大型沉井工程的质量控制.docx

大型沉井工程的质量控制 sjq大型沉井工程的质量控制说明： 本文将针对大型沉井工程的特点，结合本人多年的技术管理经验，对影响沉井施工质量的关键因素逐一进行分析、论述，在此基础上，提出相应的对策，以保证沉井施工的质量和安全。近年来，随着沉井施工技术的逐渐成熟，沉井施工的优点也逐渐被人们认识，这种施工方法的应用也越来越广泛。但沉井毕竟是一种技术要求、管理要求都很高的施工方法，施工方案不合理、下沉过程中控制不好或采取应急措施不及时、不可靠等，均可能导致重大质量及安全事故。为了避免出现上述情况，对沉井的控制必须树立“全过程控制”和“预控为主”的观念。全过程控制包括项目建议书阶段、可研阶段、勘察阶段、设计阶段、施工阶段及使用阶段等。由于项目建议书阶段、可研阶段涉及面很广且以经济指标为主，这里不做分析。本文主要就全过程控制中的勘察、设计、施工及使用等几个阶段的质量控制进行描述。按我国的基本建设习惯做法：勘察、设计一般由勘察设计单位实施，施工阶段由施工单位实施，最后移交给建设单位（业主）使用。由于各个阶段由不同的单位实施，作为建设单位或其委托的监理（咨询）公司应该从勘察、设计阶段就对影响沉井工程质量的各种因素进行控制，并做好各个阶段的衔接工作。沉井施工单位虽然介入较晚，但仍要对地质勘察资料和设计图纸进行必要的核对和核算，尽量预先找出不合理或错漏的地方，避免留下隐患。一、勘察阶段的质量控制1、勘察阶段主要解决两个问题：选址和为设计、施工提供可靠的地质资料。选址的控制主要有两个基本原则： 在条件允许的情况下选择合适的、有利于沉井施工的地址； 在地点已经固定的情况下：对所选地址处的地质、水文、气候条件进行论证后，给出初步的方案建议，明确是否适宜采用沉井施工方案。如果沉井是一个单体或相对独立，它受到地点的限制较少或不受限制，如：岸边取水泵房、城市排污泵房等，可以在较大范围内选址，这时应按上述第种原则处理。如果沉井是一个系统工程的一部分，如：火电厂的循环水泵房、翻车机室，大型工厂内的排水泵站等。由于整个系统的厂址已经确定，沉井地点只能在有限的范围内进行选择，这时应执行第个原则。勘察阶段涉及到第二个问题是：为设计、施工提供可靠的地质资料。沉井对地质资料要求很高，要求勘察单位必须提供可靠、准确、详细的地质资料，否则就可能导致错误的设计和计算，进而导致沉井稳不住或沉不下去的情况，其后果可想而知。因此，对前期的工程勘察质量必须进行有效的控制。2、勘察阶段质量控制内容及要点：（1）对勘察人和勘察设备的质量控制由于勘察是通过点、线来推测地质断面和空间布置，因此要求勘察人有过硬的专业知识、丰富的勘察经验及严谨的工作态度；同样，勘察设备必须有一定的先进性和精确度，否则无法提供可靠的基础数据。上述要求应该在确定勘察单位时明确提出来，它是保证高质量勘测成果的基本要求。（2）勘察纲要（方案）的质量控制主要检查方案是否有针对性；勘测点、线、网是否合适，是否覆盖所有沉井区域及沉井影响区；勘探深度是否满足沉井下沉、降水深度的需要。（3）勘察成果的控制对勘察成果的检查，除了按常规标准进行验收外，还有必要组织专家进行评审，专家组成一般包括：有经验的勘察、设计、施工方面的专家及本工程的设计人员等。来自不同岗位的专家将会从各个角度对勘察成果进行评审，如果勘察成果不能满足要求或存在问题，应要求勘察单位进行补勘或完善，直到满足要求。二、设计阶段的质量控制要点1、设计阶段首先要根据工程所在地的气候、水文资料、地质资料及勘察单位的初步建议进行详细的计算，确定是否适合沉井？这是设计的关键环节，应进行多方案比较。方案比较一般包括技术和经济两个方面，基本要求是“技术可靠、经济合理”，经济往往根据具体的技术方案确定，所以本文主要从技术方面描述。