沉井法在工业工程中的应用

【摘要】结合某钢铁有限公司旋流井工程实例，介绍了沉井法施工技术在某钢铁总厂120万吨线材旋流井工程施工中的应用。

【关键词】沉井;旋流井;应用

0.工程概述

沉井是修筑深基础和地下构筑物的一种施工工艺。施工时先在地面或基坑内制作开口的钢筋混凝土井身，待其达到规定强度后，在井身内部分层挖土运出，沉井井身藉其自重克服与土壁间的摩阻力和刃脚反力，不断下沉，直至设计标高就位，然后进行封底，相比较大开挖方案节省了土方开挖量从而达到降低工程造价，缩短工期的目的。在工业工程旋流井施工过程中往往能取得较好的效果。下面介绍一个利用沉井施工技术施工旋流井工程的实例。

某钢铁总厂施工区120万吨线材生产线内新建旋流沉淀池为圆形水池，施工场地狭窄，周围建筑物、构筑物多，，旋流池±0.000绝对标高为23.5m。旋流沉淀池外径22m，内径20m，下部壁厚为1000mm，上部为800mm，水池顶面相对标高＋0.5m，水池底板相对标高－17.5m，底板砼底板厚2600mm。

1.工程地质条件

根据本工程地质勘察报告，沉井涉及的土层自上而下为大致分布如下：

①1填土，层厚2.0m；②粉质粘土，层厚1.5m；③粉质粘土厚2.0m；④粉土，层厚2m⑤粉质粘土，层厚1.5m；⑥粉土，厚度4.6 m⑦粉质粘土，厚度1.4m⑧份土，厚度4.7m；⑨粉质粘土.厚度2.3m；⑩粉质粘土，厚度6m。

2.水文及现场条件

水文条件：拟建场地地下初见水位13m。旋流沉淀池结构较复杂，深度较深，工程量较大，地下水高出水池底5～6米，地下水量大，采用边排水边沉井施工，井内挖土量大（约7200 m3），工期短，施工难度大。

3.施工方案设计

平整场地测量放线挖基坑――铺设砂垫层，或砌刃脚砖座――制作底节、第二节沉井、隔墙――拆除垫架、模板、挖土下沉到设计深度――沉井封底、浇筑钢筋砼底板――制作第三节沉井。

4.沉井施工过程

4.1土方开挖

根据地质条件及现场实际情况，经论证拟借鉴沉井施工原理，采取经济合理的基坑开挖方案，先用PC200挖掘机沿沉井边线开挖一个基坑以达到保证工程安全加快施工进度降低工程成本的目的。施工方案设计如下：先开挖旋流井土方至-6.4米，基坑比沉井直径宽2米，沉井内土方运出采用的方法是：在沉井边设置60型塔式起重机将土装入斗容量0.9m3的吊斗内（湿土的密度按最大20KNm计算，每斗最重1.6T，本工程挖土时的最大使用幅度为35m，35m的起重量为1.9T，满足使用要求），用起重机吊出井外卸入自卸汽车运至弃土处。沉井内土方吊运出井时，对于井下操作工人必须有安全措施，防止吊斗及土石落下伤人。

附图1： 用塔式起重机吊运土方

（a）塔式起重机吊运土方；（b）履带式起重机吊运土方

1-塔式起重机；2-吊斗；3-运输汽车；4-履带式起重机

4.2刃脚制作

在基坑中沿沉井边线挖槽，槽底宽0.6米，槽深0.40米，槽底和槽侧壁均铺设15CM厚C15混凝土垫层，作为刃脚地胎膜，刃脚与地胎膜接触面铺设油毛毡作为隔离层。本工程的刃脚支设形式采用砖砌垫座。采用砖胎膜制作刃脚时，先在刃脚处铺设砂垫层，胎膜应沿刃脚圆弧对准圆心铺设。具体做法见下图示意：

1-刃脚 6-砖垫座7-水泥砂浆抹面

4.3钢筋绑扎及模板支设

钢筋按照设计及规范施工，注意均匀对称施工，以防止不均匀沉降。

4.4混凝土浇筑

混凝土浇筑采用商品混凝土，汽车泵直接布料入模的方法。每节沉井浇砼必须连续进行，不得留置施工缝。每节沉井周圈之间加设3mm厚止水钢板，止水钢板宽度为30cm，共设置3道。沉井砼分三节浇捣，第一节分为两次浇筑，第一次浇筑刃脚，第二次浇筑2.6m。第二节共6m，分为两次浇筑，每次浇筑3m。第三节分别浇筑2.5m与2.6m高，底板砼最后浇筑两次砼混凝土沿井壁周围均匀对称分层浇注，在第二次浇捣时必须采取充分措施，仔细振捣，保证新老砼的良好结合，以防施工缝渗水影响质量。井壁浇筑采用分层平铺法，每层厚 30cm ，每段应一次浇筑完成，上下段间水平逢处设置100mm*100mm企口施工缝。将沉井沿周长分成若干段同时浇筑，保持对称均匀下料，以避免一侧浇筑，使沉井倾斜，每层混凝土量为23立方米，要求2h内浇筑一层。

