超大型沉井施工工法.doc

超大型沉井施工工法中冶集团华冶资源公司邯郸分公司郁新建 谭福生 1 前言随着现代冶炼及交通、石油等行业科学技术快速发展、环保理念的不断变化，各行业与之配套的沉井直径及深度不断扩大， 所遇地质条件等更加复杂，施工难度亦在加大。我们在邯钢新区施工的两个超大型沉井，克服复杂地质条件，机械开挖，大型吊车出土，并应用滑模技术，成功完成大型沉井施工。本工法为超大型沉井工程，总结出一套施工质量高、整体效果好的施工技术。该项技术荣获华冶资源公司科技进步一等奖，并通过了公司主持的专家鉴定会，认定其为达到国内先进水平，具有明显的经济效益。 邯钢水处理的漩流沉井为主，介绍具体施工方法。2 工法特点2.1首创在超大型沉井中应用滑模工艺，并通过加大沉井自重、回收刃脚等措施确保沉井穿过复杂地层。2.2施工速度快、工效高，总工期短、费用低经济性高。2.3施工质量容易得到保证，能够满足设计及甲方要求。2.4施工安全有保证，可有效解决深基坑塌方、涌水等危险。3 适用范围此工法适用施工便捷、可操作性强，适合大型冶金、 石油、交通等行业超大型沉井工程施工。4 工艺原理4.1通过加大自重3500t，刃脚比外壁收回100mm，刃脚高度由10.0m变为7.0m，大大减少了侧摩阻力。另外选用随时可以通过浇筑砼以便加载的滑模工艺防止超大沉井停沉。4.2此沉井深达-35.8m, 为保证工业废水滴水不漏以免造成对地下水的污染，设计为s12防水砼，采用能连续浇注的滑模工艺，并合理施工机械，成功穿过砂岩层和膨胀粘土岩，仅用7个月出色完成沉井施工，创国内最快速度，质量优良， 现在已经安装完毕并投入运行，运行良好。5 工艺流程及操作要点5.1 工艺流程由于工程集中、工序多、场地小、材料多、挖出的土方量大、施工作业层次多的原因，整个施工部署尤其重要，整个施工配合要默契，要留有一定的技术间隙，主要的施工顺序为；定位放线布设降水井点降水土方开挖（自然地坪下挖至-9.5m）砌砖垫座刃脚施工(-35.813m-32.613m) 第二节筒壁钢筋滑模施工浇注筒壁混凝土（-32.613m-17.813m）挖土下沉（沉至混凝土面离基坑底500mm时，停止下沉）绑扎第三节筒壁钢筋模板上滑浇注筒壁混凝土（-17.813m-2.0m）挖土下沉（沉至设计标高）回填土刃脚混凝土凿毛封底及底板混凝土内部结构施工(-2.0m以下)-2.0m以上结构施工 。5.2施工要点5.2.1、降水和土方工程1. 降水施工：降水主要以中粗砂、1碎石层的潜水为主，根据降水深度要降到地面以下16.0m 的要求,且、1土层渗透系数较大，故选择管井(深井)降水方法。根据地堪报告和附近其他工程开挖情况判断，地下水是自西北向东南流，故决定在西北向布置6口井，间距 15m，井深18m，且沉井中间部位再设置一口降水井 。2. 土方工程：土 基坑土方大开挖采用机械开挖，一次开挖到-9.5m，以不见水为止，按1：0.3放坡，分两层开挖，第一层挖至-5m，第二层挖至-9.5m。5.2.2井壁分段原则及刃角垫层制作据本工程特点，该沉井筒壁采用三段制作，二次下沉。第一次制作3.2m，在基坑中制作，基槽开挖比沉井宽23m，四周设排水沟和集水井，使地下水位低于坑底0.5m以下；第二次制作14.8m，待第一段混凝土强度达到设计强度的100%后下沉；第三次制作16.413m，待混凝土强度达到设计强度的70%后下沉（见下图）。 