陳志劍

（1.中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶 400013；2.重慶市城鎮(zhèn)污水處理工程技術(shù)研究中心，重慶 400045）

前言

地下空間作為一種地下資源，自上世紀(jì)70年代以來，研究、應(yīng)用、開發(fā)均取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，在國(guó)家政策、投資效益、工程技術(shù)、地質(zhì)水文等領(lǐng)域越來越受到關(guān)注和重視。隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進(jìn)，城市地下空間的開發(fā)利用得到了更進(jìn)一步的發(fā)展；而工業(yè)建設(shè)領(lǐng)域同樣對(duì)地下空間資源的價(jià)值非常重視，與城市地下空間利用不同的是，工業(yè)工程項(xiàng)目對(duì)地下空間的利用往往是工藝流程決定的。

現(xiàn)代大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的熱軋工程和連鑄工程的旋流池，一般而言，外徑已超過30 m，設(shè)計(jì)深度已超過30 m，而支護(hù)設(shè)施入土深度已超過50 m。大型基坑既涉及土力學(xué)中典型強(qiáng)度與穩(wěn)定問題，又包含了變形問題，同時(shí)還涉及到土與支護(hù)結(jié)構(gòu)的共同作用等等[1]。本文擬對(duì)旋流池的兩種施工方法進(jìn)行介紹和比較，同時(shí)對(duì)施工工法中的重要工序和注意事項(xiàng)進(jìn)行了論述和分析。

1 旋流池概述

旋流池作為直接冷卻水系統(tǒng)的重要水處理設(shè)施，因利用水力特點(diǎn)和工藝標(biāo)高限制，設(shè)計(jì)成圓形地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。直接冷卻水系統(tǒng)供水主要是向輥道冷卻，粗、精軋工作輥、支撐輥冷卻，切頭剪，卷取機(jī)，高壓水除磷，沖氧化鐵皮，加熱爐水封槽及沖渣等用水，使用后的水不僅水溫升高，而且含有大量的氧化鐵皮和廢油。旋流池是以上用戶使用之后的冷卻水的第一道處理設(shè)施，主要作用是除去大顆粒的氧化鐵皮，將沉淀之后的一部分水返送加熱爐區(qū)域沖渣水，大部分水泵送至下一道處理設(shè)施。泵站內(nèi)一般還會(huì)設(shè)置浮油去除裝置。

1.1 旋流池特點(diǎn)

旋流池為地下圓形鋼筋混凝土水處理構(gòu)筑物，主要組成部分有內(nèi)筒、外筒、泵房和沖渣溝等。沖渣水經(jīng)廠房?jī)?nèi)沖渣溝匯流進(jìn)入旋流池段沖渣溝，進(jìn)入內(nèi)筒沿切線方向運(yùn)動(dòng)，水流和氧化鐵皮渣因重力不同，流速也會(huì)產(chǎn)生變化。隨著水流的下降，氧化鐵皮渣進(jìn)入底部沉渣區(qū)，水流下降到內(nèi)筒底部后經(jīng)過穿孔板進(jìn)入外筒。外筒中設(shè)置吸水井，經(jīng)泵房水泵吸水后泵送至下一級(jí)水處理構(gòu)筑物。

1.2 施工特點(diǎn)

旋流池的主要施工內(nèi)容由基坑工程和結(jié)構(gòu)工程兩部分組成，由于其規(guī)模尺寸和開挖深度的關(guān)系，基坑工程的開挖、支護(hù)、降水均為超過一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，其施工方案需要進(jìn)行專家論證和評(píng)審。

2 常見施工法

旋流池常見施工方法有大開挖法、沉井法、逆作法三種，大開挖法一般適用于周邊場(chǎng)地開闊，地層土質(zhì)較好的場(chǎng)地，工程實(shí)例不多。下文主要論述沉井法和逆作法的特點(diǎn)。