设计时，从技术方面应该考虑以下几个问题：（1）设计地点是否存在不良（利）地质现象，如：江（河）岸边存在的软弱土层、土层中含有大量夹礓石或大块坚硬岩层等。软弱土层可能导致井筒倾斜或沉到设计标高后稳不住；土层中含有大量夹礓石可能导致井内挖土困难，尤其是在采用水力吸泥机进行挖泥时；大块坚硬岩层则会导致井筒无法下沉到设计标高。（2） 沉井周围是否有大型或重要的建（构）筑物。由于沉井的不可预见性比较大，下沉过程中如果出现管涌、流砂等现象，就可能会影响周围建（构）筑物的安全。（3） 施工场地是否受到限制。采用大开挖方案存在占地面积大、土方量多的弊端。如果施工场地有限或土方运输堆放有问题，则应考虑是否可以采用沉井方案。2、在确定适合采用沉井施工工艺后，进一步明确采用哪种制作方案。制作方案主要有以下几种：一次制作、一次下沉，多次制作、一次下沉，多次制作、多次下沉等。具体选用哪种方案也应该进行方案比较。“一次制作、一次下沉”仅适用于小型沉井，由于井筒没有施工缝，所以结构的整体性、抗渗性都较好；“多次制作、一次下沉”多用于大型沉井，这种方法对基底承载力要求较高、模板用量大，但可以保证连续下沉、下沉周期短，风险相对较小。“多次制作、多次下沉”即：制作一段、下沉一段 ，这种方法下沉周期长，如果地下水位发生较大变化时，会出现异常情况，风险较大。但它可以减少模板及脚手架用量，筒身高度小，施工便于控制。确定制作方案时，必须初步计算沉井终沉时的下沉系数（终沉系数）。计算终沉系数主要是校核井筒下沉到设计标高后是否能稳的住，这时按最有利的不排水下沉考虑，如果计算得到的下沉数大于1.1，这表明井筒刃脚反力（包括隔墙底的反力）、井壁与土间摩擦力及井筒浮力三者的和小于井筒自重，这时井筒沉到设计标高后仍然会继续下沉，沉井是不安全的。而相反的情况是沉不下去，这种情况可以在施工中采取附加荷载、振动或采用泥浆套、气套等方法使井筒下沉，设计时一般不作校核。对于稳不住的情况，可以采取增大刃脚、减少砼壁厚的方法；还可以采取预留顶部一部分筒身，等沉井封底、底板施工结束后，再施工顶部筒身。长江沿岸某电厂的循环水泵房就采用这种“预留一部分筒身”的施工方法：该泵房刃脚底到0.000高度为17.8米，井筒平面尺寸为34.840.25米。由于厂址处各土层地基承载力普遍较差，根据各种参数及地下水位计算出下沉到设计标高时，该井筒的下沉系数远大于1.1，所以该工程最终确定的设计方案为：先制作13.8米，下沉到设计标高后进行封底和底板施工，最后再施工-4.0000.000米段筒身。从实际施工及设备运行效果来看，这个方案案是成功的。3、确定采用哪种沉井方案后，应明确基底土是否需加固，加固采取哪种加固方案？对大型泵站（水泵运行时有振动）或基底土较弱的基底应进行加固，加固方案主要有：注浆、灌注桩、预制桩等。其中注浆是在沉井底板结束后，用预埋的注浆管注浆加固；而灌注桩、预制桩是在沉井施工前将桩打入预定的深度。结合多年来的实践，本人倾向于采用注浆、灌注桩等加固方案。对预制桩（方桩或管桩），由于其抗水平推力差且存在接缝薄弱点，在沉井中很容易倾斜或折断，不建议采用。4、如果设计方案中，和沉井连接的管道采用顶管施工，则设计时必须考虑顶管的工作面问题。工作面包括顶管操作空间和后座支撑。操作空间要考虑到顶进设备的尺寸、管道吊运和安装空间、管道顶进操作空间等；而后座则要进行受力计算，根据顶推力对后座进行校核，并明确顶推力的最大允许值，以保证井筒结构及隔墙的安全。5、设计时，尽量将井筒、底梁设计成双向对称形状，保证井筒重心在中间，这样能避免出现倾斜现象，减少下沉控制难度。6、设计时采用的资料、数据必须详细、可靠，对关键参数如地基承载力等，必要时进行施工勘测进一步予以确认。三、施工阶段的质量控制1、设计交底及图纸会审的控制（1）设计交底及图纸会审的目的有两个，一是使施工单位及其它参建单位了解工程特点和设计意图，找出需要解决的技术难题，并制定解决方案；二是在减少图纸的差错，避免在施工中留下质量隐患。