申请/专利权人：上海宝冶集团有限公司

申请日：2023-10-23

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN117738192A

主分类号：E02D17/02

分类号：E02D17/02;E02D23/00;E02D23/08;E02D19/10;E02D5/04

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.09#实质审查的生效;2024.03.22#公开

摘要：本发明涉及旋流池沉井的施工技术领域，具体是一种深井浅位开挖与沉井法相结合的施工方法，该方法采用了一种深井浅位开挖与沉井法相结合的施工方法，解决了场地狭窄及高低不平地质状况的旋流池施工技术难点，先采用挖机挖掘出沉井深基坑，打上垫层后再分段制作沉井，每节沉井采用排水下沉工艺施工，同时使用触变泥浆助沉法助沉减阻，进一步保障沉井下沉工作。该施工方法相比现有技术保障了周边构筑物的稳定性，减少了挖土量，节省了机械台班和人工费用，缩短施工工期提高了工作效率，从挖土施工、降水技术、沉井下沉工艺等方面完成技术创新。

主权项：1.一种深井浅位开挖与沉井法相结合的施工方法，其特征是：包括步骤1、测量放线根据设计图纸坐标及甲方提供的基准点测量定位，同时在沉井周围，且在施工影响范围之外布置坐标控制点和临时水准点，建立的控制点精度为±1mm；在沉井四周设置龙门桩，并用石灰粉划出井中心轴线、基坑轮廓线，测量出旋流池所占用场地内高程及其它构筑图，作为沉井施工方案编制的依据；步骤1.1、导线测量导线根据总平面图布设，点位选择净空地带；步骤1.2、角度测设角度观测采用全圆测回法进行，测回数及测量限差与方格网角度观测要求相同；步骤1.3、高程测量本工程高程测量控制网采用三、四等水准测量方法建立，水准网的绝对高程根据业主提供的高级水准点引测并联系于网中一点，作为推算高程的依据；步骤1.4、标桩埋设导线控制点和高程控制点均远离沉井下陷区范围以外，标桩深埋，并设置保护装置；步骤2、钢板桩支护因场地高差过大，临时道路需保护措施才能保障通行，经过现场确认采用钢板桩支护的方式保护施工道路，钢板桩采用拉森Ⅳ型15m，沿道路一侧布置；步骤3、基坑浅位开挖；根据测量结果旋流池所在现状地面高低不平，高差约5m，旋流池北侧为场内临时道路高程约21m，中心约19m，南侧为老厂区域高程约15.4m，根据施工需求临时施工道路不得断路，且施工过程不得影响老厂生产；基坑开挖方式选择放坡开挖，现状地面标高+1.3m，开挖基坑底标高-3.5m，开挖深度4.8m，沿井壁环向开挖；考虑沉井制作的工作面宽度，基坑底边线为井壁外扩2m；根据地勘报告及《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013），放坡坡率选1：0.75；必要时可采用护坡，护坡方式采用喷水泥砂浆护面；基坑开挖采用机械挖土和人工修整相结合，挖土应严格控制标高，开挖接近坑底200mm~300mm时，应采用人工修坡、平底，基坑开挖过程中，利用排水沟结合集水坑进行排水，以保证基坑施工需要；根据《建筑与市政工程地下水控制技术规范》（JGJ111-2016），沉井基坑底面设0.3m宽×0.3m深碎石盲沟，坡度0.2%，沿沉井四周内外两侧共设置8口Φ300mm集水井，对称布置；底面浮泥应清除干净并应保持平整和疏干状态；步骤4、铺筑砂垫层、砼垫层，砖胎膜制；步骤4.1、砂垫层铺筑基坑开挖结束后，铺筑砂垫层；砂垫层采用了中粗砂，按每层30cm分层铺