大直径超深沉淀池内明降排水施工技术

赵泽俊

广西建工集团第二安装建设有限公司 广西 柳州 545006

1 工程概况

柳钢2032热轧旋流沉淀池位于柳州市柳钢热轧厂房内部，是厂房内部用于收集和沉淀热轧钢板时产生的钢屑和循环再利用水的收集池。

旋流沉淀池为地下混凝土结构，直径36.0 m，基坑底部面积1 018 m2，混凝土底板底部标高－30.2 m，基坑的开挖深度达30.4 m，底板混凝土结构厚度3.0 m，池壁混凝土结构厚度1.2 m。沉淀池中心部位为直径10.0 m的混凝土筒体结构，壁厚0.6 m，标高从－21.20～±0.00 m，混凝土强度等级C35（图1）。

图1 旋流沉淀池结构剖面

该项目所在的位置，岩面标高在－12.6 m左右，为喀斯特地貌，岩石裂隙发育完全，地下水极为丰富，地下水位较高，常年的地下水位基本稳定在－10.0 m左右，涌水量基本维持在25 m3/h。该工程的降水深度超过20 m。

2 基坑降排水方案比选

2.1 基坑外降水

该项目的降水深度超过20 m，基坑外采用管井降水的方案，将基坑内的水位降至基坑底以下500 mm。经过初步计算，降水的深度为24.2 m，考虑5～8 m的沉渣，管井的最短长度为39.2 m。

采用φ200 mm管井，距离池口边缘3 m环状布置，按每隔3 m沿沉淀池周边布置1根，需要布置44根。

每天视水位下降的情况，管井采用连续或间断的抽水，将水位降至开挖面以下500 mm（图2）。

图2 基坑外降排水示意

采用该方案，管井深度达40 m，管井44根，需要布置44个水泵，抽水时间长，综合几个因素考虑，该方案的降水成本非常高。

2.2 基坑内明降排水

基坑的土石方分层开挖，土方每层开挖深度控制在2.0 m以内，基岩的开挖深度控制在1.5 m以内，在基坑内部不同的位置开挖3个比每层基准面深1.5 m左右的集水坑，以降低基坑内的水位和就近引水至集水坑内，用污水泵将水抽至基坑外的沉沙池中，经沉淀后排至市政排水管网。挖至基底设计标高的时候，在基坑中部挖1个集水坑，基底内部采用放射布置的排水盲沟将水引至集水坑内，再用潜水泵将水抽至基坑外的沉淀池中[1-4]。

采用该方案进行基坑内的降排水，施工简便，成本较低。

经过对2种基坑降排水的可行性和经济性进行分析，采用基坑内明降排水的方案具有施工简便和成本低的优势，因此，该项目的降排水施工采用基坑内明降排水的方案。

3 基坑内明降排水方案设计

3.1 降排水原理

1）每层土石方开挖前，在基坑内部不同的位置开挖3个比该层开挖面低1.5 m左右、面积约10 m2的集水坑，将基坑内的水就近引至集水坑内，用污水泵将水抽至基坑外的沉沙池中。

2）挖至基底设计标高的时候，在基坑中部挖1个φ2 000 mm、深度1.5 m的集水坑，基底内部采用放射布置的φ150 mm排水盲沟将水引至集水坑内，再用潜水泵将水抽至基坑外的沉淀池中。

3）在集水坑上部安装1个φ1 500 mm的钢筒，高度比混凝土底板面高出500 mm，抽水泵通过钢筒内部放置在集水坑内将水抽至基坑外。

4）沉淀池地下结构混凝土浇筑完成，达到封底隔水条件后，将水泵从钢筒内部抽出来，用混凝土浇筑满集水坑及钢筒内部，达到封底隔水的效果。

3.2 降排水方案设计

3.2.1 基坑底部集水坑及排水盲管布置

1）在基坑中部挖1个φ2 000 mm、深度1.5 m的集水坑。

2）基坑底部按每15°放射状布置1根径向的φ150 mm排水盲沟，将水引至集水坑内。

3）在基坑最外一圈及半径14 m的位置环状布置2排φ150 mm排水盲沟与径向布置的排水盲沟相连通，将基坑内部的水全部引至集水坑内。

4）排水盲沟上部用厚10 mm的钢板覆盖，防止在浇筑底板混凝土时将排水盲沟堵塞。

3.2.2 集水坑顶部的钢筒设计

1）钢筒的直径设计为1 500 mm，高度3.5 m，采用厚12 mm的钢板卷焊而成，在与底板钢筋相连的标高位置设置有宽度150 mm的加劲肋，遇到钢筒无法连通的底板钢筋与钢筒上的加劲肋焊接，钢筒的内部在中间位置焊接一圈宽度150 mm的止水环，在浇筑混凝土时起到止水作用。

2）钢筒顶部设置有螺栓连接的盖板，盖板上设置有1个φ200 mm的管孔，用作浇筑混凝土时的灌注孔，另有1个φ150 mm的管孔，用作排水孔。

3）钢筒的底部与搁置在集水坑上部的16#工字钢焊接成整体（图3）。

图3 基坑内降排水设计

4 降排水装置制作及安装

4.1 钢筒的制作

1）按设计图纸，将钢板卷焊成φ1 500 mm、高度3.5 m的钢筒，钢筒上的加劲肋与钢筒双面满焊。

2）钢筒顶部外沿板上均匀地钻出16个φ12 mm的圆孔。

3）钢筒的盖板上与钢筒顶部外沿板相对应的位置也同样钻出16个φ12 mm的圆孔，同时在盖板上开出2个圆孔，一个φ200 mm，另一个φ150 mm。

4.2 工序操作要点

4.2.1 集水坑、排水盲沟定位

根据结构的图纸，在基坑底部的中心位置放出φ2 000 mm标志线，根据排水盲沟的布置放线并做出标志。放线的偏差不超过100 mm。

4.2.2 集水坑、排水盲沟开挖

1）集水坑的岩石采用光面爆破，在集水坑中心位置采用风炮机钻出φ200 mm圆孔，深度1.5 m，在半径450 mm及750 mm处环向布置间距不超过300 mm的炮眼，采用光面爆破将集水坑开挖成型，对爆破不到位的地方用挖掘机破碎，保证集水坑的容量。

