摘要：本文作者對華電長沙電廠循環(huán)水泵房鋼筋混凝土箱型沉井結(jié)構(gòu)的施工全過程進(jìn)行了詳細(xì)的描敘，并將自己的親身經(jīng)歷和感受以及積累的一些成功經(jīng)驗(yàn)整理出來與大家交流。作為一個(gè)典型的江邊泵房沉井，對中南地區(qū)同類型工程施工有一定的參考作用。
1前言
中國華電集團(tuán)投資興建的長沙電廠(2×600MW機(jī)組)循環(huán)水泵房工程位于望城縣銅官鎮(zhèn)，距湘江河堤約50m。該江邊泵房地下部分設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土箱型沉井式結(jié)構(gòu)，沉井面積1208m2，正負(fù)零以下的沉井結(jié)構(gòu)高度31.5m。該工程由湖南省第六工程公司施工，湖南省電力勘測設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，于2006年10月6日開始沉井結(jié)構(gòu)制作，2006年12月29日開始下沉，2007年2月8日下沉到位。
2沉井結(jié)構(gòu)概述
該泵房沉井結(jié)構(gòu)平面尺寸30.2×40.0m(外墻線)，井壁厚1800－2650mm，自然地面以下的下沉深度約23m。沉井底部縱橫向底梁相交成20個(gè)格倉，梁底比周邊刃腳高出500mm。結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級C30。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，沉井所處土層為：上部11.5－14.5m為可塑－硬塑粘性土，且粘性較強(qiáng)；其下為松散－稍密砂類土層，厚度在25m以上，為透水層且與湘江河水有直接水力聯(lián)系，地下水為承壓水，現(xiàn)場抽水試驗(yàn)所得的穩(wěn)定流量為12.32m3/h，滲透系數(shù)為22.91m/d。
沉井結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)分五次制作、三次下沉。因工期較緊，實(shí)際施工時(shí)采取了幾項(xiàng)趕工措施：一是將基坑大開挖深度從原設(shè)計(jì)的3.5m加大到9m，原來23m的下沉深度由此減少至17m；17m高的沉井結(jié)構(gòu)分三節(jié)制作、一次下沉，第一節(jié)制作高度取5m(底梁和刃腳部分)，第二節(jié)和第三節(jié)均為6m。采用水力機(jī)械挖土下沉工藝，一次下沉到位。
3沉井結(jié)構(gòu)制作
沉井施工首先是下沉段的結(jié)構(gòu)制作，其工序包括：基坑大開挖一基底盲溝、集水井→回填砂墊層(簡稱砂島)→底梁和刃腳下部混凝土墊層→第一節(jié)沉井結(jié)構(gòu)(底梁和刃腳)鋼筋綁扎→第一節(jié)沉井結(jié)構(gòu)支模架搭設(shè)及模板安裝→第一節(jié)沉井結(jié)構(gòu)混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)；完成第一節(jié)后再制作第二、三節(jié)→拆模拆架。這部分重點(diǎn)討論砂島、支模以及如何控制混凝土裂縫三個(gè)方面的內(nèi)容。
砂島相當(dāng)于沉井在下沉前的地基基礎(chǔ)，需承受上部結(jié)構(gòu)荷載，通過計(jì)算并充分考慮沉井在制作時(shí)的穩(wěn)定，砂島厚度按3m取值。沉井壁四周刃腳直接落在砂島面的混凝土墊層上，比刃腳高出500mm的底梁下懸空部分用砂包填實(shí)，砂包沿梁縱向壘堆，斷面為450的等邊梯形狀，上口寬度為每端寬出底梁邊500mm。
砂島施工前，先在基坑底周邊和中間縱橫向各設(shè)一道1000mm寬的盲溝(最淺處深度500mm)和8個(gè)集水井。砂島需分段分層振實(shí)，待基坑內(nèi)的水基本抽干后馬上回填，每回填300－500mm厚砂振實(shí)一次，用插入式振動(dòng)棒振搗、平板振搗器拖振，振搗時(shí)重疊區(qū)域?yàn)?/3，邊灑水邊振搗，砂層含水量達(dá)到20％左右，密實(shí)度達(dá)到93％以上。現(xiàn)場砂島密實(shí)度用釬探法普查，即用長1960mm，ф1316mm圓鋼，在距砂面約500mm的垂直高度上自由下落，鋼釬頭部沉入砂面層深度≤70mm者為合格。砂島施工期間和沉井制作期間，每個(gè)集水井設(shè)置一臺揚(yáng)程20m以上的水泵往外抽水。