筑，按15%的含水量边洒水边用平板振动振实，压实系数≥95%，抗压承载力特征值需≥150kPa；在下层达到要求后，再进行第二层铺设；为防止雨天等因素，在基坑底部设置盲沟将水集中至集水井后由水泵抽出，以防砂垫层浸泡在水中；步骤4.2、素砼垫层制作在砂垫层上，刃脚下铺上一层C20、厚度为15cm的素砼垫层，减轻对砂垫层的压力，素砼垫层外扩宽度取井壁外两侧各20cm；砂垫层铺设完毕后，在砂垫层上浇筑素砼垫层，素砼垫层保证水平，误差小于5mm，以便模板施工；步骤4.3、砖胎膜制作刃脚处采用砖胎膜砌筑，根据设计井位在砂垫层及素砼垫层上精确测放沉井平面位置，进行砖胎模施工，砌砖时采用低标号水泥砂浆，并确保刃脚斜面平整，用石灰和少量水泥拌和物粉刷砖砌胎模，砖砌胎模应预留沉井井壁模板拉杆螺栓的孔位；在沉井下沉前对砖胎膜及素砼垫层采用对称凿除法进行凿除，若沉井本身存在高差，可通过调整砖胎膜及素砼垫层的凿除顺序，达到纠偏的效果；步骤5、沉井降水排水下沉能否成功的关键在于井点降水的效果；本工程拟采用管井降水，以便满足沉井排水下沉的要求；管井降水为非关键工作，即拟与沉井结构制作同期安排施工，在沉井下沉前保证管井施工完成、降水达到开挖面以下1.0m的设计要求，以减少降水运行周期，减少降水对周边的影响周期及节约成本；井位布置沿沉井环形布置15口Φ273mm管井（12口降水井+3口备用井），以满足沉井施工时的降水要求；降水井距沉井外壁8m，降水井之间间隔10m，井深为31m；根据现场抽水实验，最终确定降水井的数量及分布形式；备用降水井兼做观察井，随时监测地下水位的变化；步骤6、降水井构造与设计要求步骤6.1、井口：井口设置高于地面以上0.5m，以防止地表污水渗入井内，采用优质粘土和水泥浆封闭；步骤6.2、井壁管：井壁管采用Q235B焊接钢管，壁厚5mm，内径φ273mm；步骤6.3、过滤器（滤水管）：降水井采用桥式滤水管，滤水管外均包两层30目～40目的尼龙网，管的直径与井壁管的直径相同；步骤6.4、沉淀管：沉淀管主要起到过滤器不致因井内沉砂堵塞而影响进水的作用，沉淀管接在滤水管底部，直径与滤水管相同，沉淀管底口用铁板封死；步骤6.5、填砾料：降水井的滤水管部位采用颗粒磨圆度较好的4#砂（绿豆砂），填入部位，从井底向上至过滤器顶部；步骤6.6、填粘性土封孔：在填砾的围填面以上采用优质粘土围填至地表并夯实，井口管外做好封闭；步骤7、深井降水施工1）、施工顺序：设备进场→定井位→立钻架→成孔→清孔→下钢井管→回灌砂→洗井→下泵抽水→拆井→退场；2）、深井成孔采用GPS-15H型工程钻机；成孔深度31m，孔径500毫米，成孔垂直度偏差≤1%；3）、成孔后仔细清孔，让泥浆翻清，经测绳测量，确准孔深达到要求后，继续沉放钢井管；4）、沉放钢套管利用钻机上的卷扬机吊放，先将单节井管（4～5米）每节焊接好，然后分段安装；钢套管露出地面0.5米；5）、钢套管下端头滤管用50目滤网包裹4层，并用18#铅丝扎牢；钢套管沉放后，在管内灌入0.5米左右的碎石压底，然后在套管四周均匀灌砂，直至地表；6）、灌砂完毕后立即进行洗井，洗井采用活塞式洗井法；利用活塞自重沉入管底，然后利用卷扬机快速上拔，将泥水一起带出，反复多次，直至带出的浆水较清为止；7）、洗井结束后放入潜水泵进行试抽水，出水正常后再根据施工需要进行抽水；8）、抽水期间派有专人负责检查抽水情况，记录水位标高及出水量，发现问题及时解决；步骤8、降水运行步骤8.1、试运行试运行之前，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