浅谈1850mm 热轧工程旋流池沉井施工、监测、纠偏

刘涛

（中国二冶集团公司，内蒙古 包头 014010）

一、工程概况

本工程为福建大东海实业集团有限公司精品钢铁项目1850 热轧旋流井。

（一）场地工程地质条件

场地目前处于整平阶段，场地起伏较大，旋流井周边无已建建筑物，旋流井封底后开始周边厂房建设。

场地处在厂区内空地上，交通便利；所在场地±0.00m 为绝对标高15.00m，旋流井顶标高为相对标高+300mm。

拟建场地属于山前平原地貌单元，场地上覆第四系堆积、冲洪积土、下伏侏罗纪凝灰岩风化层。根据本次勘察钻探勘察资料揭露，在钻孔深度范围内其岩土层可分为9 主层，按地层新老关系，自上而下分别：

①-1 杂填土（上部为水泥板，主要成分由块石、矿渣及粘性土组成，局部夹有钢板。）；

①-2 素填土（主要成分由土状风化层回填而成，局部砂土回填。）；

②中砂（局部含有少量砾石）；

③粉质黏土；

④碎石；

⑤强风化凝灰岩Ⅰ；

⑥强风化凝灰岩Ⅱ；

⑦中风化凝灰岩。

（二）水文地质条件

拟建场地地下水主要为填土层、中砂层中的潜水，为湿润区强透水土层中地下水。

勘察期间测得已完成钻孔初见水位埋深4.35-8.18 米（绝对标高为3.27-10.26 米）,稳定水位埋深约4.63-8.40 米（绝对标高为3.05-10.06米），根据调查，拟建场地水位变化幅度3.00-4.00 米。近3-5 年最高水位约14.00 米（绝对标高），历史最高水位约14.50 米（绝对标高）。

（三）旋流井总体设计概况

其结构形式采用双圆井型变截面钢筋混凝土筒仓结构。工程拟采用分段设计、分段施工的方法，即直筒段采用沉井方案施工，当直筒段下沉到强风化岩时，将强风化岩作为持力层，底面锥斗采用开挖形式，直接开挖成圆台形状，然后与沉井整体浇筑的形式。

1.旋流井外筒直筒部分

旋流井外筒直筒段设计为内径30m、筒壁上顶标高为0.3m，筒壁下部刃脚底标高为-20.1m，上部（-10.0m 以上）筒壁厚1m，下部（-10.0m 以下）筒壁厚1.2m。

2.旋流井下部圆台部分

旋流井下部圆台形段的上口顶标高为-17.0m、上口内径25.96m；下口上顶标高为-27m、下口内径16m；圆台部分的墙壁及底板厚度均为1.1m。

二、施工方法

（一）总体部署

根据地质勘察报告地下水情况，旋流井施工首先要进行高压旋喷止水帷幕的施工，再行沉井施工。当沉井到位后，再行施工下部圆台部分的施工。

旋流井内土石方，采用2 台0.3 m³挖土机、风镐、小药量爆破等方法装入装土斗（簸萁状），拟用2 台80 吨履带吊、4 个装土斗垂直及水平运输至旋流井外，装载机及土方车运走。

为保证施工人员顺利、安全上下旋流井，在旋流井内壁南北两处安装带护栏直爬梯，此钢梯与井壁混凝土埋件相焊牢固。

根据工期等实际情况，进行三段施工、两次下沉，即第一段沉井制作高为8.8 米，下沉8.3 米预留0.5 米，第二段沉井制作高为7.6 米，下沉7.6米，预留0.5 米，第三段为现浇高度为4 米。

（二）施工工艺流程

场地平整、测量定位→挖土到-4.5 米→刃脚施工→沉井第一段制作、养护→第一段沉井下沉→ 沉井第二段制作、养护→第二段沉井下沉 →刃脚处理（混凝土填充）

1.场地平整、测量定位

（1）场地整平

施工前，施工人员先进行现场进行勘察，了解场地形、地貌和周围环境，根据总平面布置图及竖向规划图，确定出平整场地的范围，清除地上地下障碍物。

（2）测量定位

首先设置测量控制网和水准基点，作为定位放线、沉井制作和下沉的依据。在土方开挖前以旋流井中心线设沉降观测点，以便施工沉井时定期进行沉降观测。

2.土方开挖

旋流井土方开挖，按照旋流井下口外径为32.4 米（刃脚部分），工作面（刃脚外侧）为2.0 米，边坡按照1:1 进行基坑开挖，开挖基坑底标高为-4.5 米，挖土采用2 台1.6m³挖土机6 台土方翻斗车将土方运至甲方指定位置。挖土时，根据现场情况可在旋流井中心挖一个深2 米、半径为5 米左右的探坑，用于探明此处地下水位情况。