图5.2.2-1 漩流沉淀池筒壁施工图据地勘报告显示本工程地基土质较好，故刃脚下采用砌砖垫层。垫座沿刃脚周长分成68段，中间留20mm空隙，以便拆除。砖面层抹水泥砂浆，其垫座厚度为180mm，宽度每边超出刃脚120mm。垫座上放线完毕，搭设内外脚手架，脚手架底垫通长架板，以防止架体下沉。5.2.3沉井滑模工程井壁-2.0m以上有大型悬挑梁，为使其上部有一定配重和良好的整体性，故-2.0m以上结构和-32.613m以下斜壁刃脚采用传统倒模工艺，筒壁-32.6m-2.0m采用滑模工艺。1. 筒壁模板采用滑模理由有：是经济上合理，选用滑模，减少了大量模板上下翻模及二次搭拆架子，费用节省了50%以上。滑模节省了大约40t对拉杆制安费用，以及割除、抹灰等诸多工序、费用；滑模混凝土外表美观，没有倒模接缝、模板棱，不会胀模、漏浆；由于连续浇砼， 砼也不会产生冷缝而漏水；工期快，采用滑模每天滑升2.0m以上；由于滑模内外均有操作平台，操作平台均有密目网防护，没有安全隐患；在通过上部膨胀性粘土岩层时如果被挤住停沉，可以再向上滑模浇注混凝土，增加沉井自重，使其自重大于侧摩阻力而下沉。2. 滑模模板选用3012钢模，按竖向排列而成，钢模板间连接采用“u”型卡。 提升架采用“开”字架，用12#槽钢制作而成，1450，内外横梁均为212， 提升架与围圈连接采用专用卡具。内外加固环形梁上中下三道均用14槽钢，另外下部再用14圆钢用倒链箍紧。3. 操作平台系统本工程选用下沉辐射式柔性滑模操作平台，操作平台系统由内外操作平台及内外吊架组成。滑模平面示意图如图5.2.3-1：图5.2.3-1 滑模平面示意图4. 液压提升系统液压提升系统由控制台、千斤顶、支承杆、油路等组成。控制台选用yhj-100型一台， 千斤顶采用hq-60型，额定起重能力60kn，根据计算最少需要110台千斤顶，考虑到仓壁滑模千斤顶的对称布置和安全系数，实际使用数量为129台，单双间隔布置，每台千斤顶上均设有针型阀及限位装置，以保证每台千斤顶能同步行进。支承杆选用483钢管，标准长度6.0m。 油路采用二级并联油路，主管采用19高压油管，分为四路，每路均可单独控制，若发生滑模偏(扭)，可通过控制不同主管的出油量来控制千斤顶的行程，达到纠偏(扭)的目的。支油管采用8高压油管，用分油器连接，每条支管控制一组(共6台)千斤顶。(如图5.2.3-2)图5.2.3-2 滑模平台剖面图5. 滑模施工注意事项滑模自-35.6m开始组装开滑 ,需要注意的是砼壁中有斜向dn2450长13.70m的防水套管，穿越该套管时应对门架进行改造，需停滑一天，将门架隔一去一，将保留的门架加高，千斤顶上移至套管上方，变为双顶，砼滑过套管后，再重新埋设支撑杆，恢复正常。套管随挖土降到土面时用370墙封堵套管，内外抹灰防止漏水。-14.68m平台上有6002000mm的大型悬挑梁,留80012002000mm的梁口(壁砼浇700mm做挡土用，留1200mm做梁支座，梁口比梁每边宽100mm，为标高和平面位置纠偏留有余量)必须认真处理， 预留梁口采用做移动木盒，随滑模整体上升，另外为了保证梁砼与壁砼接口质量，在梁口位置预留1025800mm长垂直钢筋，大梁施工前对梁口凿毛，并用yj-3砼界面剂进行处理，保证砼施工质量。 第一次滑模完吊土前需将中心盘和全部拉索拆除，待第一次挖土全部完成后再恢复，恢复时采用2个3t吊链，配合10个大花蓝螺栓进行。