所以要想使交底及会审取得理想的效果，设计、施工、建设（监理）单位必须做好充分的准备工作，尤其是施工、建设（监理）单位。（2）施工、建设（监理）单位应充分熟悉图纸并进行一些必要的校核及核算，找出图纸中错误、不明确或不合理的内容；同时初步确定施工方案，用施工方案和设计图纸对照，找出设计中是否存在不易或无法操作的现象，在会审时和设计单位沟通、交流并提出建议变更方案。（3）设计交底时应要求设计单位明确：设计意图、特殊的工艺要求、施工中的特点、难点及注意事项等。（4）对沉井图纸来说，除了一般内容外，会审时应特别注意以下几点：设计图纸和地质勘探资料是否吻合？地基处理方法是否合理、可靠？如采用后期注浆加固，注浆管如何预埋，如何临时封堵？顶管或连接管的标高、位置、尺寸是否和井筒上预留孔一致？顶管或连接管预留洞口采用哪种封堵方案？井筒施工缝处（分段制作时）止水方案是否可靠，底板和井壁接合处的止水方案是否可靠？由于沉井所受的水压差都很大，一般要求止水方案为双道设防。2、施工方案控制进行施工方案设计前，首先必须精确确定几个基本而重要的参数：渗透系数：一般由勘测单位提供。但使用时，应考虑它测定的时间，并根据季节变化进行修正。如枯水季节测定的渗透系数一般偏小，如果降水时间为讯期，则应进行修正，必要时可以在现场打几口试验井进行实测。地基承载力：包括井筒制作时基底承载力、下沉过程中的地基承载力及终沉刃脚标高处的地基承载力。下沉范围内各土层的摩擦系数及土层厚度。在明确以上基本参数后，才可以进行施工方案的设计及计算。方案设计主要内容如下：（1）下沉时间（季节）的选择下沉应尽量安排在枯水季节或地下水位较低的季节进行。地下水位高，一方面增加了降水机械数量及降水费用，同时在沉井过程中容易出现管涌、流砂现象，导致井筒突沉、倾斜，大大增加了沉井的施工难度和风险。如果限于工程工期要求，必须在汛期或高水位季节下沉，则必须采取可靠预防措施，具体措施，本文将在后面详细说明。（2）确定井筒制作方案井筒制作的大原则如：是一次制作还是多次制作等，一般在图纸设计时都已明确，在施工方案中的关键是进行砂垫层、砼垫层及胎模的设计计算。计算时必须保证制作过程筒身稳定性。砂垫层厚度及砼垫层厚度分别采用下面公式计算：hs=G0/fk-L （1）hc=（G0/R-L）/2 （2）其中：hs为砂垫层厚度，G0为沉井单位长度重量（kN/m），fk为地基承载力（kPa），L为刃脚扩大后踏面宽度（m）， hc为砼垫层厚度（m）， R为砂垫层承载力（kPa）。计算刃脚底砼垫层时，在满足垫层厚度的前提下，应在垫层内垂直于筒壁方向配置一定数量的钢筋：因为砼为脆性材料，且不均匀，如果局部受压破坏，可能导致筒身倾斜。（3）降水方案如果采用排水下沉方案，则要设计降水方案。由于沉井的深度都较大，一般降水都采用管井降水。管井降水的涌水量计算应以修正后的渗透系数进行计算。管井布置时应注意以下两点：一是由于井筒下沉过程中，会在下沉区域内形成锅底（破坏棱体），如果管井离沉井外壁太近，虽然能减少管井深度，但管井容易被破坏；但如果太远又会增加降水成本，所以管井离沉井的距离应综合考虑；二是管井布置时，在来水方向（江、河边的靠水侧）应多设置管井，这对江、河中渗过来的水可以起到拦截作用，提高降水效果。管井降水施工宜分步实施，先试打一部分管井，用这部分管井对渗透系数、出水量、降水效果等进行验证，有把握后再全面实施。汛期下沉时，应适当增加管井数量及备用泵数量。（4）下沉方案的选择下沉方案是沉井施工的核心内容，它直接决定了沉井施工的成功与否。下沉方案有三种，即：排水下沉、不排水下降、部分排水下沉。排水下沉有挖土深度便于控制、下沉偏差容易纠正、遇到孤石等障碍物容易处理、封底质量有保证等优点，目前在施工被中广泛采用。而在排水有困难或有严重流砂现象的区域，则采用不排水下沉或部分排水下沉。