；步骤8.2、降水运行（1）降水井根据沉井施工的进度来运行；（2）降水运行过程中，做好各井的水位观测工作，及时掌握井内水位的变化情况；（3）在降水运行过程中当井内水头降至设计要求，通过适当调控降压井的抽水量来控制承压水水头的下降幅度；（4）降水运行期间，现场实行24小时值班制，安排值班人员认真做好各项质量记录，做到准确齐全；步骤9、沉井下沉沉井下沉主要是通过从井孔内除土，消除刃脚下的阻力及井壁摩阻力后，依靠沉井自重下沉；步骤9.1、下沉前准备分节制作的沉井，下沉前首节混凝土强度必须达到设计强度，其余各节不得低于设计强度70%；下沉前先凿除刃脚素砼垫层和砖胎模；垫层拆除先内后外对称进行，并用吊车抓斗将井内碎砖清理干净；将刃脚下部垫层分为12块区域，分3次对称凿除，先凿除1、4、7、10区域，然后凿除2、5、8、11区域，最后凿除3、6、9、12区域；在沉井四周井壁上画出测量标尺、并设立水平指示尺；在沉井挖土前，沉井的刃脚先采用人工全面同时分层掏挖，挖除的土方先集中在中央，让沉井逐渐下沉，使沉井刃脚埋在土层中，降低沉井重心；由于沉井在初期下沉过程中，下沉系数较大，故采取挤土下沉；施工中，在沉井壁上设4个观测点，连续跟踪测量，每一小时测量一次；测量结果的整理是以4个点下沉量的平均值作为沉井每次的下沉量，以下沉量最大的一点为基准与其他各点的下沉量相减作为各点的高差，来指导纠偏下沉施工；步骤10、排水下沉工艺旋流沉淀池沉井采用三次制作三次下沉，采用排水下沉工艺，起沉标高+0.0m，下沉深度20.5m；采用两台50T履带吊配合两台80型小挖机从沉井中心向四周挖土，使之形成锅底，均匀下沉，防止突沉；渣土最后用自卸汽车驳运至指定地点；终沉到位后采用干封底；步骤11、沉井下沉控制根据下沉过程中质量控制的重点，将下沉施工划分为以下三个阶段：1、初沉阶段（1）在沉井壁上设4个观测点，跟踪测量；测量结果的整理是以4个点下沉量的平均值作为沉井每次的下沉量；（2）沉井下沉深度在0~3m范围内为初沉阶段；首先将素砼垫层先内后外对称凿除；当沉井发生倾斜时，及时调整凿除位置，使沉井平稳的切入土中；（3）初沉时，沉井下沉系数较大，重心高，稳定性差；会出现波动现象，当沉井四个方向（东、南、西、北）高差值偏大时，及时纠偏；（4）初沉阶段沉井偏差过大时，安排挖土人员调整取土仓号或取土部位，控制好每仓之间的取土深度（≤50cm~100cm），当测量高差较好时，要控制好锅底的深度，防止沉井发生突沉事故，确实做到均挖、勤测、勤纠抓土均匀，控制好高差；（5）初沉阶段对沉井下沉的阻力多数来自井底刃脚踏面和底梁底面的土反力，伴随着下沉量的增加，井外侧向摩擦力增加；在施工中采用调整锅底挖土的方式、形状来改变上述土反力的分布状况；2、正常下沉阶段（1）在初沉阶段末期，如沉井的各项技术指标良好，可增加沉井锅底深度，一般锅底深度控制在1.2m左右，可加快挖土速度，减少土反力，从而降低下沉时的阻力，提高施工进度；（2）若在初沉阶段末期，沉井的四个方向控制点高差仍然很大，则按初沉阶段的纠偏要求进行调整，使沉井恢复正常的施工状况；在第二阶段的沉井过程中，四方向控制点的高差大于30cm时，应立即进行纠偏（高差1m左右），外墙刃脚下的土体一定要控制好，不宜挖该处土体，防止产生涌土现象；（3）沉井下沉时，井仓内应对称挖土，均匀下沉，井内土面高差不得大于1.0m；施工时应随时观测下沉情况，若发现倾斜，及时采取纠偏措施，严禁出现刃脚被局部搁置等现象；施工中作好沉井下沉的记录工作，画出下沉的速率图，为终沉施工提供可靠的数据依据；3、终沉阶段（1）当沉井的下沉到