华能福州电厂循环水泵房大型沉井下沉施工技术

2017-03-25

湖南水利水电 2017年1期

（中国水利水电第八工程局有限公司长沙市410004）

王晓伟文自立

（中国水利水电第八工程局有限公司长沙市410004）

通过对循环水泵房大型沉井复杂条件下的施工技术研究，可解决沉井四周围帷止水及防护相临的一期循环水泵房安全的施工技术、沉井下沉穿越复杂地层时防偏防扭防突沉、大跨度侧墙防裂、防淤泥质土层中突沉、循环水泵房基底以下的地基处理等一系列施工技术，可弥补完善国内在火电厂施工中经常会遇到但又尚待完善的这一课题，同时也为铁路工程、公路工程中桥梁基础施工提供参考。

循环水泵房大型沉井施工技术

1 概述

本工程为华能福州电厂三期（2×660 MW）工程循环水系统建筑工程中的循环水泵房沉井，坐落于闽江右岸岸边。沉井平面尺寸：46.70 m×30.30 m，沉井下沉制作高度17.50 m，沉井下沉后刃脚设计踏面高程为－14.00 m，下沉前沉井刃脚踏面高程为2.8 m。自然地面平均高程为5.00 m。实际下沉为16.8 m。下沉采用排水下沉，水力机械出土。

建筑场地岩土主要为：①层人工回填素填土；及③2层淤泥质土；其下部为④层粉质粘土、⑥层花岗闪长岩及细晶岩的残积土，⑦1～⑦2风化层及⑦3中等风化花岗闪长岩及细晶岩。

①层人工回填素填土，为一期水泵房施工时回填的碎石、块石混砂，块石含量较高，粒径不等，最大粒径超过50 cm。该层极其不均，局部地段为一期建构筑物的地基基础和人工换填层，碎块石排列有序且较为密实。总体而言，上部粘性土混碎、块石为主，中部以块石为主，下部以砾、砂混粘性土为主。该层已回填近20余年，为稍密～中密状态。在沉井施工中，由于①层人工回填素填土的不均匀性，应特别注意块石掏挖的均匀控制，以防沉井倾斜。

③2层淤泥质土，在一期水泵房施工时，上部抛填的块石对该层有一定的挤密作用，③2层淤泥质土中局部含薄层砂，在沉井施工中，也将增大其摩擦力。

由于场地地下水位埋深浅，且紧临江边，沉井施工时应考虑江水渗流的影响，采取合理的降排水措施。

2 施工工艺

打设深井及降水—→高压水泵供水—→高压水枪冲土成泥浆—→泥浆泵吸泥—→泥浆排至沉淀池—→土方外运。

水力机械出土流程：高压水枪破土化为泥浆，由泥浆泵将泥浆抽送至设在底梁面上的泥浆箱内，再由接力泥浆泵将箱内泥浆输送至井外中转泥浆池内，再抽至大泥浆池，泥浆池泥浆经过加外加剂沉淀后再输送外运，随着沉井内土石降低沉井逐步下沉至设计高程－14.00 m。

3 沉井下沉施工

3.1 施工准备

（1）沉井内外工作。

沉井内外模拆除；内外拉杆螺栓割除水泥砂浆盖面；井内外杂物清除干净，沉井顶部设置人行通道栏杆；沉井外井壁四角编号，并自刃脚底始到顶面用红白线标示，以cm为单位的刻度线供沉井测量高差用，沉井四角均应标示；内外脚手架拆除，同时安装沉井上下内外钢管楼梯；自流引水管及输水管穿墙套管封堵（脚手架拆前完）；修建好履带吊工作平台。

（2）下沉设备布置就位。

在临闽江岸边塔设取水平台，其上安装高压泵（15 kW）12台，供射水水枪用，在沉井底梁24格中合理布置泥浆泵（15 kW）12台，抽至底梁面上合理布置的2座泥浆箱内，泥浆箱内布置4台（22 kW）泥浆泵，将箱内泥浆抽至井外中转泥浆池，中转泥浆池内配置3台（22 kW）泥浆泵，配6″泥浆管道输送泥浆至主泥浆池。配电箱开关控制柜设在纵隔墙二顶面。井外配履带和塔吊作垂直运输。