3.刃脚施工

沉井下部为刃脚，本方案刃脚支设方法采用砖胎模垫座法，省去刃脚下的底模，便于沉井下沉前拆除。在做好砂垫层和垫木的基础上，先铺筑素混凝土垫层，砂垫层按0.3m 厚度铺设，碾压密实，垫木采用轨枕间距@1.50 米。施工时，砖胎模垫座沿周长分成6～8 段，中间留20mm 空隙，以便拆除，砖胎模垫座内壁用水泥砂浆抹面。

沉井井壁底部刃脚混凝土垫层200mm 厚，1.5m 宽，确保沉井第一段混凝土浇筑过程中的稳定性。刃脚处周圈下挖加深400，以方便砂垫层和垫木铺设。

4.沉井制作、养护

（1）沉井制作

沉井制作在基坑中进行，旋流井沉井筒壁施工采用两次下沉，三段施工。

沉井壁施工采用墙外双排架、墙内多排架。

井壁模板加固采用对拉螺栓与内部支顶相结合固定，采用木模板1220mm×2440mm（高）施工，100×50 木方竖向背楞，Φ25 钢筋煨成圆箍横向背楞，采用Φ48×3.5 钢管竖向加固。模板在支设前，按每一施工段高度进行配模。采用Φ16 对拉螺栓（中间焊止水板）进行加固@450mm。Φ25 钢筋按旋流井外壁弧度提前压制成型，每根长度6000mm，每道间距@450mm，混凝土浇筑采用泵车分层浇筑，每层厚不超过500mm。

沉井浇筑对称、均匀地分层浇筑，避免造成不均匀沉降使沉井倾斜。每节沉井一次连续浇筑完成，第一段井壁达到100%设计强度才能第一次下沉，第二段井壁达到80%设计强度才能第二次下沉。

（2）混凝土施工方法

①混凝土现场集中搅拌，罐车运输，泵车浇筑。采用分层平铺法，每层厚50cm，振动棒振捣，最少保证4 个插捣棒同时工作，均匀下料，每层混凝土初凝前浇筑完成，并开始上层混凝土浇筑，上下层混凝土有效衔接，循环至浇筑完成。

②混凝土坍落度控制在120～160mm 之间，每班至少检查二次以上，并做记录。

③混凝土振捣用插入式振动器，分层振捣密实（每层铺混凝土厚度为400～500mm）。振捣时以混凝土不再明显下沉，表面没有气泡冒出为止，做到“快插漫拔”，不得漏振。振捣本施工层时插入下层混凝土内深度不小于50mm，避免碰撞钢筋、模板、地脚螺栓、预留孔等。

④混凝土浇捣至标高后，先用木长尺刮平，将泌水及时排除赶走，初凝至终凝前，做拉毛处理。

⑤混凝土试块每100m³混凝土留置一组，不足100 m³按每作业班留置一组，置于标准养护室进行养护，同时留置同条件试块。

⑥混凝土的水平施工缝设止水钢板（图纸要求凸台），上节混凝土须待下节混凝土强度达到80%后浇筑，接缝处应凿毛及冲洗干净，并浇10cm厚减半石子混凝土。

⑦混凝土浇筑完拆模完后，在井外壁用红油漆画出标高线和沉井高度尺寸，每10cm 一个刻度，以用于沉井下沉观测。

（3）混凝土养护

混凝土浇筑后的12 小时内浇水养护，养护时间不少于7 天，有抗渗要求的部位（沉井壁）养护时间不少于14天，确保新浇混凝土保持湿润状态。沉井壁带模养护时间不少于3 天。

5.沉井下沉

（1）下沉总体概述

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载力及侧壁摩阻力下沉。井筒内设置2 台0.3m³挖土机取土并装入4 个1.5 m³专用装土斗（簸萁形状），由2 台80t 履带吊将装土斗交替吊出井外，再由装载机及土方车运走。当挖土遇到强风化凝灰岩和中风化凝灰岩时，采用风镐及小药量爆破松动进行施工。

