沉井施工及管理实践

吴凤海, 冯一博

(1. 东北轻合金有限责任公司, 哈尔滨 150060； 2. 黑龙江鑫达企业集团有限责任公司)

东轻公司HK工程立式淬火炉基础为长孔形淬火井，采用沉井的方式施工。施工时先在地面▽-5.0m基坑内制作刃脚和上部开口的钢筋混凝土井筒，待其达到设计强度70%后，在井筒内部分层挖土运出，随着井筒内土方清空和土面的降低，沉井井筒以其自重克服与外土壁间的摩阻力不断下沉，直至设计标高再进行封底。沉井施工的优点是，在场地狭窄情况下，不需要复杂的机具设备即可施工较深的地下工程，且对周围原有厂房和新建厂房深基础没造成影响；与大开挖相比，减少了挖土、运土和回填的工程量。其缺点是，施工工序较多、技术要求高、极易发生水平位移和倾斜，由于技术和管理原因导致工程失败和出现安全事故的案例也不鲜见。本工程由于参建各方事前做了充分的技术准备，管理到位，在施工过程中即遵守技术规范和设计文件，又结合实际积极探索新的作业方法，较好地实现了工程质量、进度和造价控制及安全管理的预期目标。

1 技术依据及方案确定

沉井属于地下构筑物，出现质量事故没有推倒重来的余地，因此，准确掌握技术依据，制定符合实际的《施工组织设计》和《监理实施细则》并进行预演是保障施工一次成功的关键。

1.1 技术依据

沉井本质上是属于钢筋砼设备基础，因此，工程质量控制必须依据以下技术文件。

(1)国家《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202—2002。

(2)国家《砼结构工程施工质量验收规范》GB50204—2002。

(3)国家《地下防水工程施工质量验收规范》GB50208—2002。

(4)《沉井施工规程a 》6-2-12。

(5)施工图纸及其他设计文件。主要技术参数：截面长轴(内径)6.2m，短轴(内径)4.5m，总深-30.6m，壁厚700mm钢筋砼，内衬为10mm厚钢板；沉井混凝土强度等级为C30防水混凝土，抗渗等级为P10；钢筋采用Q235B型HRB400级钢筋。允许制作偏差：沉井平面尺寸允许偏差，长宽为±0.5%，且不大于±50mm；两对角线的差异为1%；沉井井壁厚700mm，允许偏差±15mm，井壁垂直度允许偏差为1%。下沉完毕后允许偏差：沉井刃角平均标高与设计标高的偏差不得超过100mm；沉井的水平偏移不得超过下沉总深度的1%，且不大于100mm；沉井四角中任何两角的刃角踏面高差不得超过该两角间水平距离的1%。

1.2 审查方案

以往工程中，建设单位较注重承包单位的报价，而轻视对施工方案的审查导致质量缺陷、工期延误、造价增加时而出现。本工程在招标阶段我们首先考察施工单位和监理单位同类工程的业绩，再看其技术指标(施工组织设计和监理大纲)，然后才是报价。根据上述评分标准确定了施工单位和监理单位。在监理单位人员到位，并做了充分的技术准备工作后，组织参建各方先后两次召开了审查《施工组织设计》会议，确定了合理工期和工序流程，澄清了技术盲点，对可能出现的突发事件制订了预控措施。同时建设单位也为工程提供了所需要的一切外部条件，力求确保开工后连续作业。

工程实践证明，以上事前控制措施对确保工程质量、进度、造价及安全管理的预期目标起到了非常关键的作用。

2 质量、工期和造价控制

2.1 刃角制作

刃角是井筒下沉时切土的直接部位，它必须承受土质的反作用力和上部井筒的正压力、冲破地下障碍物的阻力、机械(或人工)挖土时的撞击力。本工程设计为钢筋砼型，施工单位为了克服井筒下沉时各种不可预知的事件，将1.7m高的刃角改为12mm厚的钢质材料，建设单位和监理单位批准了这一方案(但不补偿增量造价)。实践证明，正是这样的改变缩短了刃角制作工期，减少了下沉时与原土的摩擦阻力，确保了挖土过程中在机械的反复撞击下刃角始终处于完好状态。

2.2 井筒制作

钢筋砼长孔型井筒是立式淬火炉基础的主要组成部分，承受着淬火炉的正压力和井内冷却水的侧压力，施工时对砼强度、抗渗性、控制尺寸及垂直度都有很高的要求，是工程管理的重点。在施工中，将2.25m宽的内衬钢板两块一焊接，形成4.5m高的施工段，逐段制作、拼接、浇筑、下沉。为了保障井筒钢筋敷设进度和质量，在制作完内衬钢板后，就地将井筒水平圈筋分层焊接在内衬钢板上，确保了钢筋分布规整，减少了接井现场作业时间。C30防水混凝土由商混站提供，质量可视为有保障，井筒制作的关键是竖筋连接牢固，确保下沉时不断裂；外模板必须安装牢靠，否则浇筑砼时一旦跑浆就会将下面井筒与土壁间的缝隙填死，使制作好的井筒无法下沉。为此，本工程中φ24竖筋采用对丝连接，外模板用φ12钢筋以1.0m方距与钢内衬拉紧，做到了万无一失。