（3）设置测量控制点和沉降观测点。

（4）设置泥浆池。

在沉井进场一侧挖一中转泥浆池，然后在内河旁一、二、三期排水箱涵的顶部挖3个泥浆池，存浆、沉淀、出泥交替轮换使用。

3.2 沉井下沉

（1）下沉条件。

沉井验收合格，最后一节混凝土达到设计强度70%即可进行沉井下沉。

沉井取土下沉前，应先行拆除刃脚及底梁下的砖胎模素混凝土垫层并吊运出井。

砖胎模拆除前应进行安全技术交底，防止在拆除中沉井发生过量倾斜或局部受力不合理，产生负弯距引起井墙裂纹，必须统一指挥，按照编组对称的堆成和均匀拆除。

（2）块石的吊运。

对于回填土层的施工，采用水力机械出砂，不能冲击抽排的块石和石渣计划采用2～3台35 t的履带吊出土。原填筑砂岛的粗砂排出后就近堆放，以便重复利用。

冲孔灌注桩施工时的Φ25预留吊筋下沉过程中应分段及时割除，注意切割长度以（1～1.5）m为宜，并就近几根绑扎在一起，以防伤人。注浆时未拔出的套管在开挖过程中注意及时发现，自我防护，有必要则可采取割除措施。

（3）四周的回填。

拉森钢板桩距离沉井井壁（6～8）m，钢板桩与沉井之间的土层会随沉井下沉产生下陷现象，为保证沉井下沉的摩阻力以及防止周边土的塌陷，应及时回填下陷土并夯实，回填高度可略高于原地面，回填料可考虑沉井底部开挖出的粗砂。

（4）取土下沉。

沉井初始下沉阶段，下沉系数大，井内出土不均匀极易引起倾斜，需及时纠编，在沉井重心接近地面时应保持沉井面平壁垂直，形成一个好的轨道，这是沉井下沉质量的奠基阶段。

沉井出土顺序由内向外，分层取土，由中心向四周扩展，土层面的高差控制，由初沉到终沉逐渐变化，即初沉30 cm到中沉100 cm终沉（20～10）cm，必需时可形成反锅底。

初沉阶段四周格内不出土少出土，当形成平锅底时，再去四周格内平均对称分层取土。严禁水枪冲切刃脚斜面下土体，保持沉井受力合理，下沉平稳。

沉井下沉首先清除砂垫层，该层可回收利用，由泥浆泵抽出后在中转泥浆泥内沉积，用挖掘机配5 t自卸汽车转运至指定地点。

清除砂垫层，必须按上述出土原则操作，同时加强对下沉量、四角高差、偏位进行测量，及时掌握下沉速度和偏差发展趋势，严格按照“下沉中纠偏，纠偏中下沉”的施工原则。

初始阶段需加密测量次数，每60 min测量一次，当沉井倾斜达到允许偏差值的1／2时，测量人员应及时报告值班长和项目工程师，以便采取纠偏措施，确保沉井初始阶段形成良好的下沉垂直轨道。

砂垫层以下的下卧层为人工素填土层，由混碎、块石为主，中部块石为主，下部砾砂混粘性土，该层的出土方法应以人工为主，水利机械辅助，块石、碎石杂物人工搬运装入特制的铁质吊筐中，履带吊垂直吊运至井外。

对底梁和刃脚下的块石，应先清底梁后清刃脚下的块石，在接近③2层淤泥质土时，对无法挖出的刃脚及底梁下的块石时，应以出土下沉为主，少量块石会挤压井外或随着下沉嵌入泥中。

人工素填层，根据钻探资料揭示，该层分布层厚高差较大，由于不同土层承载力相差较大，沉井极易倾斜。下沉时应有意识地让该层厚的沉井一侧保持刃脚踏面标高低一些，在即将穿越素填土层时，再一次性纠偏。

