旋流井施工方案的选择

苏玉格

工业用旋流井多用于炼钢厂的循环用水，属于中小型沉井结构，一般都采用沉井方法，施工比较经济可行。施工中要求周密地做好各项施工准备，制定合理的技术措施和施工程序，精心组织施工，以确保按期完成任务。下面介绍澳森钢厂施工的旋流井工程施工方案的选择。

1 工程概况

旋流井位于澳森钢厂130 t转炉炼钢技改工程主厂房内，刃脚底部标高为-22.98 m，沉井外筒壁厚为1 m，内筒壁厚0.4 m，刃脚部分厚1.2 m，中间有稳流板、吸水井等，包括渣沟和渣池部分。

地下水位:地下水位较深。

本工程特点:结构复杂、工程量大、埋置深、地质条件比较好，地下水位深，地基承载力较高，土的内摩擦力较小，施工难度大，工期紧。

2 施工部署的确定

1)施工顺序:先地下后地上，先沉井主体后稳流板、吸水井和内井，沉井下沉挖土与上节支模绑钢筋，浇筑混凝土进行立体交叉施工。

2)根据地质报告及本工程特点，沉井拟采取三节制作两次下沉，第一节制作9.5 m高，第二节5 m，第三节4.89 m。

3)施工工艺流程:基坑大开挖 →铺设砂垫层和垫木→制作第一节沉井→拆模养护→挖土下沉→制作第二节沉井→挖土下沉→封底→底板钢筋混凝土→稳流板、吸水井、内井和各层平台施工→回填土→其他结构施工。

3 沉井施工方法

3.1 基坑开挖

沉井采取在基坑内制作以减少下沉深度，基坑开挖到-4.0 m后，重新定位放线确定刃脚位置后铺设砂垫层和垫木。因支模操作的需要基坑比沉井宽2 m，挖土用反铲挖土机进行挖土，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宽的护坡阻挡地面水进入基坑内，其余部分用翻斗汽车运到弃土场内堆放。挖土边坡按1∶0.69设置。地面自然标高为±0.000 m。基坑深4 m，能满足安全要求。

3.2 砂垫层铺设厚度计算

制作沉井，由于地基承载力较低，经计算需用较多的垫木，铺设间距过密，一般在垫木下加设砂垫层，提高垫木底部地基承载力，以减少垫木数量，避免发生不均匀沉降，同时便于垫木表面找平和铺设垫木下沉前方便抽出。

砂垫层厚度h应满足砂垫层底部处的自重应力加砂垫层底部处的附加应力应不大于砂垫层底部土层的承载力，一般根据下式计算:h=(G/F-L)/2tanφ。

其中，G为沉井单位长度的重力，G=229.4 kN/m;F为砂垫层底部土层的承载力设计值，F=110 kPa;L为垫木长度，L=1.5 m; φ为砂垫层的应力扩散角，φ≤45°。

经计算h=(229.4/110-1.5)/2=0.29 m。

3.3 沉井制作高度的确定

根据以往经验及有关资料沉井制作超过12 m下沉时易倾斜，浇筑困难。本沉井采取分节制作，分节高度应保证其稳定性，使沉井能在自重下顺利下沉，其下沉系数K应大于1.15。

其中，Q为沉井自重及附加重量;B为井壁排除的水重;H为沉井下沉深度;2.5为摩擦力在5 m时最大5 m以下为常值;F为单位面积摩擦力的平均值;R为脚反力，挖空时R=0;L为井外围长度。本沉井深度为14.7 m，拟分三节制作，分别为9.5 m，5 m， 4.89 m高，壁厚按1 m计算混凝土量为507 m3，267 m3，261 m3。L=55.3 m，F=24.5 kN/m2。

其中，K值均大于1.15，能满足下沉要求。

3.4 刃脚支设

本沉井高度虽大，但地基强度高，拟采用垫架法施工。垫架的间距一般为0.5 m～1 m。垫架铺设应对称，一般先设8组定位垫架，每组由2个～3个垫架组成，圆形沉井沿沉井刃脚圆弧部分对准圆心铺设，在垫木上支设刃脚、井壁模板。铺设垫木应使顶面保持在同一水平面上，用水准仪找平，使高差在10 mm以内，并在垫木间用砂填实，垫木埋深为其厚度的一半，在垫架内外设排水沟。

3.5 刃脚挖土

沉井侧模板在强度达到设计强度的25%即可拆除，内侧脚手架也拆除，并在井壁上焊爬梯以供施工人员上下之用。刃脚在混凝土强度达到设计强度的100%时方可进行挖土下沉。用小勾机先将井内部的土挖到与刃脚底面处，由中心向四周挖土，当挖土距刃脚1 m～1.5 m处时，要派专人指挥，分成若干区域，依次对称同步地人工挖土，每人挖2 m～3 m宽，间隔挖土到刃脚处并将刃脚作凿毛处理，然后同时、逐步挖除隔土直到沉井下沉。