5.2.4钢筋工程滑模钢筋均采用12m长定尺钢筋，钢筋连接均采用直螺纹连接，水平钢筋用正反扣随滑随绑，竖向钢筋断成6m，接头错开1/3，使钢筋工工作均衡。5.2.5混凝土工程 砼浇筑采用48m壁长的砼泵车，由于西侧有建筑物汽车泵无法靠近，两道做倒八字型流槽，砼每300mm浇筑一层，倒一次车位，共用2个小时，浇筑80m3左右砼，正好砼能不停歇进行。沉井刃脚及筒身混凝土的浇筑应分段、对称均匀、连续进行，防止发生倾斜、裂缝。 施工缝处必须凿毛、吹洗干净。接触面处应铺垫同砼强度相同的水泥砂浆50厚，再浇注上一节筒壁混凝土。在浇筑第二节沉井混凝土之前，应对第一节沉井做好阻沉措施，防止在浇筑砼时，第一节沉井产生不均匀沉降，造成沉井的裂缝或沉井断裂现象。筒身在水平施工缝处，应设凸缝，600mm宽，400mm高，突出筒壁面部分，应在拆模后铲平，以利防水和下沉。砼收光尽量用原浆收光，收光要及时认真，砼养护采用养护液，用喷雾器由专人负责，在砼收光后及时进行养护。 5.2.6沉井下沉 1. 下沉挖土：下沉前应进行井壁外观检查，检查混凝土强度及抗渗等级。符合规范要求后再挖土下沉。沉井内土方开挖采两台履带式小松60型挖掘机开挖，开挖前在沉井边布置一台塔吊和三台50t履带吊做沉井内的土方垂直运输工具，制作八个4m3簸箕型钢吊斗吊至沉井外的土方临时堆场，用zl50型装载机集中堆放，再由汽车运往弃土场。在粘土岩机械挖土时，采用一台挖土，一台挖土破碎 。 2. 沉井下沉观测：在沉井内侧挂上四个垂线，以便沉井内侧工作人员随时随地观察下沉的偏差；在沉井外侧作好测量观察的中心、高程的基准点， 并且每天观察沉井下沉的情况，并且认真记录。3. 沉井下沉过程中出现的问题及采取的措施：1）沉井下沉的纠偏 沉井下沉的过程是一个不断纠偏的过程，能否满足设计和规范的要求 ，关键的问题是在于纠偏的好坏，必须随时观测两对称壁高差、轴线，发现异常及时通过调整挖土宽度和高度及挖土顺序进行纠偏，以确保沉井的工程质量。在两次滑模施工时如果出现向一侧倾斜，可在地质较软一侧刃脚下部加预制钢筋混凝土垫快或大型枕木，使其下沉均匀。2）沉井下沉缓慢措施沉井下沉缓慢或停沉主要由两种原因，第一种原因为井壁与土壁的摩阻力过大，第二种原因为遇到障碍物。应采取的措施为：继续接高井壁混凝土增加自重 ；挖除刃脚下的土体或在井内继续进行第二层锅底挖土；用小型炸药爆破震动 ；在井外壁用射水管冲刷井周围土，减少摩擦力，射水管也可先预先埋设在井壁混凝土墙内。此法适用于砂及砂类土；清楚障碍物。3）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 ，使其靠自重下沉至设计或接近设计标高，再经23d下沉稳定，或经观测在8h内累计下沉量不大于8mm时，即可进行沉井封底。封底前应先将刃脚处新旧混凝土接触面冲洗干净或打毛， 封底一般铺一层100200mm厚卵石或碎石层，再在其上浇筑混凝土垫层，在刃脚下切实填严，振捣密实，以保证沉井的最后稳定，达到50%强度后，在垫层上绑钢筋，两端伸入刃脚或凹槽内，浇筑底板混凝土。 封底素砼和封底钢筋砼也采用汽车泵配合“丫”型流槽施工，保证砼不因35.8m高下落而离析。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，并用振动器捣实。 