2）排水盲沟采用风炮机或小型挖掘机破碎开挖成型，宽度、深度均为200 mm，开凿成型后将槽内的碎石渣清理干净。

3）排水盲沟相交叉的位置，要保证连通和过水通畅。

4.2.3 排水盲沟板的安装

1）该项目的基底面积较大，盲沟板既有径向放射型布置，又有环状的布置，盲沟板之间存在较多的接头。因此，将盲沟板沿着沟槽放置到位后，2块盲沟板相连接的部位或交叉连接的部位，要用16#铁丝绑扎连接牢固，保证相邻的2块盲沟板过水畅通。

2）将盲沟板就位好后，将开挖基岩的碎石渣回填在盲沟板的两侧，同时在基坑内全平面铺设一层厚80 mm的基岩碎渣，保证基坑内部的水能渗透到盲沟中。

3）沿着盲沟的纵向，每间隔500 mm跨过盲沟居中搁置1根长度400 mm、直径不小于18 mm的钢筋，同时在盲沟板上铺盖厚10 mm的钢板。相邻的2块钢板之间搭接长度不小于100 mm，且在接头的位置保证搁置一根直径不小于18 mm的钢筋进行受力，保证在浇筑底板垫层混凝土和底板混凝土时，能起到承受上部荷载的作用，不至于使混凝土流入到盲沟内或压塌盲沟造成堵塞。

4.2.4 钢筒的安装

1）钢筒的底座支架安装。根据现场实测的数据，按图加工好钢筒的支撑支座，支座与岩面接触牢固，保证在浇筑底板的时候能够承受上部的荷载而不下沉（图4）。

图4 钢筒的底座支架

2）钢筒的安装。用塔吊将钢筒吊装就位并进行临时的支撑，调整好钢筒的垂直度，垂直度控制在4/1 000以内，钢筒与底座相连接部位采用焊接连接牢固，集水坑上部留空的部位，用厚10 mm的钢板满铺，相连钢板搭接的位置焊接牢固，保证在浇筑底板混凝土时不至于使混凝土流入到集水坑内形成堵塞。

4.2.5 放置抽水泵

1）用φ14 mm的钢筋制作1个钢筋笼，钢筋笼的内径比水泵大100 mm左右，长度5.0 m，将水泵放置在钢筋笼内，保证水泵在集水坑内不会倾倒跑位。

2）用塔吊将整个钢筋笼吊运就位到钢筒内部，把水泵放置在集水坑底部，水泵安装就位并经过调试合格后即可进行抽水。

4.2.6 降排水

根据施工现场水量的实际情况，安排专人进行抽水作业，保证基坑内的水不冒出钢筒流入到基础内。

5 沉淀池结构施工

1）底板的钢筋在遇到钢筒的位置时断开，断开处的底板钢筋与钢筒上的加劲肋焊接连成整体。

2）该项目底板混凝土厚3.0 m，属于大体积混凝土，混凝土的浇筑应严格按照底板大体积混凝土浇筑施工专项方案进行。

3）沉淀池的混凝土筒壁采用钢模安装、φ48.3 mm×3.6 mm的钢管满堂架支撑，筒壁的混凝土采用对称分层交圈浇筑，每层浇筑的厚度控制在1 000 mm以内，防止因压力差而跑模。

6 基坑封底隔水处理

整个旋流沉淀池的内部混凝土结构施工完成，达到封底隔水条件后，对集水坑进行封底隔水处理。

1）用塔吊将水泵从钢筒内部吊运出来，把水泵安装在旋流池底板结构内的集水坑中，把从钢筒内冒出的水继续抽走。

2）在钢筒顶部盖上钢盖板，用螺栓与钢筒连接牢固。

3）浇筑混凝土的溜管通过盖板上预留的φ200 mm孔插入到距离基坑底部约300 mm的位置，并在混凝土溜管上做出标志。拔管时控制好拔出长度，保证有500 mm的溜管留在钢筒内，保证混凝土浇筑的饱满。

4）浇灌混凝土前，对混凝土进行初灌量的计算，本项目的混凝土初灌量为8.62 m3。

5）混凝土浇筑时，在混凝土中掺入水玻璃和早强剂，以起到快结和早强作用，混凝土的坍落度应控制在120 mm，混凝土浇筑至从钢筒的钢板上冒出后再用钢板封堵（图5）。

图5 混凝土浇筑示意

6）钢筒的混凝土强度达到100%后，将高出底板的混凝土进行凿除，先用割枪将钢筒割除，然后用风炮机凿除混凝土。

7 结语

柳钢热轧2032热轧旋流沉淀池的降排水采用基坑内明降排水的施工技术，降排水效果较好，在整个施工过程中保证了地下水位能降至基坑底以下，底板混凝土的浇筑和筒壁混凝土浇筑没有受到地下水的影响，保证了施工的质量，同时节约了降排水的施工成本。该技术在本工程的成功应用，取得了很好的经济效益，可在类似的工程中推广应用。