旋流井内始终保持4 台潜水泵（型号QX100-100-32）进行24 小时排水，排水管（φ100 钢管）固定于旋流井墙壁上（采用[12 槽钢及管箍固定钢管，槽钢与井壁预埋铁件焊牢），随着旋流井下沉，排水管逐渐加高且钢管固定点不应大于@2.5 米。潜水泵使用的电缆线采用专用钢管防护，电缆接头采用可靠的防水措施。井内照明采用24V 安全电压。

挖土分层、均匀、对称地进行，使沉井能均匀竖直下沉。先挖中间部分，沿沉井刃脚周围保留土堤，使沉井挤土下沉。井孔中间宜保留适当高度的土体，不得将中间部分开挖过深。

沉井下沉过程中，如井壁外侧土体发生塌陷，及时采取回填措施，以减少下沉时周边土体开裂、塌陷等情况。

沉井下沉过程中，每8h至少测量2次。当下沉速度较快时，应加强观测，如发现偏斜、位移时，及时纠正。

挖土从沉井中间开始向四周逐渐开挖，每层挖土厚0.4～0.5m，沿刃脚周围保留0.5～1.5m 土体，然后再沿沉井壁，每2～3m 向刃脚方向逐层全面、对称、均匀地削薄土层，每次削5～10cm，当土层承受不住刃脚的挤压，则沉井在自重作用下挤土下沉，使沉井不至产生过大倾斜，可有效地提高工作效率。如下沉过于缓慢或不下沉，则再从中部向下挖0.4～0.5m，并继续向四周均匀下挖，使沉井平稳下沉。

（2）取土工作量计算及土方吊装机械选用

①沉井土方工作量

第一段制作高度8.8m，下沉高度8.3m，沉井外径32.4m 则取土土方量为6840m³。

第二段制作高度7.6m，下沉高度7.6m，沉井外径32.4m 则取土土方量为6260m³，因第二段旋流井刃脚入岩，会遇到强风化及中风化凝灰岩，挖土凿岩石施工设备、人员产生降效30%，工期等需要考虑。

②土方吊装机械选用

采用2 台80t 履带吊车、4 个装土斗、0.3m3挖土机取土。

装土斗外形尺寸2000×1500×600，容量为1.5 m3，采用6mm 厚钢板焊制，每个装土斗自重为0.5t，土的比重按1.8t/m3，钩头和吊具绳索计1.2t。

考虑到沉井中心部位取土距离，吊装回转半径按取22m，选用80T 履带吊主杆接52 米，回转半径22m 时起重量6.3t。

则1.5×1.8+0.5+1.2=4.4t ＜6.3t，吊车性能满足施工要求。

（3）沉井下沉预备工作

①拆掉刃角及井筒模板、砖模、切割掉对拉螺栓，对封底混凝土交接部位进行凿毛处理。

②修筑沉井周边临时道路（考虑吊车站位，路宽8m），满足履带吊通行使用，并保证其耐用性。

③检验试验第一节沉井混凝土的强度，达到设计强度后方可下沉。

④对称凿碎垫层混凝土，刃脚下部垫层分块区域，分次对称凿除。凿除前，在沉井四周内、外侧井壁上画出测量标尺、并设立水平指示尺。

（4）取土下沉方法

①一般规定

沉井挖土时，分层均匀对称进行挖土，使其能均匀竖直下沉，不得有过大倾斜，一般情况下不得从刃角断面进行挖土。当沉降过大时，先挖中间部分土方，沿沉井刃脚周围保留土堤，使沉井挤土下沉，随次节及末节的沉入；当下沉缓慢时，采取灌砂、灌水等减阻措施，使沉井不间断下沉，期间不应有较长时间停歇，亦不应将中部开挖过深。

②刃脚土采用人工掏挖，开挖面均布于刃脚圆周，挖除的余土先集中在仓底中部，使沉井逐步均匀的下沉。

③取土对称进行，使其均匀同步下沉。中部深度不得深于1.5m，采用挤土下沉。

三、下沉监测

沉井位置的控制是在沉井以外地面设置十字控制桩、水准控制点。沉井下沉时，在井壁标记十字控制线，在井外设水平点，于壁外侧做标记，利用水准仪进行沉降观测。井内中心点与垂直度观测是在井筒外壁的垂直标高线之间的标高差观察沉井倾斜程度，并定期用两台经纬仪观察垂直偏差。下沉时随时观察垂直度及水平位移，当井壁离标记达 200mm 或标高高差较大时，即应纠偏。沉井过程中，每班不少于2 次观测，并应在每次下沉后检查，做好记录。当发现位移、倾斜、扭转时，应立即告知指挥人员进行纠正，使其在允许范围内。当下沉到接近剩余最终标高 2m 时，对下沉挖土过程增加观测次数，防止超沉。沉井下沉到接近剩余最终标高0.1m时，挖土停止与井内抽水，使其靠自重下沉至最终设计标高。