6 材料与设备6.1施工材料钢筋选用一级、二级钢筋，钢筋连接横向钢筋连接采用直螺纹连接，竖向采用压力焊接。混凝土为c35s12，水泥选用普42.5硅酸盐水泥。6.2主要施工机具一台水准仪、一台全站仪、两台1.2力挖掘机、10辆20力的自卸汽车、2台60履带式小挖掘机、1台qu125塔吊、3台50吨履带吊、1台1.5力集中搅拌站、1台48米臂汽车泵及1套滑模机具。7 质量控制7.1沉井整体下沉质量控制必须随时观测两对称壁高差、轴线，发现异常及时通过调整挖土宽度和高度及挖土顺序进行纠偏，以确保沉井的工程质量。7.2沉井砼质量控制主要是从控制钢筋和砼的质量入手，保证沉井钢筋砼质量，尤其是保证地下防水砼质量，防止因渗漏工业污水对环境造成污染。7.2.1钢筋原材和直螺纹连接套筒进场进行复试合格方可进行下料加工，加工尺寸必须符合设计要求，钢筋的表面确保洁净、不得使用带有颗粒状或片状老锈的钢筋；7.2.2 钢筋绑扎品种、规格、间距和焊接及直螺纹连接必须按照规范和设计要求进行。7.2.3按规范和设计要求放置垫块，砼浇筑过程中，设专职钢筋看守工，对偏移钢筋及时修正，保证地下防水砼内钢筋使用年限。7.2.4本工程筒壁为防水砼，封底砼为大体积砼，必须严格控制砼质量砼，将施工作为特殊过程进行控制，施工前编制作业指导书，并对人、机、料、法、环等几个方面进行过程能力预先签定；施工过程中对过程参数进行连续监控，尤其是砼浇筑振捣环节，应加强旁站监督，并设专人敲打模板，检查砼是否密实。7.2.5地下防水砼应严格控制外加剂的掺量及搅拌时间，确保外加剂掺量准确，搅拌均匀，滑模施工缝严格按照规范处理。表7.2.5-1 沉井的质量检验标准项序检查项目允许偏差或允许值检查方法单位数值主控项目1混凝土强度满足设计要求（下沉前必须达到70%设计强度）查试件记录或抽样送检2封底前，沉井的下沉稳定mm/8h10水准仪3封底结束后的位置：刃脚平均标高（与设计标高比）刃脚平面中心线位移四角中任何两角的底面高差mm1001%h1%l水准仪经纬仪，h为下沉总深度，h10m时，控制在100mm之内水准仪，l为两角的距离，但不超过300mm，l10m时，控制在100mm之内一般项目1钢材、对接钢筋、水泥、骨料等原材料检查符合设计要求查出厂质保书或抽样送检2结构体外观无裂缝，无风窝、空洞，不露筋直观3平面尺寸：长与宽曲线部分半径 两对角线差 预埋件 %mm0.50.51.020用钢尺量，最大控制在100mm之内用钢尺量，最大控制在50mm之内用钢尺量用钢尺量4下沉过程中的偏差高差%1.52.0水准仪，但最大不超过1m平面轴线1.5%h经纬仪，h为下沉深度，最大应控制在300mm之内，此数值不包括高差引起的中线位移。5封底混凝土坍落度cm1822坍落度测定器8 安全措施8.1垂直通道和安全防护砼筒壁外侧沿塔吊的塔身搭设“之”字型马道，与筒壁连接处滑模平台拆除之前，将滑模架略加改造成通道即可；滑模拆除之后，在井壁外侧留设埋件，用l63角钢焊成一个小悬挑平台，平台随井身下降而下降，内侧采用在筒身上留通长埋件，然后焊爬梯，加护栏及安全网，做井内操作人员上下通道。8.2安全注意事项 8.2.1滑模架子必须牢固，整体性好，平台上铺板要严密，防止坠落。平台上存放钢筋、支撑杆要均匀存放，防止偏位造成平台失稳；8.2.2井里挖土时要有专人指挥吊车，吊车及吊斗上钢筋丝绳要勤检查，吊起后，人员、挖掘机都要离开吊车工作半径，退至安全距离外；8.2.3随时检查塔吊基础稳定性，防止因抽水或挖土造成塔吊地基失稳；8.2.4井底封底及以上平台施工时尽量壁开垂直交叉作。