CN102454167A

CN102454167A - 大型超深沉井的施工方法

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Publication number: CN102454167A
Application number: CN2010105143408A
Authority: CN
Inventors: 梁保国; 刘大洪
Original assignee: MCC5 Group Shanghai Corp Ltd
Current assignee: MCC5 Group Shanghai Corp Ltd
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2030-10-21
Also published as: CN102454167B

Abstract

一种大型超深沉井的施工方法，先用排水法施工，排水采取止水帷幕结合深井井点降水，沉井制作、下沉，当沉井下沉到预定深度后，再用不排水法施工，下沉到位后进行砼水下封底，其特征包括以下施工步骤：a、旋喷桩止水帷幕施工，b、深井井点降水施工，c、沉井分节预制，d、沉井排水法下沉施工，e、沉井不排水法下沉施工，f、水下砼封底施工。本发明的大型超深沉井的施工方法具有施工步骤设计科学、合理，缩短了施工周期，避免管涌和流砂的发生，确保周围建筑物安全和节约工程施工成本的优点。

Description

大型超深沉井的施工方法

技术领域

本发明属于建筑施工技术领域，涉及一种地下建（构）筑的施工方法，具体地说，是一种大型超深沉井的施工方法。

背景技术

九钢中厚板旋流池为目前国内中厚板工程中最大、最深的圆形构筑物，外径20m，刃脚深度原设计为-32.1m，C15素砼封底，厚度为2.0m，后修改为-30.1m，C35S6防水砼封底，厚度为5m，底部无梁，池壁厚度主要为1.5m、1.2m、1.0m、0.8m。因施工区域位于长江边，地下水极为丰富，-3m左右即可见地下水。同时旋流池靠近已投入使用的轧钢变电所，不能按常规的大开挖或支护方式施工。

旋流池原施工方案为采用排水法（干法）施工，排水措施为地下连续墙加深井井点降水。但该方案存在两点不足。第一，施工周期较长。按常规的地下连续墙施工约需6个月时间。第二，经现场查验和对地质报告的分析，施工区域－3m左右就可见地下水，－10m以下以含有机质粉质粘土为主，该土质在地下水丰富的条件下极易造成地下管涌和流砂。由于旋流池离已投入生产的轧钢变电所距离仅27m。如采用排水法（干法）施工风险太大，且难以下沉到位。一旦出现管涌和流砂，对施工人员和机械安全将构成严重威胁，特别是对正在生产的轧钢变电所可能造成停产的严重后果。

因此已知的大开挖，支护方式施工，以及排水法施工大型超深沉井均存在着上述种种不便和问题。

发明内容

本发明的目的，在于提出一种适于在地下水丰富、地质条件差的环境下的大型超深沉井的施工方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种大型超深沉井的施工方法，先用排水法施工，排水采取止水帷幕结合深井井点降水，沉井制作、下沉，当沉井下沉到预定深度后，再用不排水法施工，下沉到位后进行砼水下封底，其特征在于包括以下施工步骤：

a、旋喷桩止水帷幕施工

沿沉井外壁3～5m处设双排止水帷幕，止水帷幕用三重管高压旋喷，孔径为1000mm，搭接300mm，止水帷幕深度超过沉井刃脚5米；

b、深井井点降水施工

沿着止水帷幕与沉井之间布置一定数量的深井井点，深井孔径为600mm，管径300mm，深井井点深度浅于止水帷幕2米；成孔用正循环自然泥浆造浆，泥浆护壁回转钻进成孔；

c、沉井分节预制

沉井采取分节预制，分节数量需根据地质各土层的承载力计算而定，同时需根据地下水位情况初步确定排水施工的临界点；

d、沉井排水法施工

通过排水降低地下水位，使沉井底部在无水或少量水的情况下挖土下沉；每段沉井制作完成后，待沉井井壁混凝土强度达到70％后进行挖土下沉施工；

e、沉井不排水法下沉施工

向沉井内补水，保持沉井内水位高于地下水位1米，通过吸泥装置将泥浆排至沉井外的泥浆沉淀池，包括如下步骤：清除井底障碍物，安装吸泥设备，挖筑泥浆沉淀池，调水，吸泥下沉，清底，铺石块；