如前文所述，图纸设计时，设计人员已初步计算了终沉系数，在最有利的情况下，沉井到位后是能稳住的。但在确定具体方案时，还必须对初沉系数及终沉系数进行详细的计算。初沉时，由于井壁还没有产生摩阻力，下沉公式为：K= G/fk*L （3）其中： G为沉井重量（kN），fk为地基承载力（kPa），L为踏面面积（m2）。终沉时的下沉系数按以下公式计算：K=（G-F）/（fk*L+Rfs） （4）其中：F为井筒在水中的浮力，Rfs为摩阻力，其余符号意义同公式（3）。由于摩阻力是由各土层的摩擦系数、土层厚度加权平均值计算所得，因此，这些参数的准确性是至关重要的，否则可能导致沉井稳不住或沉不下去的情况，后果是很严重的。这一点在前面勘察阶段的质量控制中已经作了阐述。井筒在水中所受的浮力F是确定下沉方案的重要依据。计算时分别按三大类方案进行验算：如是排水下沉，则浮力F为0；如果为不排水下降，则F为自然地下水位以下井筒排开水的重量，此时所受浮力最大；部分排水下沉则介于两者之间。计算结果以满足终沉稳定的要求为准，再反过来确定下沉方案。（5）异常情况及紧急情况的应对措施由于沉井施工中的很多不确定性，施工前必须对可能出现的各种风险进行分析，逐一列出风险清单，分析其可能导致的后果，并对主要风险制订应对措施。一般沉井过程中的主要风险及应对措施如下：序号风险名称风险后果风险应对措施备注1外部线路停电或内部故障停电等停止降水，地下水位上升，出现管涌、流砂现象，井筒倾斜、突沉备用柴油发电机（容量根据排水泵及其它应急机具用电量确定）、采用双回路2管井破坏（破坏梭体滑移）、深水泵损坏导致地下水位上升出现管涌、流砂现象 加强观测，井筒四周土体有明显沉降时，应暂停下沉；备用深水泵，水泵损坏时及时更换，必要时，增设管井3井壁裂缝影响结构安全、形成严重渗漏井筒砼达到设计强度后方可下沉；对称拆除隔墙下砂堤或垫木；保证井筒四周土压力均衡4出现管涌、流砂井筒倾斜、扭转、突沉等现象抛石压底、回灌水5有严重流砂、较厚的软弱土层井筒倾斜、扭转、突沉等现象采用冻结法施工6下沉过快、突沉不易控制、超沉放慢井内取土速度，井外回砂、抛石压底、回灌水7下沉受阻影响工期、增加成本，无法达到设计标高采取附加荷载、振动或采用泥浆套、气套等方法，如遇孤石应及时排除8周围建、构筑物下沉影响建、构筑物安全加强观测；出现不不正常情况时，暂停下沉，分析原因，采取可靠措施上表中仅列出一些常见的异常情况，具体工程中还要根据工程特点有针对性的分析，才能抓住工程的风险点，保证工程顺利实施。（6）其它应注意的事项编制方案时，还要注意排除雨水及地面其它明水，这在汛期及多雨季节尤为重要。可采取设拦水坝、拦水明沟或轻型井点等方法（轻型井点可同时提高表层土壤承载力）。避免雨水或其它明水流入沉井破坏棱体内进一步减弱井壁四周土体稳定性。另外，沉井井壁上的预留孔洞必须有可靠的封堵方案，可采用砖砌、法兰板封堵等。一般这些孔洞较大，一旦封堵不牢，井壁外土壤、地下水会涌入井内，对井筒内作业人员的安全构成威胁，还会破坏沉井的平衡，这一点施工中应特别注意。3、下沉过程控制要点（1）在井壁四面中间弹上中轴线，在四角标上高程标尺，如果是圆形井筒则在四个对称点上进行标注。下沉过程一般2小时观测一次垂直度及高程偏差，发现超标应及进行纠偏，以免积重难返。在接近下沉终点一定距离或出现异常情况时，应加大观测密度。（2）垫层、砂堤或垫木应对称拆除，矩形沉井应先拆中间部分，再拆四角。（3）随时掌握地下水位的高度，如果是排水下沉或部分排水下沉，应控制好地下水位的高度。否则按方案中异常情况的应对措施进行处理。（4）井筒下沉时，井格内应对称挖土，先挖底梁及隔墙下的土，再掏挖刃脚下的土；井格内各土面高差不能太大，一般在1米以内；下沉过程中不能出现梁及隔墙被搁置而刃脚悬空的现象。4、封底、底板施工质