立式淬火炉和立式铸造机基础沉井施工技术探讨

张玉莹

摘要：兖矿集团高性能大型工业铝挤压材项目中的立式淬火炉和立式铸造机基础沉井是沉井深度较深、施工难度较大、精度要求较高的重要基础工程。在立式淬火炉和立式铸造机基础沉井施工中遇到下沉困难、位移偏斜、大量涌水、大量涌砂等难题，施工单位依据本区域的地质特点及工作经验，克服了种种困难，安全快速、经济有效地完成了该工程。

关键词：立式淬火炉；立式铸造机；基础沉井施工技术；涌砂；涌水；封底 文献标识码：A

中图分类号：TD265 文章编号：1009-2374（2016）06-0147-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.073

1 立式淬火炉和立式铸造机基础的特点和工程现状

兖矿集团高性能大型工业铝挤压材项目位于山东省济宁邹城市南屯，其所在地地下水位较高，一般在-2.3～-4m，根据地勘报告，该区域在-8m、-12～-16m、-22～-26m区域有粒砂层，地下水含量丰富，部分土层中夹有软土层，土质软硬不匀。该项目在熔铸车间设计有4台铸造机（1台10吨、1台50吨、2台30吨），挤压一车间设计有3台立式淬火炉（1台6.5吨、1台3.5吨、1台2吨），设备基础采用沉井施工，铸造机基础沉井4个，沉井底标高分别为-12.92～-14.6m，立式淬火炉基础沉井工3个，沉井底标高分别为17m、19m、33m。沉井基础材料采用C30密实性防水砼，内掺10%UWA，抗渗等级S8。

2 施工方法和流程

场地平整、测量放线→机械挖土至标高-5.5m→夯实基底→抄平放线验线铺砂垫层→C20混凝土垫层→刃脚地基处理→坑内制作沉井刃脚→刃脚砼养护（至70%砼强度）→沉井井壁二次制作→井壁砼养护（至70%砼强度）→沉井下沉（一次）→沉井再次预制养生施工→沉井再次下沉→直至沉井下沉到设计位置→沉井封底→中隔墙制作养护→沉井周边回填收尾。

沉井下沉方案选择，综合地勘报告提供的土质状况资料，本工程沉井下沉方案采用井外管井降水，井内采用水力机械法下沉：水力机械设备由水泵、进水管路、水力冲泥机、水力吸泥机及排泥管路组成。每套6英寸水力机械包括6D型水泵1台、水力冲泥机（水枪2支）1台、水力吸泥机（Ф150mm以上的泥浆泵）1台及相应管路。

该方案能较快完成沉井，利用泥浆泵解决垂直运输问题，用高压水枪解决人工挖土进度慢的问题，湿作业需提供约3000m3泥浆池位置，但下沉效率高。

3 沉井水力机械下沉施工过程中出现特殊问题的处理方法

3.1 沉井下沉困难

在立式淬火炉基础沉井下沉中均出现下沉困难，有时日下沉量只有50mm，主要原因为：（1）遇到特厚粒砂层；（2）遇到坚硬姜石层；（3）沉井下沉到一定深度，井壁侧摩阻力大于沉井重量。

3.1.1 遇到特厚粒砂层，一般厚度在2m以上。因采用水力机械下沉，往井内用高压水枪充水，在井内用泥浆泵把泥浆抽走，但井外的粒砂层因内外存在压差也随沉井底的刃脚空隙处大量涌入井内，使沉井下沉极为缓慢，并引起周边粒砂层空洞而塌方。主要采用以下两种处理方法：（1）对于-10m以内粒砂层，根据降水方案来计算降水深度，开足降水井的降水量，使得实际降水深度深于该粒砂层的深度，让粒砂层处于一个稳定状态而不往井内涌砂，使得沉井能较为顺利地穿越粒砂层；（2）对于-10m以下粒砂层，因降水深度很难达到，容易出现井外粒砂和水一起涌入井内，应开足降水井，井内外压差尽量小，利用配重或续接沉井上部一部分，增加沉井重量，使沉井刃脚压紧粒砂层，减少涌入井内的粒砂和水，采用更大流量的泥浆泵（该流量要远大于涌入井内的粒砂和水），使沉井下沉速度加快穿过粒砂层。若出现大量涌砂无法继续下沉，先停止抽水和下沉工作，在井壁和土层间灌入触变泥浆或黄土，降低摩阻力，使泥浆逐步渗入土层和沙层，静止几天，维护土壁和粒砂层不坍塌，使四周的土层和粒砂层保持稳定，采用增加配重、增大泥浆泵流量、开足降水井等措施，使沉井能较快穿过沙层。

