大型江边泵房沉井施工

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摘 要：本文作者对华电长沙电厂循环水泵房钢筋混凝土箱型沉井结构的施工全过程进行了详细的描叙,并将自己的亲身经历和感受以及积累的一些成功经验整理出来与大家交流.作为一个典型的江边泵房沉井,对中南地区同类型工程施工有一定的参考作用.

关 键 词：江边泵房；沉井；砂岛；制作；下沉；纠偏裂缝控制；封底；抗浮

中图分类号：TU753.64　文献标识码：B　文章编号：1008－0422(2007)09－0117－03

1　前言

中国华电集团投资兴建的长沙电厂(2×600MW机组)循环水泵房工程位于望城县铜官镇,距湘江河堤约50m.该江边泵房地下部分设计为钢筋混凝土箱型沉井式结构,沉井面积1208m2,正负零以下的沉井结构高度31.5m.该工程由湖南省第六工程公司施工,湖南省电力勘测设计研究院设计,于2006年10月6日开始沉井结构制作,2006年12月29日开始下沉,2007年2月8日下沉到位.

2　沉井结构概述

该泵房沉井结构平面尺寸30.2×40.0m(外墙线),井壁厚1800－2650mm,自然地面以下的下沉深度约23m.沉井底部纵横向底梁相交成20个格仓,梁底比周边刃脚高出500mm.结构混凝土强度等级C30.根据地质报告,沉井所处土层为：上部11.5－14.5m为可塑－硬塑粘性土,且粘性较强；其下为松散－稍密砂类土层,厚度在25m以上,为透水层且与湘江河水有直接水力联系,地下水为承压水,现场抽水试验所得的稳定流量为12.32m3/h,渗透系数为22.91m/d.

沉井结构原设计分五次制作、三次下沉.因工期较紧,实际施工时采取了几项赶工措施：一是将基坑大开挖深度从原设计的3.5m加大到9m,原来23m的下沉深度由此减少至17m；17m高的沉井结构分三节制作、一次下沉,第一节制作高度取5m(底梁和刃脚部分),第二节和第三节均为6m.采用水力机械挖土下沉工艺,一次下沉到位.

3　沉井结构制作

沉井施工首先是下沉段的结构制作,其工序包括：基坑大开挖一基底盲沟、集水井→回填砂垫层(简称砂岛)→底梁和刃脚下部混凝土垫层→第一节沉井结构(底梁和刃脚)钢筋绑扎→第一节沉井结构支模架搭设及模板安装→第一节沉井结构混凝土浇筑及养护；完成第一节后再制作第二、三节→拆模拆架.这部分重点讨论砂岛、支模以及如何控制混凝土裂缝三个方面的内容.

砂岛相当于沉井在下沉前的地基基础,需承受上部结构荷载,通过计算并充分考虑沉井在制作时的稳定,砂岛厚度按3m取值.沉井壁四周刃脚直接落在砂岛面的混凝土垫层上,比刃脚高出500mm的底梁下悬空部分用砂包填实,砂包沿梁纵向垒堆,断面为450的等边梯形状,上口宽度为每端宽出底梁边500mm.

砂岛施工前,先在基坑底周边和中间纵横向各设一道1000mm宽的盲沟(最浅处深度500mm)和8个集水井.砂岛需分段分层振实,待基坑内的水基本抽干后马上回填,每回填300－500mm厚砂振实一次,用插入式振动棒振捣、平板振捣器拖振,振捣时重叠区域为1/3,边洒水边振捣,砂层含水量达到20％左右,密实度达到93％以上.现场砂岛密实度用钎探法普查,即用长1960mm,ф1316mm圆钢,在距砂面约500mm的垂直高度上自由下落,钢钎头部沉入砂面层深度≤70mm者为合格.砂岛施工期间和沉井制作期间,每个集水井设置一台扬程20m以上的水泵往外抽水.

考虑到上部荷载较大,采取在砂岛面上浇200mm厚C20素混凝土垫层作为沉井刃脚和底梁的底模、60mm厚素混凝土垫层作为沉井结构满堂支模架立杆基础.井内满堂架采用φ48×3.5钢管,每个格仓内距井壁400mm处先搭双排,然后加成满堂式,双排排距1200mm,先搭扫地杆,再竖立杆,角部立杆先立,中间立杆按1200mm左右的间距分匀,保证纵横在一条直线上,水平杆每隔1700mm高左右搭设一道.

