最新旋流井施工工法.docx
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最新旋流井施工工法
旋流井沉井结构施工工法
************公司
前言
旋流井广泛应用于冶金行业的铁皮回收及循环用水，属于中型沉井结构，随着冶金行业的快速发展，旋流井的应用越来越多，规模越来越大，对施工质量、安全和工期的要求越来越高。
为提高施工质量和效率，节省施工成本，近年我们通过总结旋流井的施工经验，优化施工方案，改进传统施工方法，开发出旋流井沉井施工工法，现以中普（邯郸）2#线3.5m中厚板轧机旋流井施工项目为例，阐述本工法。
1工法特点
1.1适于在干燥的条件施工，挖土方便，易控制均衡下沉，土层中的障碍物便于发现和清除，井筒下沉时一旦发生倾斜容易纠正，而且封底的质量也可得到保证。
1.2与大开挖相比，可减少挖、运和回填土方量，工程成本较低。
1.3施工操作安全可靠，速度快，成本低。
2适用范围
适用于冶金行业中型钢筋混凝土沉井结构整体施工。
3工艺原理
旋流井沉井施工工法是将位于地下一定深度的构筑物，先在地面上制作，然后在井内不断挖土，借助井体自重逐步下沉至设计标高后，进行封底和井内结构施工。
4工艺流程及操作要点
4.1工艺流程（见图4.1.1）
4.2操作要点
4.2.1沉井的测量控制
（1）沉井位置与标高的控制：
在沉井外部地面及井壁顶部设置纵横十字中心线和水准基点，通过经纬仪和水准仪的监视测量和复核，达到控制沉井位置和标高的目的。
（2）沉井垂直度的控制：
在井筒内按4或8等分作出垂直轴线标记，各吊线坠逐个对准其下部的标板以控制垂直度，并采用两台经纬仪定期进行垂直偏差观测。
挖土时随时观测沉井的垂直度，当线坠离标板墨线达50mm或四周标高不一致时，及时采取纠偏措施。
（3）沉井下沉控制：
在井筒外壁周围测点弹出水平线，或在井筒外壁上的四个侧面用墨线弹出标尺，每20mm一格，用水准仪及时观测沉降值。
图4.1.1工艺流程
（4）沉井过程中的测量控制：
沉井下沉时应对其位置、垂直度及标高（沉降值）进行观测，每班至少测量两次（在班中和每次下沉后测量一次）。
沉井接近设计的底标高时，应加强观测，每2小时一次，以防超沉。
（5）测量工作的管理：
沉井的测量工作应由专人负责。
每次测量数据均需如实记录，并制表发送有关部门。
测量时如发现沉井有倾斜、位移、沉降不均或扭转等情况，立即通知值班技术负责人，由其指挥操作人员采取相应措施，使偏差控制在规范允许的范围以内。
4.2.2降水
沉井采用排水下沉和干封底施工技术。
采用该技术的前提条件是控制沉井内外的降水，确保沉井过程不受地下水的影响，特别要防止沉井穿越砂性土层时降水深度不够或井点失效，刃脚下面的砂性土在动水压力的作用下发生流沙从而引起沉井四周地面下沉和土体的水平位移。
施工时中，应对基坑周边环境影响、土体稳定性和地下水稳定性分别进行计算和核算。
通过下式验算基坑底部稳定性：
Ks=ic/i（式4.2.1-1）
其中:
ic为坑底土体临界水力梯度，ic=（Gs-1）/（1-e）;Gs为土粒比重，取2.7;e为坑底土体天然空隙比，取0.85;
i为坑底土体渗流水力梯度，i=hω/L;（式4.2.2-2）
hω为基坑内外土体的渗流水头（m）;
L为最短渗径流线总长度（m）;Ks为抗管涌或抗渗流稳定性安全系数，根据《基坑工程设计规程》（DBJ08-61-97）取1.5～2。
基坑开挖面以下有承压水层时，应按下式式验算基坑底部土的抗承压水头的稳定性：
公式：
Ky=Pcz/Pwy（式4.2.2-3）
式中：
Pcz——基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的自重压力（KPa）；
Pwy——承压水层的水头压力（KPa）；
Ky——抗承压水头的稳定性安全系数，取1.05。
降水采用井外深井降水与井内明排水结合的方法，具有排水量大、降水深及平面布置干扰小等优点。