f、水下砼封底施工

当沉井下沉到预定位置后，由潜水员清除刃脚斜面和底面部位余土及井底浮泥，保证新老砼接触良好，并加强测量，计算保证素砼厚度，水下浇筑封底砼达到设计标高，完成工序。

本发明的大型超深沉井的施工方法还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的方法，其中所述的步骤b中，钻进成孔的钻孔机钻头选用带保径圈的三翼合金钢钻头，且钻孔机转速为15-20转/min。

前述的方法，其中所述的步骤b中，水压力为35-40MPa；水泥浆压力为0.5-1.0Mpa；气压为0.7Mpa。

前述的方法，其中所述的步骤d中，所述待沉井的第一节井壁混凝土强度达到100％后进行挖土下沉施工。

前述的方法，其中所述的步骤d中，包括如下步骤：①在沉井外侧作好测量观察的中心、高程的基准点，并且每天按规定观察沉井下沉的情况，并做记录；②提供1台0.45m³反铲在沉井内挖土，挖出的土方由塔吊吊出，当沉井到达确定的预定深度时，停止排水法施工，吊出机械，转入不排水法施工。

前述的方法，其中所述的步骤e中，包括采用“吸泥—抽水——补水”工艺吸泥下沉和沉井顶部加荷载。

采用上述技术方案后，本发明的大型超深沉井的施工方法具有以下优点：

1、施工步骤设计科学、合理，缩短了施工周期；

2、避免管涌和流砂的发生，确保周围建筑物安全；

3、节约工程施工成本。

附图说明

图1为本发明实施例的垫层结构示意图；

图2为本发明实施例的旋喷桩和深井井点布置示意图；

图3a为本发明实施例的单排旋喷桩套接示意图；

图3b为本发明实施例的双排旋喷桩套接示意图；

图4为本发明实施例的旋喷桩、深井、沉井断面示意图；

图5为本发明实施例的沉井配重布置示意图；

图6为本发明实施例的导管布置位置示意图；

图7为本发明实施例的水下封底砼浇筑示意图。

图中：1沉井，2砼垫层，3砂夹石垫层，4深井井点，5双排旋喷桩，6单排旋喷桩，7旋流沉淀池，8混凝土，9水下混凝土，10池底钢护板，11平台，12吸泥控制室，13钢板坯，14导管位置，15水位，16导管，17导管漏斗。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。

实施例1

本发明的大型超深沉井的施工方法包括以下施工步骤：

a、旋喷桩止水帷幕施工

现请参阅图1～图4，图1为本发明实施例的垫层结构示意图，图2为本发明实施例的旋喷桩和深井井点布置示意图，图3a为本发明实施例的单排旋喷桩套接示意图，图3b为本发明实施例的双排旋喷桩套接示意图，图4为本发明实施例的旋喷桩、深井、沉井断面示意图。所述旋喷桩止水帷幕施工中，沿沉井外壁5m处设双排止水帷幕，止水帷幕插入到粉质粘土层，粉质粘土层渗透系数为1.5×10^-5，止水帷幕采用三重管高压旋喷方式，孔径为1000mm，搭接300mm，止水帷幕深度宜超过沉井刃脚5米左右。

确定施工参数：

①钻孔孔径φ130mm，钻杆和钻具垂直度偏差<0.5％

②桩径φ800-1000mm，桩长：单排桩36米，双排桩28米

③水压：35-40Mpa

④浆压：0.5-1.0Mpa

⑤气压：≥0.7Mpa

⑥喷嘴：两个喷嘴直径1.9mm

⑦提速：8-10cm/mim

⑧转速：15-20转/min

⑨水泥用量：450-550kg/m

⑩水灰比：0.8-1.0；

工艺参数控制：

①提速：采用电动卷扬机自动调节喷杆提升的速度，8-10cm/min。

②压力：水压力采用35-40MPa，通过高压清水泵泵上自带的压力表来动态检测水的压力；浆压力采用0.5-1.0Mpa，通过浆泵上自带的压力表来动态检测水泥浆的压力；气压采用0.7Mpa，通过空压机自带的压力表来动态检测气压。