最后2m时即进入终沉阶段；挖土锅底形状由“凹”面逐步过渡到“凸”形反锅底，适当放慢取土速度和数量，严格按照均匀对称的原则布置取土范围，当沉井四周控制点高差大于20mm时，应及时纠偏，纠偏方法以调整挖土深度为主，外刃脚土塞部分土体易涌进，不准超挖；终沉阶段是沉井的关键时刻，需要加强观测，严格控制沉井的下沉速率；（2）一旦沉井刃脚踏面标高达到设计要求的标高，立即停止取土，可用大石块抛填，测量密切注意观测，24小时内沉井下沉不大于10mm；沉井施工到位后，测量要求每4~6小时观测一次四角方向高差；（3）下沉要求连续平稳下沉至设计标高，并及时封底，严防下沉过程中停电停沉，待底板混凝土强度达到设计强度后浇筑其余部分；步骤12、助沉措施本工程考虑采用触变泥浆系统进行辅助下沉；沉井下沉到位后，采用水泥浆或水泥砂浆置换触变泥浆；触变泥浆助沉法是较好的助沉减阻方法，且在施工时能在较大程度降低沉井对周围土体扰动影响；触变泥浆在沉井下沉中起着减少摩擦力和维护土壁稳定的作用；1）、施工布置根据现场情况布置泥浆箱，拌浆机1台，压浆泵2台，输浆管道用Φ75的胶管和钢管，压浆管布设采用井内外管法施工，采用1寸PVC管；水平管分别沿环向布置2道位于刃脚以上2.5m、4.5m处，竖管一直接高到井壁以上；在射口处设角钢∟100×100×8长度为20cm组成射口围圈，防止压浆堵塞和直接冲射土壁；为防止地面土层坍塌而破坏泥浆套，设地表围圈；围圈外侧用粘性土回填分层夯实；2）、泥浆制备泥浆采用优质膨润土、石碱和水调制而成（配合比4：1：15），施工中对泥浆的失水量及泥皮厚、静切力、含沙量按常规控制；3）、压浆压浆采用压浆泵，正常压注压力为100～800kPa，压浆采用一个孔一个孔的压注，并随沉井下沉不断补浆，使泥浆面始终保持在地面以上0.3m左右；4）、灌浆沉井下沉完毕后，对沉井外侧的环带进行灌浆以置换膨润土泥浆；水泥浆由普通硅酸盐水泥和水灰比不超0.45的水泥浆组成；灌浆应是水泥和水的均匀混合物，它们的稠度应有足够的流动性；13、沉井接高回填措通过对沉井下沉分析，第一次下沉采用泥浆助沉措施，降低了井外壁侧摩阻力，第三节接高制作后，沉井自重加大，稳定性不满足要求；所以我们在第一次下沉到位、第三节接高制作前，在井内回填砂，形成“凸”形反锅底以增加井内壁摩阻力，从而增大总摩阻力，使得第三节接高稳定性满足要求；1、井内回填防突沉措施：（1）沉井第一次下沉即将到位前，应控制锅底深度，降低下沉速率；此时应尽量保证不对刃脚部位进行掏挖，对已掏挖的部分尽量予以回填；（2）沉井第一次下沉到位后，立即停止泥浆助沉，即刻进行回填；（3）沉井第一次下沉到位后，应控制降水标高，保持地下水标高在刃脚下1m左右，以防止因过度降水扰动土体，降低土体承载力甚至土体塌陷，从而影响沉井稳定性；（4）回填时应先将刃脚部位填实，然后再从中间向四周对称均匀、分层回填；（5）回填过程中应加大监测频率、密切注意沉井标高变化；如有继续下沉趋势，应立即通知小挖机退至沉井中心区域，此时直接沿刃脚周围一圈倾倒回填砂，立即将刃脚周边区域填满，遏止下沉势头；（6）沉井第三节接高制作过程中，也应密切注意沉井是否有沉降，尤其是第三节混凝土浇筑过程中，加密测量；在沉井第三节接高制作过程中，如发现沉井有下沉趋势，应停止接高制作，继续往井内回填砂；（7）由于沉井降水、下沉会扰动周边土体，第一次下沉到位后，应对沉井周边土体进行压实；如有土方塌陷等问题，还应回填后再压实，以保证沉井稳定性。

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