2.3 基坑作业

为了沉井准确定位，并具有一定的初始下沉自重，本工程在▽±0.00平面挖一个-5.0m深的开口基坑，将2.9m刃脚和井底段置于基坑中作业。按照本工程设计要求和通常施工做法，需在刃脚下铺设垫木，垫木下再铺设砂垫层，当第一节井筒浇筑完毕下沉前再掏空砂层撤除垫木。为了减少措施费和缩短工期，结合本工程地耐力为18MPa的实际，在施工中取消了铺砂层—垫枕木—掏空砂层—撤除垫木这一流程，制定了将刃脚直接坐落在原土上的方案。实践证明，在地耐力较高时，以上省略不仅控制了井筒倾斜和位移，还有效地减少了施工措施费和工期。

2.4 挖土方案

将井筒内部原土分层挖出，使井内土面逐步降低，沉井井身以其自重克服与土壁间的摩擦阻力，方可不断下沉。西南某企业施工同类工程时采用的是水力机械法，即用高压水枪解决人工挖土，再用泥浆泵解决垂直运土。这种方法施工进度较快，但需要在地面建设一个几千立方米的泥浆池，本工程没有这么大的建池空间和二次倒运泥浆的能力。大多数企业都是按照规范要求，人工从井中心分层向四周挖土，靠增加人工费和工期确保井筒基本均匀下沉。在本工程中，施工单位根据井内作业空间提出了机械挖土的方案，即用能侧面旋转挖土的微型钩机分层循环挖土，再用吊机将土运出井外。事后证明，机械挖土方案是人工挖土费用的一半，工期是其三分之一。

2.5 沉降控制

其关键是如何确保井筒按照预期的进度下沉，不发生滞降和突降。按进度计划，淬火井在-5.0m深的开口基坑内施工完刃脚(1.7m)和井底段(1.2m)后，分段浇筑井筒砼，待其达到设计强度70%时再分层挖土下沉。但在施工中因对下沉摩擦阻力考虑不足，第一次下沉了5.5m时就不再沉降了。经过监理单位计算，此时井筒沉降系数k0仅为正常值的0.6，表明井体重量克服不了与土壁摩擦阻力。此时，在井筒上部四周布满待接的竖筋情况下，按照通常加配重物实现井筒下沉即增加了措施费，又不易均匀配重。因此，本工程采取向上接井筒增加自重的措施(尽管增加了安全管理的难度)，使沉降系数k0达到了1.2，井筒开始正常下沉，随着井筒自重增加，越往下挖土滞降情况越少。

2.6 坐标控制

控制井口三维坐标，并使井筒不发生任何方向的倾斜是沉井施工的重点。理论上要求井下分层均匀挖土，使井筒缓慢接近直线下沉。实际上随着机械四周挖土的不同步，井筒是在各方向摇摆中下沉的，因此井筒坐标及倾斜度只能在动态中倾斜—纠偏—再倾斜—再纠偏，直到设计标高。本工程按照预控方案，采取以下三个措施：一是每天测量井口各点标高，二是在钢内衬四个方向上挂磁线坠，这两种措施均可观测井筒下降过程中的位移和倾斜；三是在-5.0m基坑底打一个200mm厚素砼圈(与井筒间隙为100mm)，控制井筒大幅度位移。实践证明，以上三种措施虽不能完全消除偏差，但确实在抢工期状态下将偏差控制在了设计允许范围内。

2.7 封井底

沉井下沉至设计标高(-30m)时停止挖土，观测48h没发现自然下沉，说明可进行封井底。本工程设计要求底板下面(即刃角段)全部用素土回填压实，压实系数λC≥0.94。实际上在狭小井底作业，这一指标很难达到。为防止工作时井内近700t水和地面工艺设备的压力可能导致的下沉(或偏移、渗漏)，施工时在井底板下面和井筒与土壁-10m下面全部用C15素砼满浇筑，再按设计图纸施工底板。

3 几点体会

(1)必须强化事前控制。超深沉井施工是质量控制和安全管理的重点工程，本工程仅施工63天(超出计划工期3天)，没发生任何人员伤亡和机械损坏事故，与事前近20天的预控工作是不可分割的。正是事前所采取的措施和预演保证了工程的连续性和顺利进行。

(2)必须强化“三控制”观念。以质量为核心，以安全为重点是管理者不可动摇的理念，但是在采取具体措施时不可随意增加措施费和工期。同样，采取任何控制造价和工期的措施都必须考虑确保工程质量和安全这一前提。本工程正是坚守了这一观念，才做到了无任何人身伤亡和机械损坏事故，严格控制了造价。虽然工期延误了5%，井口水平偏移了80mm(设计最大允许位移100mm)，但是满足了立式淬火炉的安装要求，工程达到了预期目标。

(3)必须强化工程整体观念。在工业项目中，土建工程永远是为生产工艺服务的，因此，土建专业必须对生产工艺设备有初步的了解，对可能产生的影响提前做出反应。在本工程中，封井底所采取的措施和设置的一系列预埋件就体现了这一观念。

(4)鼓励和支持工序创新。本工程总体上要求施工单位按图纸施工，按规范作业，按质量标准检查，但又批准施工单位结合实际所采取的一系列创新措施缩短了工序时间，减少了实体工程外的措施费。