监测点平面布：

在旋流井十字线上选点做原始控制点，并作为观测沉井下沉过程中的沉降和倾斜与偏移的依据。首节制作完成后在旋流井筒体上做十字线和铅垂线、标高控制线。

四、沉井纠偏

沉井下沉过程中产生倾斜原因很多，例如：刃脚下的土承载力不均；未对称地抽除垫木或未及时回填夯实；井外周边回填土夯实密实度悬殊；挖土不均匀，使井内土面高差相差较大；刃脚一侧有障碍物，未及时清除；

当发现倾斜、位移、扭转时，应及时进行纠正。当沉井沉至约2m 时，对下沉与排土情况加强观测，避免超沉。沉井在下沉时，倾斜纠偏必产生水平位移，取土不当可产生旋转位移，封底前易产生竖向位移（下沉不到位或超沉）。

（一）偏出土纠偏

沉井初期下沉时，易发生倾斜，但易纠正。纠正时，可采取在刃脚高的一侧挖土，并可配合在刃脚下挖土。伴随沉井下沉，在沉井高的一侧降低刃脚下正面阻力，在沉井低的一侧加大刃脚下的正面阻力，使沉井的偏差在下沉过程逐步纠偏。

（二）沉井终沉后的稳定措施

沉井达到设计标高并稳定后，立即施工刃脚部分的填充混凝土（此部分填充混凝土标号提高到C30），使刃脚下部与岩石接触面积增大，保证旋流井在后续施工和使用过程中发生沉降。

（三）破坏单向摩阻

当沉井下沉深度增大，沉井周边土层对井壁的约束也逐渐增加，使沉井纠偏困难增加。所以，沉井沉入深度较深时，消除土层的土压力是纠偏的重要因素。可依据偏位程度采取纠偏泥浆润滑减阻，削弱井壁与土层摩擦阻力，降低土层被动土压力。之后再采取井内局部开挖方法，使沉井的倾斜逐渐修正。

通过独立注浆管由井外钻入旋喷钻杆高压破坏局部摩阻力也可起到纠偏的作用。

（四）沉井位置扭转纠偏

沉井若发生扭转，采取沉井偏位二角偏出土，使刃脚下不同的土压力产生扭矩，逐步纠正沉井位置。

（五）压重纠偏

在沉井偏高侧压重，可增大沉井高侧下沉量，纠正沉井倾斜。

（六）沉井突沉预防和处置措施

1.沉井突沉原因

挖土不注意，将中部挖土过深，致使沉井被井壁外摩擦阻力和刃脚支住，使沉井下沉暂时停滞，当继续挖土，土壁达极限摩擦阻力，井壁阻力突然下降，产生突沉；

2.突沉处置措施

可沿并壁注一定水，降低井壁与土的摩擦阻力；

控制挖土，避免井底挖太深；避免刃脚下过多掏空；

在沉井梁中增设相应支撑，以承受一部分土反力；防止发生流砂。

五、其他

（一）防渗漏措施

1.混凝土渗漏的主要原因如下

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、塌落度超出了技术参数的限值范围；

②对拉螺栓没设止水环而引起的渗漏；

③施工缝和变形缝留置的位置产生的渗漏；

④底板的面层压面压的不好或遍数过少引起的渗漏。

2.针对以上问题采取以下措施防止渗漏

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，用调整用水量控制水灰比。水灰比过大或过小均不利于放水混凝土的抗渗性。要求搅拌站采用计量仪器进行加水，严禁用手动加水。

②水泥用量：水泥用量也直接影响着混凝土的抗渗性。合理的水泥用量是保证混凝土质量的关键。减少粉煤灰添加量，不允许加矿粉。

③砂率：水泥用量、水灰比确定之后，应选用适当的砂率，增加密实度，提高抗渗性。

④塌落度：在砂率、水灰比均确定下，抗渗性与塌落度有紧密关系。因此现场要对送至施工现场的商品混凝土进行抽样检查，合格后方可进行浇筑。

⑤对表面渗水的部位先检查出漏水部位，用适宜方法堵塞，将渗漏范围尽量缩小，面漏缩为线漏，线漏一点或数点，达到完全不渗或漏，对裂缝漏水可以直接用堵漏法处理。底板混凝土的压面应不少于5 次，不能出现裂缝。