3.1.2 沉井遇到坚硬的土层和姜石层，水力冲土很难形成泥浆，采用人工破土，把姜石单独用垂直提升工具运出井外，采用水力机械冲水搅拌人工破土形成泥浆，用泥浆泵抽出井外，保证沉井下沉。

3.1.3 沉井下沉到一定深度，沉井侧摩阻力大于沉井重量，造成沉井即便刃脚挖空也难以下沉时，增加配重和续接上部沉井，若仍不能顺利下沉，长臂挖土机在沉井四周开挖一定深度，减少摩擦面，保证沉井顺利下沉。

3.2 沉井下沉时产生位移和偏斜

在7个沉井下沉施工中，均出现不同程度的位移和偏斜，主要有两种原因：（1）下沉过程中的控制误差；（2）遇到不均匀地质，一侧土层硬，一侧土层软。

3.2.1 下沉过程中出现控制误差，通过实量和光学仪两种手段对下沉量和四角高差及偏位进行测量，及时了解下沉速度，纠偏，当沉井达到允许偏差值1/4时必须纠偏。确保沉井在初始下沉阶段形成良好的下沉轨道。

根据该工程的施工条件及土质情况，发现偏斜，视具体情况分别采取对策：（1）始入土较浅时，如发生倾斜，只需在刃脚高的一侧进行人工挖土，在刃脚低的一侧保留较宽的土埂适当填砂；（2）入土较深时，采取排水法施工，可在刃脚高一侧挖土，随着沉井的下沉逐渐纠正偏差。可故意使沉井向偏位方向倾斜，然后沿倾斜方向下沉，直到沉井底面中轴线与设计中轴线重合或接近再纠正倾斜，达到调整到容许范围。也可采用井外射水，井内边除土边纠偏来纠偏。

3.2.2 遇到不均匀土层，沉井在下沉时出现偏斜，在兖矿轻合金项目33m沉井施工时就遇到这种情况，按常规沉井纠偏方法施工，致沉井偏差继续发展，最大垂直度偏差达到500mm。为了纠偏，在偏斜面加上两个200吨千斤顶，千斤顶的后座采用砼浇筑，面积约12m2，制作两根300mm×600mm钢梁，用千斤顶利用砼后座顶住钢梁，钢梁前端面与焊接在沉井壁上的斜铁接触，并用长臂挖掘机在偏斜对面开挖12m深减少对面土层的侧压力，利用沉井下沉的垂直力和钢梁顶斜铁的水平力结合，完成沉井纠偏。后续下沉时继续采用该法对沉井产生水平推力，成功穿越土层软硬不匀的土层。如图1所示：

图1

3.3 沉井下沉时产生大量涌砂、涌水并在后续施工时出现塌方

在7个沉井施工时，均出现过不同程度的涌砂和涌水现象，主要是遇到地质勘察报告中的特厚粒沙层，该粒砂层按照地勘报告提供的数据，空隙大，地下水丰富。由于周边厂房已经形成，只能有限制的降水，根据理论计算，如果要把降水深度降到20m以下，1小时瞬间降水量将达到1万多方，对周边厂房地质将产生较大影响，故把周边降水深度控制在10～12m。在沉井下沉施工中，井内采用大流量泥浆泵抽水，沉井内外产生压差，破坏井外粒砂稳定，大量粒砂与水同时涌进沉井，造成沉井下沉慢，不能很快通过流沙层，沉井周边粒砂层形成空洞，造成沉井周边塌方。