3.6 沉井挖土下沉

采用小勾机挖土，人员配合。根据土质情况，采用碗形挖土自重破土方式，即从中间开始挖向四周，均衡、对称地进行，使其能均匀竖直下沉。每层挖土厚度为0.3 m～0.5 m，刃脚处留1.2 m～ 1.5 m宽土垄用人工逐层全面对称均匀地削薄土层。每人负责2 m～3 m，方法是顺序分层逐渐往刃脚方向削薄土层，每次5 cm～15 cm，当土垄挡不住刃脚的挤压而破裂时，沉井便在自重作用下破土下沉。削土时应沿刃脚方向全面对称均匀地进行，使之均匀平稳下沉。刃脚下部土方必须边挖边清理，第一节下沉到上口离基坑底500 mm高时即停止下沉，接上一节模板，接高时上一节竖向中心应与前一节的中心线重合，沉井接缝和外壁应平滑，以利于下沉。在沉井开始下沉和将沉到设计标高时周边开挖深度小于300 mm，避免发生倾斜，尤其在开始下沉5 m以内时其平面位置和垂直度要特别注意保持正确，否则继续下沉不易调整，在离设计深度200 mm时应停止取土，依靠自重下沉到设计标高。

3.7 沉井吊土及运土

由于沉井内挖出的土方量比较大，挖土采用小勾机挖土，装于容量1.5m3吊斗内用25 t吊车吊到井外，用汽车运到甲方指定弃土场堆放。

3.8 测量控制与观测

沉井位置的控制是在地面设置纵横十字控制桩水准基点，下沉时，在井壁上设十字控制线并在四角及各边中心设水平点，于壁外侧用红铅油画出标尺，以便观测沉降。井内中心线与垂直度的观测系在井筒内壁四壁中心标出垂直轴线，各吊一个线坠对准下部标板来控制。并定时用两台经纬仪进行垂直偏差观测，挖土时随时观测垂直度，当线坠离墨线边达50 mm或四面标高不一致时即应纠正，沉井下沉过程中每班至少观测两次，并在每次下沉后进行检查，作好记录。当发现倾斜位移扭转时应及时通知值班队长指挥操作工人纠正，使其在允许偏差范围内。当沉到离设计标高2 m时对下沉与挖土情况应加强观测以防超沉。

3.9 下沉倾斜、位移、扭转的预防及纠正

沉井下沉时有时会出现倾斜、位移、扭转等情况，应加强观测及时纠正。

产生倾斜的原因:刃脚下土质软硬不均;挖土不均使井内土面高低悬殊;刃脚下掏空过多，使沉井不均匀下沉;排水下沉，井内一侧出现流砂现象;刃脚局部被大石块搁住;井外弃土或施工荷载对沉井一侧产生偏压。

操作中可针对上述原因予以预防，如果沉井已经倾斜，可采取在刃脚较高一侧加强挖土，并在较低的一侧适当回填砂石，必要时配以井外射水，或局部偏心压载，都可以使偏斜得到纠正，待其纠正正位后再均匀分层取土下沉，如倾斜是由于被大石块或破损污物搁住，可用风镐破碎或爆破成小块取出。

位移产生的原因多由于倾斜导致的，如沉井在倾斜情况下下沉，则沉井倾斜相反方向位移，或在倾斜纠正时如倾斜一侧土质较松时由于重力作用有时也沿倾斜方向伴随产生一定位移。因此预防位移应避免在倾斜情况下下沉，加强观测及时纠正倾斜。

位移纠正措施一般是有意使沉井向位移相反方向倾斜，再沿倾斜方向下沉至刃脚中心与设计中心位置吻合时再纠正倾斜，因纠正倾斜重力作用产生的位移，可有意向位移的一方倾斜，纠正倾斜后使其向位移相反方向产生位移纠正。

沉井下沉产生扭转的原因是多次不同方向倾斜和位移的复合作用引起的，可按上述纠正位移倾斜方法纠正位移，然后纠正倾斜使偏差在允许范围内。

3.10 封底

当沉井沉到设计标高，经2 d～3 d下沉已稳定，或经观测，在8 h内累计下沉量不大于10 mm时即可进行沉井封底。封底前刃脚混凝土凿毛处应洗刷干净，然后在井底对称均匀浇一层0.7 m～0.9 m厚的混凝土垫层，强度达到30%后绑钢筋浇上层的防水混凝土底板，浇筑应在整个沉井面积上分层由四周向中央进行，每层厚30 cm～40 cm并振捣密实。混凝土养护14 d，待底板混凝土达到70%设计强度后，再施工上部混凝土。

从以上方案、措施选定的过程看出，沉井施工是一项技术上较为复杂的工程，因此不能马虎行事，施工前必须详细掌握水文地质资料，每一方案和措施的选定必须经过周密分析和相应技术计算，并做出完整的施工组织设计，而且是经得起推敲和考虑之后，才能开始施工。

［1］ 李 瑛.煤矿竖井井筒装备制定施工方案须注意的问题［J］.山西建筑，2010，36(28):133-134.