設計深度200 mm時應停止取土，依靠自重下沉到設計標高。

3.7 沉井吊土及運土

由于沉井內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置縱橫十字控制樁水準基點，下沉時，在井壁上設十字控制線并在四角及各邊中心設水平點，于壁外側用紅鉛油畫出標尺，以便觀測沉降。井內中心線與垂直度的觀測系在井筒內壁四壁中心標出垂直軸線，各吊一個線墜對準下部標板來控制。并定時用兩臺經緯儀進行垂直偏差觀測，挖土時隨時觀測垂直度，當線墜離墨線邊達50 mm或四面標高不一致時即應糾正，沉井下沉過程中每班至少觀測兩次，并在每次下沉后進行檢查，作好記錄。當發現傾斜位移扭轉時應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。當沉到離設計標高2 m時對下沉與挖土情況應加強觀測以防超沉。

3.9 下沉傾斜、位移、扭轉的預防及糾正

沉井下沉時有時會出現傾斜、位移、扭轉等情況，應加強觀測及時糾正。

產生傾斜的原因:刃腳下土質軟硬不均;挖土不均使井內土面高低懸殊;刃腳下掏空過多，使沉井不均勻下沉;排水下沉，井內一側出現流砂現象;刃腳局部被大石塊擱住;井外棄土或施工荷載對沉井一側產生偏壓。

操作中可針對上述原因予以預防，如果沉井已經傾斜，可采取在刃腳較高一側加強挖土，并在較低的一側適當回填砂石，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，可用風鎬破碎或爆破成小塊取出。

位移產生的原因多由于傾斜導致的，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土質較松時由于重力作用有時也沿傾斜方向伴隨產生一定位移。因此預防位移應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計中心位置吻合時再糾正傾斜，因糾正傾斜重力作用產生的位移，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生位移糾正。

沉井下沉產生扭轉的原因是多次不同方向傾斜和位移的復合作用引起的，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。

3.10 封底

當沉井沉到設計標高，經2 d～3 d下沉已穩定，或經觀測，在8 h內累計下沉量不大于10 mm時即可進行沉井封底。封底前刃腳混凝土鑿毛處應洗刷干凈，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，強度達到30%后綁鋼筋澆上層的防水混凝土底板，澆筑應在整個沉井面積上分層由四周向中央進行，每層厚30 cm～40 cm并振搗密實。混凝土養護14 d，待底板混凝土達到70%設計強度后，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上較為復雜的工程，因此不能馬虎行事，施工前必須詳細掌握水文地質資料，每一方案和措施的選定必須經過周密分析和相應技術計算，并做出完整的施工組織設計，而且是經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.