考慮到上部荷載較大，采取在砂島面上澆200mm厚C20素混凝土墊層作為沉井刃腳和底梁的底模、60mm厚素混凝土墊層作為沉井結(jié)構(gòu)滿堂支模架立桿基礎(chǔ)。井內(nèi)滿堂架采用φ48×3.5鋼管，每個(gè)格倉內(nèi)距井壁400mm處先搭雙排，然后加成滿堂式，雙排排距1200mm，先搭掃地桿，再豎立桿，角部立桿先立，中間立桿按1200mm左右的間距分勻，保證縱橫在一條直線上，水平桿每隔1700mm高左右搭設(shè)一道。
模板采用10mm厚雙面覆模膠合板，60×80mm杉木方，木方外圍卡箍采用φ48×3.5鋼管，側(cè)模固定采取對拉螺栓和安裝斜撐。對拉螺栓采用φ14mm圓鋼。模板所受側(cè)向力由對拉螺栓平衡，通過計(jì)算模板側(cè)壓力，對拉螺栓按基本間距600×500mm(水平間距×垂直間距)布置，并且局部加密，兩端用雙螺母緊固。模板采用內(nèi)撐外掛的方式整體固定在滿堂腳手架上，模板的固定與腳手架的固定上下可稍微移動(dòng)，避免澆筑混凝土?xí)r下沉壓垮腳手架。
混凝土采用現(xiàn)場攪拌、兩臺輸送泵送料，分層平鋪法對稱施工，混凝土面保持同步均勻上升，以免造成地基不均勻下沉或產(chǎn)生傾斜，同時(shí)密切觀測沉井沉降，以防止井壁產(chǎn)生裂縫。裂縫控制貫穿整個(gè)施工過程，在制作階段即采取了多種防裂措施：混凝土內(nèi)摻入部分粉煤灰，減少水泥用量，降低水泥水化熱：在混凝土中摻入HEA抗裂劑；選擇良好級配的粗骨料，嚴(yán)格控制其含泥量；加強(qiáng)混凝土的振搗，提高混凝土密實(shí)度和抗拉強(qiáng)度，減小收縮變形；加強(qiáng)施工中的溫度控制，在混凝土澆注后，采取保溫保濕養(yǎng)護(hù)(掛一層麻袋，澆水保持其濕潤)，緩緩降溫，避免發(fā)生急劇的溫度變化；施工前埋設(shè)測溫管，施工過程中連續(xù)測溫，確保混凝土內(nèi)外溫差小于25℃才開始拆模。通過這些措施，17m高的超厚大體積混凝土沉井結(jié)構(gòu)，在制作過程中未產(chǎn)生任何施工裂縫。
4沉井下沉施工
沉井制作完成即進(jìn)入下沉施工。根據(jù)該工程的地質(zhì)特點(diǎn)和工期要求，選取了水力機(jī)械挖土下沉的施工工藝。該沉井長40m，寬30.2m，面積1208m2，下沉17m左右，土方量約20000m3，乘上土方系數(shù)和加上鍋底土方總量達(dá)25000m3。該沉井20個(gè)格倉，選用水力挖塘機(jī)組10臺套，每臺機(jī)組承擔(dān)兩個(gè)格倉的出泥任務(wù)，另外，還現(xiàn)場備用16臺套。每臺機(jī)組由立式泥漿輸泥系統(tǒng)、高壓；中水系統(tǒng)和配電系統(tǒng)等三大部分組成，它的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單、用電省、使用方便、效果好、成本低，每臺套機(jī)組的功率為44KW，每臺機(jī)組每天可正常出土100m3左右，加至接力揚(yáng)程可達(dá)30m左右，輸送距離在100m以上。為儲存沉井內(nèi)抽排出來的泥沙，在場外50m處挖了一個(gè)容量約50000m3的泥砂堆積沉淀池。
下沉施工包括施工準(zhǔn)備和初沉、中沉以及終沉共四個(gè)階段。下沉前，先排除梁底和刃腳踏面的素混凝土墊層，清理沉井內(nèi)雜物，吹吸井底墊層砂并抽至場外的泥砂沉淀池，逐步讓沉井進(jìn)入初沉階段。排泥下沉?xí)r，先排沉井中部，先成小鍋底，然后再逐步形成大鍋底，沉井刃腳四周保留土堤1.2－1.5m，讓沉井?dāng)D土下沉。在下沉過程中，隨時(shí)觀察資料數(shù)據(jù)，調(diào)整吸 泥位置、深度，讓沉井順利沉入軌道4m處，進(jìn)人中沉階段。