③转速：转速采用15-20转/min，通过钻孔机档位值（1档，2档，3档）来进行严格控制。

④水泥用量：主要采用通过密度计来进行控制，水泥浆的密度为1.5g/cm3,水泥用量控制在小于550kg/m。

b、深井井点降水施工

所述深井井点4沿着沉井周围布置，离沉井1外壁2.5m，共做9根。深井孔径600mm，管径300mm，深井井点深度-34m，深井井点深度浅于止水帷幕2米处。分别在中砂层（－22m）及底部开设两道滤头。成孔采用正循环自然泥浆造浆，泥浆护壁回转钻进成孔，钻头选用带保径圈的三翼合金钢钻头。

降水运行步骤如下：

①试运行之前，准确测定各井口和地面标高、静止水位，然后开始试运行，以检查抽水设备、抽水与排水系统能否满足降水要求。

②在深井的成井施工阶段边施工边抽水，即完成一口投入降水运行一口，以尽快将基坑内地下水降到基坑底开挖面以下设计深度，并及时观测井内的水位。

③水位降到井底后，关泵，待井内水位上升后开泵抽水；抽水间隙由短至长，每只井抽干后停泵，以免电机烧坏。

c、沉井分节预制

沉井1采取分节预制，分节数量需根据地质各土层的承载力计算而定，同时需根据地下水位情况初步确定排水施工的临界点；

d、沉井排水法下沉施工

沉井排水法（干法）施工步骤如下：

（1）根据设计图纸测量放样，定出沉井中心桩纵横轴线控制桩及基坑边线。沉井内的土方采用1台0.45m³反铲开挖，基坑底部的平面尺寸为：刃脚外侧加2m。在沉井旁安装一台塔吊作为垂直运输机具。挖土深度为4～5m。

（2）在夯实平整地基上沿着周长方向铺一层500厚的砂夹石垫层3，在其上部浇砼垫层2，厚度为2150mm，垫层宽度2000mm，在其上支设刃脚及井壁模板，浇筑沉井砼。

（3）为便于施工，沉井分次制作，分次下沉。每段沉井制作完成后，待沉井井壁混凝土强度达到70％(第一节必须达到100%强度)后进行挖土下沉施工。

（4）在沉井外侧作好测量观察的中心、高程的基准点，并且每天按规定观察沉井下沉的情况，并且认真记录。

（5）当下沉到确定的排水法挖土临界点时，注意观察地下水位的变化情况。当地下水逐渐变大时，吊出小挖机，停止排水法施工。

e、沉井不排水法下沉施工

向沉井内补水，保持沉井内水位高于地下水位1米，通过吸泥装置将泥浆排至沉井外的泥浆沉淀池，包括如下步骤：清除井底障碍物，安装吸泥设备，挖筑泥浆沉淀池，调水，吸泥下沉，清底，铺石块。

不排水法（湿法）施工包括以下步骤：

①挖泥浆沉淀池：根据施工场地的实际情况，用挖机挖三个泥浆沉淀池，总容量约3400m³。

②安装操作平台和抽水（泥）中转平台：在旋流池顶部，用H型钢和钢板焊接三个施工平台11，三个平台11呈三角形布置。图5为本发明实施例的沉井配重布置示意图。在距旋流池顶部10m处的内壁上，用角钢焊一个水泵中转平台，平台固定在池壁上，并用钢丝绳拉接到顶部钢筋处。

③安装设备：按要求将浮体、高压泵、泥浆泵、排水管等安放就位，组装连接好。吸泥设备安装好后应进行负荷试运转，保证设备能正常运转。

④沉井加荷载：在沉井顶部加荷载，荷载采用九钢生产的6000×1600×210（mm）钢板坯13，每块板坯重15.8吨。因前期施工的需要，已在沉井顶部安装有三个钢施工平台11和一个控制室12，所以只能摆放四墩钢坯，考虑到安全因素，每墩摆放六层，共计加载380吨。