为保证周边厂房结构安全，在沉井下沉时必须控制降水深度，控制涌砂量，控制周边塌方范围，根据地勘报告，遇到第一层（-8～-10m）特厚粒砂层时，开足周边降水井，把降水深度降到-12m，24小时作业，快速穿越该粒砂层；遇到第二层（-12～-16m）和第三层（-22～-26m）特厚粒砂层时，根据地勘报告，分析粒砂层的厚度，采用增加配重、增大泥浆泵流量、开足降水井及暂时停止下沉和降水，灌注泥浆固化粒砂层等措施，沉井能较快穿过沙层。

3.4 沉井封底遇到流沙层，封底困难

4个铸造机基础沉井的封底时遇到流沙层，产生大量涌水涌砂，封底极为困难，为保证将涌砂量控制到最小，保证周边厂房及基础结构安全，最终达到封底的要求，采用三次封底的措施。

第一次封底：因沉井持力层就在流沙层，在清理沉井锅底清理到设计标高时，会出现井外涌砂从刃脚缝隙大量涌进井内，使锅底清理工作失败。故事先准备好沙袋，放到沉井底部，人工从沉井中间逐渐往四周清理，对涌砂部位不清理，并用沙袋暂时压住涌砂部位，稳定该部位的流沙。在沉井中间埋设预留带止水环和上口法兰的抽水管（管径400），验收后直接灌注已事先准备好地砼，把清理好地沉井锅底用砼封闭，留几个涌砂部位暂不封底。

第二次封底：在第一次封底3天后，砼强度达到一定要求后开始，先用潜水泵在预留抽水管抽水，露出已封底的砼面层，准备好砼和砼泵车，逐个清理涌砂部位，并立即灌注砼，直至全部灌注完毕，最后沉井底整体灌注砼300mm厚，沉井中心预留抽水口要不间断继续抽水直至砼完成终凝并达到一定强度，以免地下水破坏二次封底的砼而漏水。

第三次封底：在第二次封底3天后开始进行，先把井内水抽干，准备好法兰盲板把预留抽水管封闭，并保证不漏水，把井内水清理干净，第二天再检查井内是否有积水。若无，证明前两次封底达到预定效果，即可进行第三次封底，并达到设计标高。若有少量积水，说明封底砼还有渗漏，即刻清理积水，检查漏点，采用人工剔凿的方式把漏点凿出盲沟，引至集中点，集中点要往下剔凿出一个集水坑，在集中点再设置一带止水环和上口法兰的抽水管（管径400），并置一小型潜水泵不间断抽水。在井底整体覆盖一层塑料薄膜，在有盲沟的塑料薄膜上敷设3～4mm的薄钢板，防止再次浇筑砼时把盲沟堵住。上述准备工作就绪后，即可进行第三次砼封底。在第三次砼封底几天后，用法兰盲板封闭预留抽水管，即可达到封底效果。在构造封底结束，检查封底无漏水，即可进行钢筋绑扎，完成沉井的结构封底。

4 结语

铸造机和立式淬火炉基础沉井施工是本类项目施工中的一大难点，尤其在地质条件复杂，存在高承压水、流、涌砂严重及地质土层软硬不匀的区域。采用水力机械下沉施工技术并采取相应的措施，在该地区内沉井下沉施工中克服了涌砂、涌水、塌方、沉井偏斜等难题，取得了较好的效果，沉井的位移、周边塌方控制均达到预定要求，与冷冻法和周边止水帷幕法相比，技术简单，节约资金，保证安全（减少作业人员冻伤的可能性），可供类似工程借鉴。

参考文献

[1] 兖矿集团邹城华建设计研究院有限公司.岩土工程勘察报告[R].

（责任编辑：蒋建华）