模板采用10mm厚双面覆模胶合板,60×80mm杉木方,木方卡箍采用φ48×3.5钢管,侧模固定采取对拉螺栓和安装斜撑.对拉螺栓采用φ14mm圆钢.模板所受侧向力由对拉螺栓平衡,通过计算模板侧压力,对拉螺栓按基本间距600×500mm(水平间距×垂直间距)布置,并且局部加密,两端用双螺母紧固.模板采用内撑外挂的方式整体固定在满堂脚手架上,模板的固定与脚手架的固定上下可稍微移动,避免浇筑混凝土时下沉压垮脚手架.

混凝土采用现场搅拌、两台输送泵送料,分层平铺法对称施工,混凝土面保持同步均匀上升,以免造成地基不均匀下沉或产生倾斜,同时密切观测沉井沉降,以防止井壁产生裂缝.裂缝控制贯穿整个施工过程,在制作阶段即采取了多种防裂措施：混凝土内掺入部分粉煤灰,减少水泥用量,降低水泥水化热：在混凝土中掺入HEA抗裂剂；选择良好级配的粗骨料,严格控制其含泥量；加强混凝土的振捣,提高混凝土密实度和抗拉强度,减小收缩变形；加强施工中的温度控制,在混凝土浇注后,采取保温保湿养护(挂一层麻袋,浇水保持其湿润),缓缓降温,避免发生急剧的温度变化；施工前埋设测温管,施工过程中连续测温,确保混凝土内外温差小于25℃才开始拆模.通过这些措施,17m高的超厚大体积混凝土沉井结构,在制作过程中未产生任何施工裂缝.

4　沉井下沉施工

沉井制作完成即进入下沉施工.根据该工程的地质特点和工期要求,选取了水力机械挖土下沉的施工工艺.该沉井长40m,宽30.2m,面积1208m2,下沉17m左右,土方量约20000m3,乘上土方系数和加上锅底土方总量达25000m3.该沉井20个格仓,选用水力挖塘机组10台套,每台机组承担两个格仓的出泥任务,另外,还现场备用16台套.每台机组由立式泥浆输泥系统、高压；中水系统和配电系统等三大部分组成,它的优点是设备简单、用电省、使用方便、效果好、成本低,每台套机组的功率为44KW,每台机组每天可正常出土100m3左右,加至接力扬程可达30m左右,输送距离在100m以上.为储存沉井内抽排出来的泥沙,在场外50m处挖了一个容量约50000m3的泥砂堆积沉淀池.

下沉施工包括施工准备和初沉、中沉以及终沉共四个阶段.下沉前,先排除梁底和刃脚踏面的素混凝土垫层,清理沉井内杂物,吹吸井底垫层砂并抽至场外的泥砂沉淀池,逐步让沉井进入初沉阶段.排泥下沉时,先排沉井中部,先成小锅底,然后再逐步形成大锅底,沉井刃脚四周保留土堤1.2－1.5m,让沉井挤土下沉.在下沉过程中,随时观察资料数据,调整吸泥位置、深度,让沉井顺利沉入轨道4m处,进人中沉阶段.机组布置见平面图：

机械分布说明：沉井被纵横交叉的底梁划分为20格仓(见上图),中间3#、4#、5#、6#、7#、8#主要任务是形成大锅底,待初步形成再向四周扩吸；1#、2#、9#、10#先形成小锅底,下沉过程中均匀、对称出土,严格控制泥面高差.

沉井下沉至距设计高度1.5m左右时,进入终沉阶段,减缓下沉速度和减小锅底高度,集中力量纠偏,使沉井各项质量标准以及偏差达到规范要求再继续下沉.沉井下沉需要预留量,由于停止排泥有微量下沉,本工程预留了300mm.在距离设计标高300mm左右时就停止水力机械作业,观察沉降情况,在8小时内的自由下沉量不大于10mm时进行封底.

5　沉井下沉纠偏

下沉纠偏是沉井施工的一个关键,由于沉井是地下工程,又属大型沉井,若出现偏差较大的话,对纠偏增加难度.沉井开始时的下沉系数较大,平面位置和四角高差易发生偏差,在深度不深的情况下较易纠正.初沉以纠偏为主,下沉时对刃脚标高和轴线位移进行连续观测,及时纠偏,使沉井形成一个良好的下沉轨道.纠偏时避免大起大落,避免沉井偏离轴线,同时注意纠偏幅度不过大,频率不过高.沉井偏差大于300mm时集中力量纠偏,促使沉井均匀下沉.沉井在终沉阶段同样以纠偏为主,在沉井下沉至距设计标高1m左右时基本纠正好,纠正后再谨慎下沉,控制不出现有超出容许范围的位置及方向偏差.