2.1 沉井法

沉井法一般在軟弱地基中施工地下構(gòu)筑物時(shí)采用。

沉井法先在場(chǎng)地上制作一定高度的井壁，完成鋼筋綁扎、混凝土澆筑并達(dá)到一定強(qiáng)度后，利用挖機(jī)在井內(nèi)挖土，靠井體自重隨挖土下沉。控制下沉的高度和速度，分節(jié)施工，最后進(jìn)行封底，澆筑底板和其它部位。

沉井分節(jié)制作的高度確定是沉井法施工方案的重要內(nèi)容，分節(jié)制作的高度需要考慮每節(jié)沉井接高時(shí)的穩(wěn)定性、刃腳處土層的地基承載力，以及平穩(wěn)下沉過程中的控制力度。高度太高，不利于混凝土澆筑質(zhì)量控制和平穩(wěn)有序下沉的施工控制；高度不夠，則其重量不足以順利下沉，增加施工工序，延長(zhǎng)了施工工期。此外，還需結(jié)合沉井本身的結(jié)構(gòu)，十字梁、懸挑梁以及在中間部位還有與鐵皮溝連接的預(yù)留洞口的標(biāo)高位置等，也會(huì)影響沉井分節(jié)的高度。一般情況下分節(jié)制作高度不超過10 m。

2.2 逆作法

旋流池池壁一般采用1 m 厚地下連續(xù)墻和1 m厚鋼筋混凝土內(nèi)襯相結(jié)合的復(fù)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)體，既做圍護(hù)結(jié)構(gòu)又兼做地下結(jié)構(gòu)的部分外墻，墻體既要承受水土的水平荷載，又要承受豎向荷載，同時(shí)起止水防滲作用，即“二合一”墻。

旋流池深度一般為30～40 m，在結(jié)構(gòu)施工時(shí)一般采用無支撐逆做法施工：土方分四層開挖；內(nèi)襯分成四個(gè)施工段依次澆搗，前三段為逆做，第四段在底板澆筑后與筒內(nèi)結(jié)構(gòu)采用順做法一起施工。

內(nèi)襯墻分層高度一般為7～10 m，施工時(shí)重點(diǎn)關(guān)注和把控分層段前后工序的施工方法和施工質(zhì)量。第一段施工時(shí)，應(yīng)按設(shè)計(jì)預(yù)留頂板、梁的插筋；第二段施工時(shí)，應(yīng)預(yù)留泵站平臺(tái)及梁的插筋，按沖渣溝尺寸預(yù)留銜接孔洞及插筋，并在段間埋設(shè)止水鋼板，待筒內(nèi)結(jié)構(gòu)施工至沖渣溝標(biāo)高時(shí)，在圖示具體位置鑿穿旋流池的地下連續(xù)墻，按設(shè)計(jì)圖紙連接內(nèi)外沖渣溝。

為了防止新澆注混凝土在自重的作用下引起模板支撐下沉，可采用黃砂分層回填的方法來控制，施工縫處綁扎搭接鋼筋插入后，再在其上澆注素混凝土墊層。

下一施工段支模時(shí)，在與上一段接觸處往坑內(nèi)方向支設(shè)出漏斗型模板，避免因混凝土凝固時(shí)的細(xì)微收縮而在施工縫出現(xiàn)間隙，同時(shí)在上段混凝土澆筑時(shí)設(shè)置鋼板止水帶防止?jié)B水漏水，保證環(huán)向施工縫處墻趾混凝土的振搗密實(shí)。

3 主要工序

3.1 沉井

沉井混凝土澆筑完成之后，待混凝土達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可開始進(jìn)行下沉。在沉井下沉施工時(shí)，一般采用外筒壁周圍加土下壓下沉法，使土和地面保持平衡，控制下沉?xí)r土體塌陷的影響在最小范圍以內(nèi)。