機(jī)械分布說明：沉井被縱橫交叉的底梁劃分為20格倉，中間3#、4#、5#、6#、7#、8#主要任務(wù)是形成大鍋底，待初步形成再向四周擴(kuò)吸；1#、2#、9#、10#先形成小鍋底，下沉過程中均勻、對稱出土，嚴(yán)格控制泥面高差。
沉井下沉至距設(shè)計(jì)高度1.5m左右時(shí)，進(jìn)入終沉階段，減緩下沉速度和減小鍋底高度，集中力量糾偏，使沉井各項(xiàng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及偏差達(dá)到規(guī)范要求再繼續(xù)下沉。沉井下沉需要預(yù)留量，由于停止排泥有微量下沉，本工程預(yù)留了300mm。在距離設(shè)計(jì)標(biāo)高300mm左右時(shí)就停止水力機(jī)械作業(yè)，觀察沉降情況，在8小時(shí)內(nèi)的自由下沉量不大于10mm時(shí)進(jìn)行封底。
5沉井下沉糾偏
下沉糾偏是沉井施工的一個(gè)關(guān)鍵，由于沉井是地下工程，又屬大型沉井，若出現(xiàn)偏差較大的話，對糾偏增加難度。沉井開始時(shí)的下沉系數(shù)較大，平面位置和四角高差易發(fā)生偏差，在深度不深的情況下較易糾正。初沉以糾偏為主，下沉?xí)r對刃腳標(biāo)高和軸線位移進(jìn)行連續(xù)觀測，及時(shí)糾偏，使沉井形成一個(gè)良好的下沉軌道。糾偏時(shí)避免大起大落，避免沉井偏離軸線，同時(shí)注意糾偏幅度不過大，頻率不過高。沉井偏差大于300mm時(shí)集中力量糾偏，促使沉井均勻下沉。沉井在終沉階段同樣以糾偏為主，在沉井下沉至距設(shè)計(jì)標(biāo)高1m左右時(shí)基本糾正好，糾正后再謹(jǐn)慎下沉，控制不出現(xiàn)有超出容許范圍的位置及方向偏差。
沉井產(chǎn)生傾斜偏轉(zhuǎn)的常見原因包括沉井刃腳下土層軟硬不均勻；沒有均勻除土下沉，使井孔內(nèi)土面高低相差較大；刃腳下掏空過多，沉井突然下沉而產(chǎn)生傾斜等。下沉發(fā)生傾斜偏轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)沉井產(chǎn)生傾斜偏轉(zhuǎn)的原因來糾偏。沉井在入土較淺時(shí)，容易產(chǎn)生傾斜，但也比較容易糾正，在刃腳高的一側(cè)抓土即可糾偏。隨著沉井的下沉，在沉井高的一側(cè)減少刃腳下正面阻力，在沉井低的一側(cè)增加刃腳下的正面阻力，使沉井的偏差在下沉過程逐漸糾正。糾偏位移時(shí)，預(yù)先使沉井向偏位方向傾斜，然后沿傾斜方向下沉，直至沉井底面中軸線與設(shè)計(jì)中軸線的位置相重合或接近時(shí)，再將傾斜糾正或糾至稍微向相反方向傾斜一些，最后調(diào)正致使傾斜和位移都在容許范圍以內(nèi)為止。沉井位置發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，在沉井偏位的兩角出土，另外兩角填土，借助于刃腳下不相等的土壓力所形成的扭矩，使下沉過程中逐步糾正其位置。
6沉井結(jié)構(gòu)封底
沉井的封底是本工程的一個(gè)重點(diǎn)，該沉井平面尺寸屬大型，內(nèi)分20格倉，按規(guī)范要求分倉封底。根據(jù)地下水量情況，由原設(shè)計(jì)的水下封底改為干封底。沉井下沉到預(yù)留高度后，用壓力水將井壁、底梁與封底混凝土接觸部位洗刷干凈。封底過程中，降水是一個(gè)關(guān)鍵。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告以及封底時(shí)的水位降低要求，計(jì)算地下水量和每小時(shí)的排出量，現(xiàn)場設(shè)四個(gè)降水井，在每個(gè)降水井內(nèi)安裝2臺大功率(22KW的電機(jī))水泵(1臺抽水，1臺備用)，每臺水泵配一臺接力泵(加壓泵)來加大揚(yáng)程，水管采用中150的輸泥管，在全部底板混凝土澆注前連續(xù)抽排井內(nèi)集水，控制沉井內(nèi)地下水位始終低于底梁底部。