沉井产生倾斜偏转的常见原因包括沉井刃脚下土层软硬不均匀；没有均匀除土下沉,使井孔内土面高低相差较大；刃脚下掏空过多,沉井突然下沉而产生倾斜等.下沉发生倾斜偏转时,根据沉井产生倾斜偏转的原因来纠偏.沉井在入土较浅时,容易产生倾斜,但也比较容易纠正,在刃脚高的一侧抓土即可纠偏.随着沉井的下沉,在沉井高的一侧减少刃脚下正面阻力,在沉井低的一侧增加刃脚下的正面阻力,使沉井的偏差在下沉过程逐渐纠正.纠偏位移时,预先使沉井向偏位方向倾斜,然后沿倾斜方向下沉,直至沉井底面中轴线与设计中轴线的位置相重合或接近时,再将倾斜纠正或纠至稍微向相反方向倾斜一些,最后调正致使倾斜和位移都在容许范围以内为止.沉井位置发生扭转时,在沉井偏位的两角出土,另外两角填土,借助于刃脚下不相等的土压力所形成的扭矩,使下沉过程中逐步纠正其位置.

6　沉井结构封底

沉井的封底是本工程的一个重点,该沉井平面尺寸属大型,内分20格仓,按规范要求分仓封底.根据地下水量情况,由原设计的水下封底改为干封底.沉井下沉到预留高度后,用压力水将井壁、底梁与封底混凝土接触部位洗刷干净.封底过程中,降水是一个关键.根据地质报告以及封底时的水位降低要求,计算地下水量和每小时的排出量,现场设四个降水井,在每个降水井内安装2台大功率(22KW的电机)水泵(1台抽水,1台备用),每台水泵配一台接力泵(加压泵)来加大扬程,水管采用中150的输泥管,在全部底板混凝土浇注前连续抽排井内集水,控制沉井内地下水位始终低于底梁底部.

封底前,先在场外加工4个3.5m长且带法兰盘的qb800钢圆筒作降水井,分别设置在3#、4#、7#和8#机组所在的格仓(见沉井下沉机组布置平面图).钢圆筒上口带法兰、下部带底板、中部设止水环、下部1.5m四周带孔眼(φ20孔,间距按100×100mm的网格),钢圆筒下部1.5m高范围外包一层钢丝网和一层钢板网.抛石前先在钢圆筒周围用卵石堆填固定井筒.沉井底的水汇集在降水井内用泵排出.降水井设置好以后,在大锅底抛填卵石找平至梁底面以上200mm的高度,形成20个独立格仓.

混凝土封底按先周边格仓,后格仓的顺序对称、同步进行,每两格仓作为1组同时施工.每格仓浇筑2300mm厚C20素混凝土.混凝土内掺早强剂,导管下料,导管上口装一个1m3左右的集料斗.浇注前先抽干集水,连续供料进行浇捣,并将集水坑内水及时抽出.待最后一组格仓封底混凝土强度达到设计强度100％,对集水井逐个停止抽水,逐个封堵.封堵方法：先将井中水抽干,在管内迅速用千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焊固,废除钢圆筒集水井,并及时进行底板混凝土的浇注.最后的两个集水井封堵时,根据水压情况,事先在盖板割一个伸出500mm高的φ50减压钢管,上部不封口,以便在拧紧法兰盘时减低水压,在拧紧法兰盘后再堵死钢管上口.

封底混凝土浇筑时留设4组同条件试块,取其短龄期试压结果来作为底板浇注的依据.封底时严格按照分格、对称、分批、均衡的原则进行封底作业.

7　沉井抗浮稳定性验算

沉井抗浮稳定性验算：沉井上部有建筑,能满足使用阶段抗浮要求,不再进行使用阶段抗浮验算.施工阶段,在沉井封底混凝土浇筑完成,上部建筑未建时,进行施工阶段的抗浮验算.沉井高度17m,地下水按沉井所受最大浮力考虑,即沉井全部淹没,地下水深度为17m.

7．1　施工阶段沉井自重

制作沉井钢筋混凝土数量为88003,封底素混凝土2900m3,G等于8800×25+2900×24等于289600KN

7．2　施工阶段浮力计算

F等于30.2(宽)×40(长)×17(高)×10等于205360KN

7．3　抗浮系数计算

K等于G/F等于289600/205360等于1.41>1.1满足抗浮要求,故沉井抗浮稳定.

8　结束语

本工程沉井下沉过程中,在粘性土层与砂类土层之间,遇到分布不均匀且硬度较大的铁锰胶结板块夹层,单层厚度200－400mm,叠层厚度

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