4.2.3起沉面的确定
一般情况下挖土深度能满足砂垫层的厚度即可，但还要考虑到施工操作方便和施工进度，通常深度在4米左右，也即挖掘机的有效深度，进度快，可以很快形成基坑，又减少了下沉高度，在下步模板、钢筋、混凝土工序施工时向下运料也比较省力方便，加快了施工进度。
4.2.4刃脚支设形式
沉井的刃脚支设形式采用垫架法。
将上部沉井重量均匀传递给地基，使沉井制作过程中不会产生较大的不均匀沉降，防止刃脚和井身产生破坏性裂缝，并可使井身保持垂直。
首先在刃脚处铺设砂垫层，再在其上铺设垫木和垫架。
垫木采用400×300mm断面3m长的方木。
垫架的数量应根据第一节沉井的重量和砂垫层的容许承载力计算确定，间距一般为0.5～1.0m。
垫架应沿刃脚圆弧对准圆心铺设。
垫架形式见图4.2.4。
图4.2.4沉井刃脚支设示意图
刃脚垫木铺设数量和砂垫层铺设厚度测算：
刃脚垫木的铺设数量，由第一节沉井的重量及地基（砂垫层）的承载力而定。
沿刃脚每米铺设垫木的根数n可按式4.2.4-1计算：
n=G/A·f（式4.2.4-1）
式中：
G——第一节沉井单位长度的重力（kN/m）
A——每根垫木与砂垫层接触的底面积（m2）
f——地基或砂垫层的承载力设计值（kN/m2）
沉井的刃脚下采用砂垫层，既能有效提高地基土的承载能力，又方便刃脚垫架和模板的拆除。
砂垫层的厚度根据第一节沉井重量和垫层底部地基土的承载力计算而定。
计算公式为：
h=（G/f-L）/2tgθ（式4.2.4-2）
式中：
G——沉井第一节单位长度的重力（kN/m）
f——砂垫层底部土层承载力设计值（kN/m2）
L——垫木长度（m）
θ——砂垫层的压力扩散角，一般取22.5°
4.2.5挖土下沉
（1）挖土下沉原理
井体自重与附加物的总重大于刃脚部位支反力与旋流井外侧壁阻力总和才能平稳下沉。
根据下式验算：
沉井下沉验算
K=（Q-B）/（T+R）（式4.2.5-1）
K：
下沉安全系数，一般应大于1.15～1.25.
Q：
沉井自重及附加荷重（kN）。
B：
被井壁排出的水量（kN），采取排水下沉时，则B=0。
T：
沉井与土间的摩阻力（kN），T=3.14D（H-2.5）*f；（式4.2.5-2）
D=沉井外径（m）；
H：
沉井全高（m）；
h：
刃脚高度（m）；
R：
刃脚反力（kN），如采取将刃脚底面及斜面的土挖空，则R=0。
F0：
井壁与土的摩阻系数，粘性土一般为24.5～49.0kN/m2。
一般按25kN/m2考虑。
验算得出是否下沉。
（2）沉井下沉的主要方法：
（见图4.2.5）
1）第一节沉井制作完成后，其混凝土强度必须达到设计强度等级的100%后方可进行刃脚垫架拆除和下沉的准备工作。
2）井内挖土应根据沉井中心划分工作面，挖土应分层、均匀、对称地进行。
挖土要点：
先从沉井中间开始逐渐挖向四周，每层挖土厚度为0.4～0.5m，沿刃脚周围保留0.5～1.5m的土堤，然后再沿沉井井壁每2～3m一段向刃脚方向逐层全面、对称、均匀地削薄土层，每次削5～10cm，当土层经不住刃脚的挤压破裂时，沉井在自重的作用下挤土下沉。
3）井内挖出的土方应及时外运，不得堆放在沉井旁，以免造成沉井偏斜或位移。
如确需在场内堆土，堆土地点应设在沉井下沉深度2倍以外的地方。
4）沉井下沉过程中，安排专人进行测量观察。
沉降观测每8小时至少4次，刃脚标高和位移观测每台班至少1次。
当沉井每次下沉稳定后进行高差和中心位移测量。
每次观测数据如实记录，并按一定表式填写，以便进行数据分析和资料管理。
5）沉井时如发现异常情况，应及时分析研究，采取有效的对策措施：
如摩阻力过大，应采取减阻措施，使沉井连续下沉，避免停歇时间过长；如遇到突沉或下沉过快情况，应采取停挖或井壁周边多留土等止沉措施。
6）在沉井下沉过程中，如井壁外侧土体发生塌陷，应及时采取回填措施，以减少下沉时四周土体开裂和塌陷对周围环境造成的不利影响。
7）为减少沉井下沉时的摩阻力和方便以后的清淤工作，在沉井外壁宜采用随下沉随回填砂的方法。