⑤吸泥下沉：在吸泥机及管路安装布置完毕且各机械设备调试正常后，开始由水泵从循环泵房水池取水向沉井内灌水，以保持沉井内的水头压力。启动高压水泵从储水池送水至沉井底部的高压射水管内冲泥，同时启动泥浆泵将泥浆吸出后排入1#泥浆池，经沉淀后，池中泥土外运至弃土场堆放，而沉淀后的水排入路边水沟。为防止因吸泥下沉往外排泥浆造成的沉井内水头低于地下水而引起沉井翻砂，在吸泥下沉的过程中，须不断的往沉井内补水，保持沉井内水头高于地下水位1～2m。吸泥采用“吸泥—抽水—补水”工艺。

⑥终沉控制：当沉井距标高1.0m时，进入终沉。此时应减慢下沉速度，加强沉井的观测，以纠偏为主，严格控制取土深度和速度。当8小时累计下沉不超过1cm，方可进行下道工序：水下封底，浇筑素混凝土。

f、水下砼封底施工

水下砼9封底施工：由潜水员清除刃脚斜面和底面部位余土及井底浮泥，保证新老砼接触良好，并应加强测量，计算保证素砼厚度。图6为本发明实施例的导管布置位置示意图，图7为本发明实施例的水下封底砼浇筑示意图。由潜水员按要求填块石，先中间后四周，再填碎石，水下整平，填满缝隙后，即可浇筑水下混凝土9。导管16采用直径300×3钢管制成，管底距井底土面20㎝，提升用汽吊控制。导管不允许在水中有起浮和摇摆现象，接头处更不能漏水。根据导管作用半径为3～4m的特性及沉井平面尺寸，布置6个浇筑点，如图8所示。导管和料斗应储备足够的砼，不少于2.5m³，以保证初浇时能使导管下口被砼裹住。水下砼强度达到设计要求，满足抗浮，方可将井内水抽干，进行下一道工序。

本发明的大型超深沉井的施工方法在江西九江钢厂中厚板旋流池工程中得到了成功应用。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

Claims

1.一种大型超深沉井的施工方法，先用排水法施工，排水采取止水帷幕结合深井井点降水，沉井制作、下沉，当沉井下沉到预定深度后，再用不排水法施工，下沉到位后进行砼水下封底，其特征在于包括以下施工步骤：

a、旋喷桩止水帷幕施工

b、深井井点降水施工

c、沉井分节预制

d、沉井排水法下沉施工

e、沉井不排水法下沉施工

f、水下砼封底施工

当沉井下沉到预定位置后，由潜水员清除刃脚斜面和底面部位余土及井底浮泥，保证新老砼接触良好，并加强测量，计算保证素砼厚度，水下浇筑封底砼达到设计标高。

2.如权利要求1所述的大型、超深沉井的施工方法，其特征在于，所述的步骤b中，钻进成孔的钻孔机钻头选用带保径圈的三翼合金钢钻头，且钻孔机转速为15-20转/min。

3.如权利要求1所述的大型、超深沉井的施工方法，其特征在于，所述的步骤b中，水压力为35-40MPa；水泥浆压力为0.5-1.0Mpa；气压为0.7Mpa。

4.如权利要求1所述的大型超深沉井的施工方法，其特征在于，所述的步骤d中，所述待沉井的第一节井壁混凝土强度达到100％后进行挖土下沉施工。

5.如权利要求1所述的大型超深沉井的施工方法，其特征在于，所述的步骤d中，包括如下步骤：①在沉井外侧作好测量观察的中心、高程的基准点，并且每天按规定观察沉井下沉的情况，并做记录；②提供1台0.45m³反铲在沉井内挖土，挖出的土方由塔吊吊出，当沉井到达确定的预定深度时，停止排水法施工，吊出机械，转入不排水法施工。

6.如权利要求1所述的大型超深沉井的施工方法，其特征在于，所述的步骤e中，包括如下步骤：①采用“吸泥—抽水—补水”工艺吸泥下沉，②沉井顶部加荷载。