9 环保措施根据本工程实际情况，本公司将充分做好施工噪音控制、污水排放控制、粉尘控制等方面的具体工作，按gb/t24001:2004环境管理体系的各项具体要求进行实际操作，减少扰民，确保施工现场环境。9.1 施工现场内的地面进行硬化处理。现场内及时清理建筑、生活垃圾，做到工完料清，在易有灰尘的地方经常洒水。9.2提倡文明施工，建立健全控制人为噪声管理制度，增强全体人员防噪声扰民的自觉意识，尽量减少人为的噪声。9.3 牵涉到产生强噪声的成品、半成品加工、制作，尽量放在工厂、车间完成，尽量减少施工现场的噪声。9.4在项目部广泛学习政府有关治理建筑工地粉尘污染的宣传资料。提高管理人员、施工人员的整体认识，保证施工中的环保工作。9.5砼搅拌站必须设立专用污水池，废水经过沉淀净化处理排放到市政污水管道，严禁不经过处理向地下渗漏、排放。9.6降水井排水和明排水管道要设置沉淀池，水泵和管道出口要加三层密目网，保证所排水不会对下水管网造成堵塞。10 效益分析1.成果经济效益计算式： 少打11眼降水井，节省费用10.89万元元；没有采用设计打开挖至14.5m，挖土节省费用51.6万元。砖垫座节省砂和枕木费用6.42万元；节省工期15天，少用吊车租金4.0*15 /30=2万元；。钢筋采用直罗纹连接节省费用；钢筋搭接（按45d计）费用20320头*（45*0.025*3.86*4.300 -4.5）元=28.80万元滑模节省费用：倒模用对拉杆216*52*2.5*1.21*6.2 =21.06 万元；制水片、橡胶垫圈、抹灰等费用，按每根3元计，216*52*3=3.37万元料具费用：模板3200m2*35*0.23+钢管16800m*0.0 2*35=3.75万元；支模人工费 30.6*40.4*3.14*2*30=23.29万元安全网：35*130*3*3.5=1.36万元 ；多用塔吊 ：滑模比倒模少用吊车20天，少付租金4.0*20 /30=2.67万元；合计倒模费用55.55万元-滑模20万元=35.55万元。合计总共节省工期15+15=30天；节省费用10.89+51.6+8.42+28.80+35.55=135.26万元。11 工程实例11.1邯钢新区炼钢、轧钢水处理工程邯钢新区炼钢、轧钢水处理工程是整个新区工程中的重要配套项目，是为了保证水循环、利用水资源、保护环境的重要措施，其漩流沉淀池外径41.40m，深达-35.813m，池顶面标高0.20m（相当于绝对标高73.57m），刃脚底面标高-35.813m。旋流沉淀池底板混凝土厚度4.0 m，其顶面标高为-28.613m。旋流沉淀池内部设有两层环形平台，顶面标高分别为0.20m和-14.68m。池壁及底板沟壁采用c35 s12防水混凝土 。 为国内比较少见的超大型漩流沉淀池，是整个水处理工程中的工程量最大、工期最长、基础最深、施工难度最大的一个工程。土方6.5万m3,钢筋1780t，砼 2.3万m3。 漩流沉淀池采用沉井施工工艺，地层复杂，特别是粘土岩层强风化后有一定膨胀性，容易发生偏位或下沉困难甚至“悬挂”停沉等现象；为保证顺利下沉，经过计算建议侧磨阻力，设计将壁厚由1600mm变为1900mm，刃脚部位厚仍为2000m，增大了自重3500t；刃脚比外壁收回100mm, 刃脚高度由10.0m