8）沉井开始下沉至5m以内的深度时，要特别注意保持沉井的水平与垂直度，否则在继续下沉时容易发生倾斜、偏移等问题，而且纠偏也较为困难。
9）沉井下沉近设计标高时，井内土体的每层开挖深度应小于30cm或更薄些，以避免沉井发生倾斜。
沉井下沉至离设计底标高10cm左右时应停止挖土，让沉井依靠自重下沉到位。
（3）井内挖土和土方吊运方法
沉井内的分层挖土和土方吊运采用人工和机械相配合的方法。
在沉井上口边配备一台25吨履带吊车，负责开挖井内中间部分的土方并将井内土方吊运至地面装车外运。
井内靠周边的土方以人工开挖、扦铲为主，以此严格控制每层土的开挖厚度，防止超挖。
井内增配一台小型（0.4m3）液压反铲挖掘机进行开挖，达到减少劳动力和提高工效的目的。
挖土时沉井壁上搭设安全平台，以方便挖土指挥人员指挥操作。
4.2.6沉井封底
（1）干封底
当沉井下沉至距设计底标高10cm时停止井内挖土和排水，使其靠自重下沉至或接近设计底标高，再经过2～3天的下沉稳定，或经观测在8天内累计下沉量不大于10mm时，即可进行沉井封底。
沉井干封底的施工要点：
1）先对井底进行修整使其形成锅底形状，再从刃脚向中心挖出放射形的排水沟，内填卵石成为排水暗沟，并在中间部位设2～3个集水井（深1.5m），井间用盲沟相互连通，井内插入600～800mm四周带孔眼的钢管，四周填以卵石，使井底的水流汇集在井中，然
后用潜水泵排出，以此保证沉井内的地下水位低于基底面0.5m。
图4.2.5沉井下沉开挖方法示意图
2）根据设计要求，封底由两层组成：
2700厚素混凝土以及2600厚钢筋混凝土底板。
封底材料在刃脚下必须填实，混凝土垫层应振捣密实，以保证沉井的最后稳定。
3）垫层混凝土达到50%设计强度后，可进行底板钢筋绑扎。
钢筋应按设计要求伸入刃脚的凹槽内，新老混凝土的接触面冲刷干净。
4）底板混凝土浇筑应分层、不间断地进行，由四周向中间推进，每层浇筑厚度控制在30～50cm左右，并采用振动器振捣密实。
5）底板混凝土浇筑后及时进行自然养护。
在养护期内，应继续利用集水井排水。
待底板混凝土强度达到70%并经抗浮验算后，再对集水井进行封堵处理。
封堵方法是：
将井内水抽干，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，上部再用混凝土垫实捣平。
（2）沉井封底后的抗浮稳定性验算
沉井封底后，整个沉井受到被排除地下水向上浮力的作用，如沉井自重不足于平衡地下水的浮力，沉井的安全性会受到影响。
为此，沉井封底后应进行抗浮稳定性验算。
沉井外未回填土，不计井壁与侧面土反摩擦力的作用，抗浮稳定性计算公式为：
K=G/F≥1.1（式4.2.6）
式中：
G——沉井自重力（kN）
F——地下水向上的浮力（kN）
验算条件：
沉井自重为井壁和封底混凝土重量：
61166.1+21195=823611kN
地下水向上浮力：
由地质勘察资料得知，沉井底标高为-28.5m，故验算浮力的地下水深度按32m考虑，则：
F=3.14/4×232×10×32=132884.8kN
K=823611/132884.8=6.2>1.1
根据上述计算可知，沉井封底后如停止降水，沉井自重将远大于抵抗地下水的浮力。
因此沉井封底后，井外的深井降水可以结束。
4.2.7井壁防水混凝土施工
井壁防水混凝土渗漏主要是由于裂纹、裂缝、施工缺陷以及毛细渗水通道等原因导致，施工时注意以下几方面：
（1）因沉井模板多采用对拉螺栓固定，在螺栓通过井壁处造成许多漏水薄弱环节，固定螺栓应加焊止水片，止水片一般用100×100×4的钢板制成，并在螺栓杆中部满焊一圈将止水片焊牢。
（2）施工缝采用凸式或4mm的止水钢板。
（3）第一段井筒混凝土达到100%强度可下沉，第二段井筒混凝土达到80%强度可下沉。
（4）沉井分段处在浇筑上段筒之前先凿出新碴，清除浮粒，并用高压水冲净，保持湿润24小时后，在表面再敷上10-15毫米厚与混凝土同等标号的水泥砂浆一层（可用原混凝土配合比，去掉石子）然后再继续浇筑混凝土。
