浅谈旋流池沉井施工要点

浅谈旋流池沉井施工要点

殷志鹏

上海宝冶集团有限公司  上海市 200000

摘要：湖南华菱湘钢中小棒厂旋流池埋深21.9m，采用沉井施工。针对地质条件复杂、承压水头高、毗邻原有建筑及在建基坑等不利因素，本文从方案选择，到沉井制作、下沉、纠偏、封底等方面，详细介绍了沉井施工要点，保证沉井顺利下沉到位。

关键词：旋流池 沉井 降水 封底

1.工程概况

湖南华菱湘潭钢铁有限公司中小棒厂旋流池外径尺寸为16.6m，内径尺寸为14m，结构底板呈锅底状，底标高为-21.9m，底板顶标高为-20.5m，结构底板厚度为1.4m，墙厚1.1m-1.3m，采用抗渗混凝土，混凝土强度等级为C30，抗渗等级P8。旋流池设备平台顶标高-7.72m，冲渣沟与旋流池连接洞口底标高-10.59m。

该项目场地狭小、空间受限，经过计算该旋流池外筒采用沉井。

2.施工特点及难点分析

2.1施工降水问题。本工程采用排水开挖下沉法，在基坑开挖过程中，有效降低承压水头、不间断降低井内水位至安全水位直至封底完成，是本次施工的重中之重。

2.2刃脚入岩层。根据地勘显示，刃脚需穿过⑦-1强风化泥质砂岩，进入⑦-2中风化泥质砂岩层。结构底板需进入⑦-2中风化泥质砂岩约1.5m，如何下沉到位是本工程最大难点。考虑⑦-1强风化泥质砂岩及⑦-2中风化泥质砂岩主要为极软岩~软岩。强风化泥质砂岩已风化成土状、碎块状，力学强度相对较低，厚度较薄，拟采用机械直接开挖，局部强度过大采取机械破凿后再进行挖除；刃脚处中风化岩层破凿后仍无法到达设计标高的，拟采取爆破开挖；结构底板（锅底）入中风化岩层采取机械破凿后开挖。

2.3流沙层的处理。沉井过流沙层有突涌风险，主要措施为降低承压水头，将水位控制在安全高度；同时考虑备用方案-静压注浆加固土体。

2.4纠偏。旋流池为圆形蓄水池，外筒下沉过程中极易产生倾斜、位移，一旦发生倾斜或位移，后续很难纠正。因此下沉过程中控制沉井偏差以及纠偏措施是本工程难点之一。

3.主要施工方法及措施

3.1降、排水。根据地勘及降水专业设计，采用管井降水。在旋流池周围设置8口管井，井底标高-27m，开孔直径800mm，降水井采用φ500*4钢花管，钢管外部包裹虑水材料。沉井下沉过程中采用动态降水施工，开挖基底与水位面同步下降，将水位动态保持在开挖基底面下约1～2米位置。

3.2工作坑及垫层施工。完成降水工作后，在降水井区间内开挖2.7m深沉井施工工作坑，工作坑坡比采用1：0.3放坡开挖，基坑外侧预留2m工作面，工作坑土方开挖均运出场内。工作坑开挖完成以后，测量定位沉井四周井壁，铺设沉井刃脚砂石、混凝土垫层及刃脚砖胎膜砌筑。

3.3沉井井壁制作。沉井应采用3次制作，3次下沉。沉井全高约17.7m，第一节浇筑约7m、壁厚1.3m,第二节浇筑5.7m、壁厚1.1m，第三节浇筑5m、壁厚1.1m。第四段外筒墙及顶板在沉井封底板施工完成后，与内部结构一起自下而上施工。

第一节是沉井接高和下沉时主要受力构件，所以在下沉前，第一节混凝土强度必须达到设计强度方可下沉；第二、第三节沉井需达到设计强度70%，方可下沉。

3.4沉井下沉。

3.4.1下沉系数计算。沉井主要是靠自重克服结构在土体摩擦力，达到持续下沉的目的，通常用下沉系数kst来判断是否可以顺利下沉，kst宜取1.05~1.25，一方面保证结构可利用自重下沉，另一方面又要防止自重过大导致突沉、超沉。

计算公式为：kst=（Gk-FW）/（Tf+R1+R2）。

本工程采用排水下沉，故不考虑浮力FW对沉井的影响；采用掏刃脚取土下沉、底部无隔墙及底梁，故任脚下地基极限承载力R1取0；隔墙及底梁下地基极限承载力R2取0。沉井摩阻力T为沉井接触土体面积*单位摩阻力标准值f。本工程沉井深度内存在多种类型的土层，故单位井壁摩阻力取各土层厚度的单位摩阻力加权平均值。沉井第一节壁厚1.3m、外径16.6m，其它均为1.1m，外径16.2m，存在阶梯状，井壁外侧台阶以上土体与井壁接触并不紧密，故第二、三节单位井壁摩阻力取0.7f，单位钢筋混凝土自重取2.35t/m³，下沉深度17.5m，井壁制作高度17.7m。