在③2层淤泥质土层下沉时，因该层承载力差、沉井重、下沉系数较大，刃脚和底梁均嵌入泥层，下沉时应以中间隔先取土，沉井如正常下沉四周格内土体升至接近底梁面石，再分层取土一部分。往而复始，取土下沉。

（5）初沉阶段的控制。

根据本沉井的结构特点，为确保沉井结构的安全，合理按排出土顺序是下沉的关键，下沉过程中始终保持均匀下沉，沉井不能出现较大的高差；取砂时，首先要将中间的砂垫层掏深，然后向四周扩展取砂，使整个沉井形成较大的锅底，如沉井下面土质松软让井挤土下沉；如土质较硬让井大梁下面悬空，使沉井的支力点位于井的下壁，锅底控制在1 m左右，高差控制在20 cm以内。

因沉井内回填土层较厚，井内分布不均匀，取土时应先取土层厚的一面，便整个沉井的硬土层基本均匀时扫刃脚，这样可确保沉井位移和高差的控制。

为了工期的顺利进行，沉井下沉至3 m左右时，基本进入轨道可加大取土量，锅底适当加深，井中间锅底可控制在2 m左右，但需确保机械正常施工，如遇机械设备故障应立刻维修或更换，如1 h不能排除，其它相应设备应停止施工，以防发生位移及较大高差，使整个高差控制在30 cm以内。

（6）终沉前的控制措施。

沉井下沉离设计标高2 m左右，应放慢下沉速度，停止6h以备观察，掌握下沉速度，锅底逐渐减小，基本以纠编为主，测标下沉趋势和自沉惯量，测量2h一次，高差控制在（10～15）cm，随着沉井继续下沉，沉井应逐渐形成挤土下沉，待沉井离设计标高50 cm时需再停止观察6h，一般大梁基本接近土层测量数据重新核准，以1cm/h左右的速度将沉井慢慢进入设计标高，确保沉井平稳。不超沉，高差控制在7cm以内，沉井进入设计标高后需继续观察，待沉井8h下沉量控制在10mm方可封底，以免出现超沉现象。

（7）地下水过多及管涌补救措施。

如沉井下沉到一定深度时，地下水过多，应视情况而定：第一、井外增加深井；第二、深井泵功力加大；第三、井内增加排水设备；如遇管涌，则于管涌部位可增设钢板桩封闭止水。

（8）灌注桩的控制。

因本次沉井内有灌注桩，为了保证桩基不断，下沉取土是控制桩基的关键，在沉井下沉到桩顶部标高位置，应调整取土位置，原取土以中间形成锅底，向四周扩展，这样可能形成四周土方向中间涌挤，造成桩基挤断。根据本沉井的的下沉速度及桩基的标高，应在沉井下沉至10 m时调整取土位置，由中间取土调整为四周边格取土，让沉井中间格子里面保留土塞，根据中国水电八局有限公司施工经验可保留（6～8）m，这样取土可确保灌注桩不至于发生挤歪、甚至挤断现象。

（9）下沉纠偏。

在沉井下沉过程中应做到刃脚标高每2 h测量一次，轴线每天测量一次，沉井初始阶段1 h测量1次，必要时连续观测，及时纠偏，终沉阶段每1 h测量1次，当沉井下沉接近设计标高时增加观测密度。

本沉井下沉系数较大，施工时必须慎重。初沉时易偏易纠，做到即偏即纠，确保井壁入土轨道垂直良好。

下沉中沉阶段。做到纠偏中下沉，下沉中纠偏。严控超规范倾斜，大起大落纠偏，放置对土体扰劲大。引起沉井过量移位。

沉井终沉阶段。应以纠偏为主。沉井下沉至设计标高上游一半时，应纠正平直，再谨慎下沉，微偏微纠不允许超规范倾斜偏差，直至下沉到设计标高。