5材料和机具设备
主要材料和机具设备见表5-1
表5-1主要施工机具需要量计划表
序号
名称
规格型号
单位
数量
备注
1
汽车吊
25t
台
1
材料运输、挖土配合
2
小型挖掘机
0.4m3
台
2
土方
3
自卸汽车
T815
台
4
运输土方
4
深井降水设施
套
13
降水（3套备用）
5
射流泵潜水泵
QS32×25-4型25m3/h
台
4
井内排水
6
高压水泵
8BA-18型，1.25MPa
套
2
沉井冲泥备用
7
钢筋切断机
φ6～40/QJ40-1
台
1
钢筋加工
8
钢筋弯曲机
φ6～40/WJ40-1
台
1
钢筋成型
9
钢筋对焊机
UN-100
台
1
钢筋成型
10
交流电焊机
BX3-500
台
3
焊接
11
水准仪
S3
台
2
测量放线
12
经纬仪
J2
台
2
测量放线
13
自落式砼搅拌机
JG250
台
1
砂浆和零星砼拌制
14
泥斗
个
2
漩流池土方
15
钻机
GPS-10型
台
1
钻孔成井
16
插入式振动器
Z70
台
5
混凝土振捣
17
高压水泵
8BA-18型，1.25MPa
台
2
沉井冲泥备用
18
小型空压机
（0.6MPa）
台
2
砼面凿除与清理
19
蛙式打夯机
H-201
台
4
回填土夯实
6质量控制
6.1加强材料把关及检验和试验管理工作：
6.1.1材料质量必须符合设计要求，并严格执行有关规定；
6.1.2工程采用的主要材料、半成品、成品、建筑构配件、器具和设备应进行现场验收。
凡涉及安全、功能的有关产品，应按各专业工程质量验收规范进行复验，并经监理工程师检查认可；
6.1.3涉及结构安全的混凝土试块、试件及有关材料，应按规定进行见证取样检测；
6.2做好工序交接和隐蔽工程验收工作
6.2.1工序交接前，上道工序的质量必须符合设计要求和施工验收规范及工程质量检验评定标准的要求，经质量专检员检查签证认可后报业主代表或监理人员确认签证；
6.2.2工程具备隐蔽条件，先进行自检，隐蔽前以书面形式通知业主代表或监理工程师验收，并准备验收记录。
验收合格后方可进行隐蔽，进行下道工序施工；
6.2.3无论业主代表或监理工程师是否进行验收，当其要求对已经隐蔽的工程重新检验时，应按要求进行，并在检验后重新覆盖或修复；
6.3沉井质量主控项目的检验标准（见表6.3）
表6.3沉井质量主控项目的检验标准
序号
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数量
1
混凝土强度
满足设计要求，下沉前必须达到70%的设计强度
查试块记录或抽样送检
2
封底以前沉井的下沉稳定
mm/8h
＜10
水准仪测量
3
1）、封底结束后的位置：
2）、刃脚平均标高（与设计标高比）
刃脚平面中心线位移
3）、四角中任何两角的底面高差
mm
m
m
＜100
＜1/H
＜1/L
水准仪测量
经纬仪。
H为下沉总深度，H＜10m时，控制在100mm之内。
水准仪。
L为两角的距离。
但不超过300mm，L＜10m时，控制在100mm之内。
注：
1、上表中的三项检查项目偏差可同时存在。
2、下沉总高度指下沉前、后刃脚之高差。
6.4沉井防渗质量控制（见表6.4）
表6.4沉井防渗质量控制表
序号
易渗漏部位
质量控制要点
1
沉井支模的对拉螺栓
检查螺栓止水片规格、焊缝的满焊程度及螺栓孔是否采用高标号砂浆封堵等。
2
沉井分节间的施工缝
按规定留置凸缝，砼浇筑前凿除疏松砼，接缝清洗干净、湿润接浆、振捣密实，拆模后再对施工缝进行防水处理。
3
预留孔、洞二次灌砼
预留孔、洞浇灌前应凿毛、清洗、绑筋加固、湿润；浇砼采用提高一级砼标号的措施，并振捣密实。
4
封底与井壁接触处
沉井下沉前对底板与井壁的接触处进行凿毛处理，底板砼浇灌前对接触处进行清洗、湿润、接浆处理。
5
沉井制作的砼质量
砼浇灌时必须分层、振实、控制砼的初凝时间，不允许留设垂直施工缝。
严格按规范要求进行养护。