在下沉初期往往會(huì)造成的一定的傾斜，一般情況下，是因?yàn)閯倓傞_始時(shí)重心偏高，井壁四周摩擦力小，下沉系數(shù)很大。因此在沉井挖土前，沉井的刃腳先采用人工分層掏挖，然后通過汽車吊將砂土、砼墊層運(yùn)出井外。由于初沉?xí)r沉井在砂中下沉，因此只要分層挖出井內(nèi)填砂，沉井即可開始下沉。

施工過程中，在施工區(qū)域可靠位置，需要布置后視水準(zhǔn)點(diǎn)和后視方位，保證各控制點(diǎn)、基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)固可靠，隨時(shí)進(jìn)行復(fù)測(cè)、校正。

3.2 封底

沉井封底根據(jù)地下水位的影響一般可分為排水封底和不排水封底兩種，當(dāng)沉井基底無滲水或少量滲水時(shí)可用排水封底；當(dāng)沉井基底滲水較多且通過排水降低水位存在困難時(shí)，采用不排水封底。

排水封底一般也稱為干封底，受地下水影響較小，作業(yè)環(huán)境較好?；炷翝仓r(shí)注意與刃腳或槽內(nèi)的結(jié)合，按四周向中央的方向進(jìn)行澆筑，厚度控制在每層300～500 mm，振搗密實(shí)至無氣泡和浮漿。層與層間澆筑時(shí)間間隔必須控制在上一層初凝之前，并控制插入深度，當(dāng)井內(nèi)有隔墻時(shí)應(yīng)前后左右對(duì)稱地逐孔澆筑?；炷琉B(yǎng)護(hù)過程中逐步停止降水，直至底板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度停止所有降水工作。

不排水封底是指水下澆筑混凝土，澆筑前做好準(zhǔn)備工作，清除浮泥。封底混凝土用導(dǎo)管法灌注或用推石灌漿法灌注，澆筑過程中要控制導(dǎo)管的插入深度，并考慮措施保證澆筑的連續(xù)性。

汪洪楓等介紹了某煉鋼廠旋流池工程采用干封底方式的工程案例，同時(shí)提到了采用干封底方式，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況隨時(shí)準(zhǔn)備采用不排水封底的預(yù)案研究和準(zhǔn)備[2]。

3.3 降水

降水的目的是為了保證施工期間的安全，降低承壓含水層的水頭和潛水層的水位。旋流池由于其深度較深，一般會(huì)遭遇地下潛水和承壓水，因此既要考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)的滲水和突涌，還要驗(yàn)算坑底的突涌。一般的降水方法有集水明排、輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、管井等，以上方法也可以復(fù)合采用。陳志永介紹了采用“井點(diǎn)降水+坑內(nèi)明排”降水方法的工程案例，解決了基巖面較高而開挖深度較大的問題[3]。張具壽等介紹了在上海環(huán)球金融中心塔樓的基坑上也采用了這種方法并強(qiáng)調(diào)了大型基坑的施工采用深井減壓降水的重要性和必要性[4]。

考慮到基于傳統(tǒng)的達(dá)西穩(wěn)定流理論發(fā)展的解析法在確定降水技術(shù)方案確定上的局限性，數(shù)值法在處理復(fù)雜的水文地質(zhì)邊界條件，含水層的非均質(zhì)各項(xiàng)異性，以及地下水的非穩(wěn)定流特征等更有針對(duì)性，席鵬采用Visual Modflow 軟件在某鋼廠旋流池基坑降水工程中得到了進(jìn)一步的驗(yàn)證[5]，在抗突涌驗(yàn)算和確定技術(shù)方案上得到了很好的運(yùn)用。

3.4 護(hù)壁

地下連續(xù)墻的護(hù)壁工序在成槽、下鋼筋籠、混凝土澆筑工序中有著非常重要的作用，作為前置工序的護(hù)壁，其施工質(zhì)量控制，因此也更顯得尤為重要。