4.5沉井下沉控制

下沉速度的控制根据土质情况，采用台阶形挖土自重破土方式。采用从中间开始向四周逐渐开挖，并始终均衡对称地进行，每层挖土厚度为 0.4～1.5m.刃脚处留1.2～1.5m宽土垅，用人工逐层全面、对称、均匀地削薄土层，每人负责 2～3m 一段，削土时应沿刃脚方向全面、均匀、对称地进行，使均匀平衡下沉，沉井挖土下沉采用人工挖土，一台塔吊吊运出土，由于挖土施工困难，综合考虑挖土、吊运的施工能力，研究沉井下沉的安全控制，沉井下沉速度控制为30cm/天。

在沉井开始下沉和将沉至设计标高时，周边开挖深度小于10cm，避免发生倾斜，尤其在开始下沉 5m以内时，其平面位置与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20cm 左右停止取土，依靠自重下沉至设计标高。

4.6测量控制

下沉观测沉井位置的控制是在井外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，并在四侧设水平点。于壁外侧用红铅油画出标尺，以测沉降，井内中心线与垂直度的观测系在井内壁四边标出垂直轴线，各吊垂球一个，对准下部标志板来控制，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，当垂球离墨线边达50mm 或四面标高不一致时，立即纠正，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，做好记录，当发现倾斜、位移、扭转时，及时通知值班队长，指挥操作工人纠正，使允许偏差范围控制在允许范围以内。沉井在下沉过程中，最大沉降差均控制在250mm以内。当沉至离设计标高2m时，对下沉与挖土情况应加强观测，以防超沉。

附图2 ：沉井下沉测量控制方法

1-沉井；2-中心线控制点；3-沉井中心线；4-钢标板；5-铁件；

6-线坠；7-下沉控制点；8-沉降观测点；9-壁外下沉标尺

5.沉井封底

当沉井下沉到距设计标高0.1m时，应停止井内挖土和抽水，使其靠自重下沉至设计或接近设计标高，再经2~3d下沉稳定，或经观测在8h内累计下沉量不大于10mm时，即可进行沉井封底。本工程封底方法采用排水封底。

首先将新老混凝土接触面冲刷干净或打毛，对井底进行修整使之成锅底形，由刃脚向中心挖放射形排水沟，填以卵石作成滤水暗沟，在中部设2~3个集水井，深1~2m，井间用盲沟相互连通，插入φ600~800mm四周带孔眼的钢管或混凝土管，外包二层尼龙窗纱，四周填以卵石，使井底的水流汇集在井中，用潜水泵排出（图6-214）,保持地下水位低于基底面0.5m以下。

附图3： 沉井封底

1-沉井；2-卵石盲沟；3-封底混凝土；4-底板；5-砂浆面层；6-集水井；7-φ600~800mm带孔钢或混凝土管，外包尼龙网；8-法兰盘盖

封底一般铺一层150~500mm厚碎石或卵石层，再在其上浇一层厚约0.5~1.5m的混凝土垫层，达到50%设计强度后，在垫层上绑钢筋，两端伸入凹槽内，浇筑上层底板混凝土。浇筑应在整个沉井面积上分层、不间断地进行，由四周向中央推进，每层厚30~50cm，并用振捣器捣实；待底板混凝土强度达到70%并经抗浮验算后，对集水井逐个停止抽水，逐个封堵。封堵方法是将滤水井中水抽干，在套管内迅速用干硬性的高强度混凝土进行堵塞并捣实，然后上法兰盘用螺栓拧紧或四周焊接封闭，上部用混凝土垫实捣平。

6.结论

在此钢铁有限公司高线旋流井中实施沉井，由于当地地层承载能力差、现场场地狭窄等特点，本次沉井的设计和施工，充分利用了现场实际情况及地质土的特性，在地质、水文条件复杂的情况下程工的进行了施工。■

【参考文献】

［１］中华人民共和国国家标准．建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB 50202-2002）．北京:中国计划出版社.2002.

［２］中华人民共和国行业标准.建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-99）.北京:中国建筑工业出版社.1999.

［３］赵志缙,应惠清.简明深基坑工程设计施工手册.北京:中国建筑工业出版社.2000.

［４］实用建筑施工手册编写组.实用建筑施工手册.北京:中国建筑工业出版社.1999.

［５］刘建杭、侯学渊.基坑工程手册.北京:中国建筑工业出版社.1997.

［６］中国工程建设标准化协会.基坑土钉支护技术规程（CECS 96：97）.

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