7安全措施
7.1严格执行国家颁布的有关安全生产制度和安全技术操作规程。
认真进行安全技术教育和安全技术交底。
施工过程中，对安全防范的关键部位进行重点检查，及时排除不安全因素和事故隐患。
7.2做好地质详勘工作，查清沉井范围内的地质、水位情况，对存在的不良地质条件采取针对性的技术措施，防止沉井在下沉过程中发生意外，以确保施工安全。
7.3落实沉井垫架拆除和土方开挖的安全防护措施，控制均匀挖土和刃脚处破土速度，防止沉井发生突然下沉和严重倾斜而导致人身伤亡事故。
7.4做好沉井期间的排水与降水工作，设置可靠电源，以保证沉井挖土过程中不出现大量涌水、涌泥或流砂现象，避免造成淹井事故。
7.5沉井口周围须设置安全防护栏杆、防护网，内外钢管分三次搭拆，应设有防止坠物的措施。
井下作业应戴安全帽，穿胶鞋。
下井应设四道安全爬梯，有可靠的应急措施。
7.6认真遵守用电安全操作规程，防止超负荷作业。
电动工具、潜水泵等应装设漏电保护器。
夜班作业时，沉井内外应有足够的照明。
井内应采用36V低压电。
7.7输电线路应架设在安全地点，并有可靠的绝缘装置。
井下作业人员应具有良好的安全防范意识，因为水有导电性，电流有可能通过水柱传导至人体而造成触电事故。
7.8因沉井较深，为防止地下有害气体，应设立氧气，风机等应急措施。
7.9沉井内的作业人员应先经过医生的体格检查，凡患有心脏病、高血压、肺结核等疾病者均不得下井施工。
8环保措施
8.1现场场容、场貌布置
施工区域构件、设备、材料分类堆放整齐，确保本施工区域及其它施工区域安全、正常施工。
施工期间保证路面无积水和扬尘现象，场地内不乱堆土及建筑垃圾，做到工完场清，并实行日清制。
施工沿线设有安全生产、文明卫生内容的宣传栏或宣传标语。
8.2道路与场地
保护施工现场周围的道路、管线、绿化和其他共用设施，定期对周围道路进行清扫，保持路面整洁。
对有地下管线的部位，重车经过时加垫钢板。
车辆通行必须服从业主方的组织调度安排，施工用道路派专人清扫和维护，不损坏道路，不擅自中断路段的交通。
时刻注意环境保护，确保周围建筑物安全和正常生产。
场地排水成系统，保持畅通不堵。
施工污水、雨水由排水沟排入沉淀池，经沉淀后排入业主指定的排水汇集点。
施工现场不得堆土及建筑垃圾，多余的土方及建筑垃圾处置，执行业主渣土管理部门和当地政府的有关管理规定。
9效益分析
旋流井一般深度在地下20多米，是典型的负高空作业。
如采用放坡开挖土方的办法，将会产生大量的土方开挖，成本投入大幅增加，而且场地条件也不允许。
与放坡开挖土方相比，本工法省去了约70%的土方开挖量，有效降低了施工成本，缩短了施工工期。
施工操作简便，无需特殊的专业设备。
10应用实例
本工法在河北普阳钢铁有限公司60万吨/年高速线材、中普（邯郸）2#线3.5m中厚板轧机、芜湖富鑫百万吨特钢工程2×80t炼钢等工程中应用。
10.1应用工程概况
10.1.1河北普阳钢铁有限公司60万吨/年高速线材工程旋流井深28.8m，底标高-31.4m,内径18.0m，外径最上端19.2m，壁厚分别为1.4m（-31.4～-20.1m）、1.0m（-20.1～-3.4m）、0.6m（-3.4～0m）。
采用本工法技术，比传统工期缩短35天，节约人工费28万元。
10.1.2中普（邯郸）2#线3.5m中厚板轧机工程旋流井深28.0m，内径18.2m，外径18.8m，壁厚1.5m。
采用本工法技术，比传统工期缩短43天，节约费用25万元。
10.1.3芜湖富鑫百万吨特钢工程2×80t炼钢厂房内旋流井壁厚1.0m，内径9.3m，外径11.3m，深14.7m。
采用该工法技术，比传统工期缩短15天，节约费用19万元。
10.2效果评价
经过实践证明，该工法安全可靠，技术先进，施工速度快，工程质量优，施工成本降低，受到业主和监理单位的好评，在同类工程中具有广阔的推广价值。
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