由于泥漿具有一定的相對(duì)密度，在槽內(nèi)存在一定的靜水壓力，對(duì)槽壁上的側(cè)向土壓和水壓有一定的抵抗作用，可有效防止槽壁的坍塌和剝落，保證槽壁的穩(wěn)定性。除此之外，泥漿還起到護(hù)壁、攜渣、冷卻、潤(rùn)滑的作用。地下連續(xù)墻施工應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁，盡量保證泥漿比重的合理性，確保成槽槽壁得到可靠的泥漿支撐作用。

施工過程還要注意地方和國(guó)家環(huán)保管控要求，不合格泥漿不得入槽再次循環(huán)，應(yīng)排入廢漿池集中存儲(chǔ)，廢漿應(yīng)及時(shí)用專用封閉罐車集中外運(yùn)至環(huán)保部門指定地點(diǎn)進(jìn)行處置。

4 注意事項(xiàng)

4.1 糾偏

根據(jù)施工條件及土質(zhì)情況，沉井施工過程中要隨時(shí)關(guān)注井的形態(tài)，應(yīng)如發(fā)現(xiàn)偏斜，視具體情況分別確定應(yīng)對(duì)之策。

1）入土較淺時(shí)，如發(fā)生傾斜，只需在刃腳高一側(cè)進(jìn)行挖土，在刃腳低的一側(cè)保留較寬的土埂適當(dāng)填砂，通過本體的重心調(diào)整來達(dá)到糾偏的目的。

2）沉井位置如發(fā)生扭轉(zhuǎn)，可在沉井的兩對(duì)角取土，另外兩對(duì)角填土，借助刃腳下不相符的土壓力所形成的扭矩，使沉井在下沉進(jìn)程中逐步糾正到位。

糾偏還需考慮控制在合理的高度范圍內(nèi)進(jìn)行，下沉到距設(shè)計(jì)標(biāo)高2 m 以上時(shí)的糾偏是合適的高度范圍，保證糾正的準(zhǔn)備度，監(jiān)控逐步下沉。下沉到距設(shè)計(jì)標(biāo)高～0.5 m 時(shí)，必須保證沒有偏差或者偏差在可允許范圍內(nèi)。

除此之外，還需要考慮遇到沉井不沉、沉井突沉等不利情況時(shí)的原因分析和應(yīng)對(duì)之策。

4.2 監(jiān)測(cè)

信息化施工監(jiān)測(cè)是深基坑工程施工的重要手段，對(duì)施工過程中的支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化實(shí)行動(dòng)態(tài)即時(shí)的監(jiān)控，是非常必要的。同時(shí)可以根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整優(yōu)化施工參數(shù)，科學(xué)有效指導(dǎo)施工[6]。

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目一般有如下內(nèi)容：墻頂位移及墻體位移；水平及豎向鋼筋的應(yīng)力變化；坑周圍土體位移及深層沉降；坑外水位觀測(cè)；坑外50m 范圍地表土體沉降監(jiān)測(cè)。

需要注意的是，根據(jù)《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定》(住建部37 號(hào)令)，建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)委托具有相應(yīng)勘察資質(zhì)的單位對(duì)按照規(guī)定需要進(jìn)行第三方監(jiān)測(cè)的危大工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而施工單位也應(yīng)當(dāng)按照規(guī)定對(duì)危大工程進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)。

4.3 應(yīng)急處理

工程施工前應(yīng)編制應(yīng)急預(yù)案，建立應(yīng)急救援組織機(jī)構(gòu)，成立應(yīng)急救援小組，確定應(yīng)急響應(yīng)程序，保障人員材料設(shè)備的資源供應(yīng)。

5 結(jié)論

本文重點(diǎn)論述了兩種旋流池結(jié)構(gòu)工程中常見而成熟的施工方法，論述了主體結(jié)構(gòu)和措施工程的幾個(gè)關(guān)鍵施工工序。針對(duì)此超過一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，提出了信息化監(jiān)測(cè)的重要性，類似Visual Modflow 軟件的應(yīng)用在未來數(shù)字化設(shè)計(jì)和信息化施工中將越來越廣泛，越來越受到重視。