封底前，先在場外加工4個(gè)3.5m長且?guī)Хㄌm盤的qb800鋼圓筒作降水井，分別設(shè)置在3#、4#、7#和8#機(jī)組所在的格倉(見沉井下沉機(jī)組布置平面圖)。鋼圓筒上口帶法蘭、下部帶底板、中部外圍設(shè)止水環(huán)、下部1.5m四周帶孔眼(φ20孔，間距按100×100mm的網(wǎng)格)，鋼圓筒下部1.5m高范圍外包一層鋼絲網(wǎng)和一層鋼板網(wǎng)。拋石前先在鋼圓筒周圍用卵石堆填固定井筒。沉井底的水匯集在降水井內(nèi)用泵排出。降水井設(shè)置好以后，在中央大鍋底拋填卵石找平至梁底面以上200mm的高度，形成20個(gè)獨(dú)立格倉。
混凝土封底按先周邊格倉，后中央格倉的順序?qū)ΨQ、同步進(jìn)行，每兩格倉作為1組同時(shí)施工。每格倉澆筑2300mm厚C20素混凝土?；炷羶?nèi)摻早強(qiáng)劑，導(dǎo)管下料，導(dǎo)管上口裝一個(gè)1m3左右的集料斗。澆注前先抽干集水，連續(xù)供料進(jìn)行澆搗，并將集水坑內(nèi)水及時(shí)抽出。待最后一組格倉封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100％，對集水井逐個(gè)停止抽水，逐個(gè)封堵。封堵方法：先將井中水抽干，在管內(nèi)迅速用千硬性的高強(qiáng)度混凝土進(jìn)行堵塞并搗實(shí)，然后上法蘭盤用螺栓擰緊或焊固，廢除鋼圓筒集水井，并及時(shí)進(jìn)行底板混凝土的澆注。最后的兩個(gè)集水井封堵時(shí)，根據(jù)水壓情況，事先在蓋板中央割一個(gè)伸出500mm高的φ50減壓鋼管，上部不封口，以便在擰緊法蘭盤時(shí)減低水壓，在擰緊法蘭盤后再堵死鋼管上口。
封底混凝土澆筑時(shí)留設(shè)4組同條件試塊，取其短齡期試壓結(jié)果來作為底板澆注的依據(jù)。封底時(shí)嚴(yán)格按照分格、對稱、分批、均衡的原則進(jìn)行封底作業(yè)。
7沉井抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算
沉井抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算：沉井上部有建筑，能滿足使用階段抗浮要求，不再進(jìn)行使用階段抗浮驗(yàn)算。施工階段，在沉井封底混凝土澆筑完成，上部建筑未建時(shí)，進(jìn)行施工階段的抗浮驗(yàn)算。沉井高度17m，地下水按沉井所受最大浮力考慮，即沉井全部淹沒，地下水深度為17m。
7．1施工階段沉井自重
制作沉井鋼筋混凝土數(shù)量為88003，封底素混凝土2900m3，G=8800×25+2900×24=289600KN
7．2施工階段浮力計(jì)算
F=30.2(寬)×40(長)×17(高)×10=205360KN
7．3抗浮系數(shù)計(jì)算
K=G/F=289600/205360=1.41>1.1滿足抗浮要求，故沉井抗浮穩(wěn)定。
8結(jié)束語
本工程沉井下沉過程中，在粘性土層與砂類土層之間，遇到分布不均勻且硬度較大的鐵錳膠結(jié)板塊夾層，單層厚度200－400mm，疊層厚度最大處超過1000mm，下沉難度相當(dāng)大且非常緩慢。為加快施工進(jìn)度，一方面采取增加設(shè)備投入，僅幾天時(shí)間就增購了十多臺目前市場上最先進(jìn)的大功率專用泥沙泵；另一方面，馬上組織了兩支專業(yè)的機(jī)械破碎隊(duì)伍和人工挖土隊(duì)伍，采用人工挖除重粘性土和機(jī)械破除鐵錳膠結(jié)板塊等多種輔助手段來配合水力機(jī)械挖土下沉，大大加快了下沉速度。從2006年12月底到2007年2月初，面積1208m3的方形沉井僅用了短短42d的時(shí)間就完成了下沉施工，下沉深度17m。沉井的下沉偏差嚴(yán)格控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)，特別是混凝土沉井結(jié)構(gòu)從制作到下沉完成，未產(chǎn)生任何裂縫，解決了沉井下沉期間極易出現(xiàn)施工裂縫的通病，積累了比較成功的經(jīng)驗(yàn)。
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