Gk=mg=（8.32-72）*3.14*7*2.35*9.8+（8.12-72）*3.14*10.7*2.35*9.8=22901KN

f=(1*15+3.5*20+0.6*25+5.1*25+5.7*20+0.6*70+1*100)/17.5=27Kpa

Tf=16.6*3.14*7*27+16.2*3.14*10.5*27*0.7=19946KN

kst=Gk/Tf=22901/19946=1.15

本工程沉井下沉系数为1.15，满足下沉条件。

3.4.2下沉高度。沉井完成第一节下沉至-9.5m停止下沉，施工浇筑第二节沉井井壁，浇筑高度5.5m；第二次进行沉井下沉至-15m。施工浇筑第三节沉井井壁，浇筑高度5m；第三次进行沉井下沉至-20m。待沉井下沉至接近设计标高＜1m时，提前控制沉井速度并多次停下观测24小时沉降值，井内土体的每层开挖深度应小于30cm或更薄些，以避免沉井发生超沉。

3.4.3土方开挖。本工程漩流池内部土方开挖采用机械挖土，土方开挖选用PC220反铲挖土机（斗容量1.0m³），井内挖土应根据沉井中心划分工作面，挖土应分层、均匀、对称地进行。挖土要点是：先从沉井中间开始逐渐挖向四周，每层挖土厚度为0.4~0.5m，沿刃脚周围保留1~1.5m的土堤，然后再沿沉井井壁每2~3m一段向刃脚方向逐层全面、对称、均匀地削薄土层，每次削30~50cm，当土层经不住刃脚的挤压而破裂时，沉井便在自重的作用下挤土下沉。

3.4.4土方运输。提前制作2个吊土斗，利用吊车将其吊入坑内，挖机将土装至吊土斗后，用50t吊机把坑内土吊出，堆放在距离坑边10m外处，统一运至场内指定位置。

3.4.5纠偏。沉井在下沉过程中，由于土质不均匀或取土操作不当，都会引起沉井偏斜。沉井发生倾斜后，主要采取调整取土厚度及挖土顺序来实现对沉井的下沉量的调整。具体方法如下：在刃脚高的一侧加强取土，低的一侧少挖土或不挖土，待正位后再均匀分层取土。若通过取土无法达到预期目标，则需增加外力进行纠偏调整。例如在刃脚低的位置下方增加枕木、砂石填充料以增加承载力，即在刃脚低处形成支点；同时在刃刃脚高处取土，使沉井刃脚慢慢回落至统一标高。若靠沉井自重无法顺利调整，则在沉井上部增加钢坯等荷载，使沉井垂直下沉。另外调整沉井倾斜的方法还有触变泥浆减阻纠偏、空气幕减阻纠偏、桩基反压装置协助纠偏等。

3.4.6封底。本沉井采用干封底。由于降水管已经入岩，当基坑开挖至-19m左右时，沉井内部还是有地下水从刃脚与岩层缝隙中涌入基坑。针对基坑进水这一问题，本工程在沉井内部加装了2台水泵进行集水明排。锅底挖至设计标高后，为给干封底创造施工条件。

封底时，先在锅底上部浇筑混凝土垫层，在刃脚下部采用混凝土填充，振捣密实，堆出锅底形状，并在垫层上锚固预留模板加固钢筋。垫层达到50％设计强度后，方可在垫层上进行下一道工序，钢筋工程施工完毕后，结构底板混凝土。因为结构板坡度较大，施工时结构底板封压浆模板，模板留浇筑孔及振捣孔，最后对混凝土进行养护。

4.结束语

湘钢中小棒旋流井沉井施工具有一定的代表意义，主要表现以下三个方面：一是地下水水资源丰富，沉井下沉深度深，下沉过程中必须降低承压水头，防止基坑突涌，同时做好基坑堵水实现干封底；二是地下地质条件复杂，沉井入岩；三是旋流井施工过程中，沉井南侧主厂房基坑施工，西侧回水池施工，沉井对周边已有建筑的影响及附近施工对沉井的影响需充分考虑，务必采取有效措施把影响降至最低，保证施工顺利进行。湘钢中小棒旋流井沉井施工，耗时四个月，沉井顺利下沉到位，其经验可对以后类似工程的施工起到一定的借鉴作用。

参考文献

[1]《沉井气压沉箱施工规范》GB/T51130-2016

[2]汪洪枫,程丛银.沉井施工在炼钢厂旋流池工程中的应用[J]. 建筑 施工，2010（2）：139-142