浅谈旋流池分部分项工程的施工方法

陈志剑

（1.中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆 400013；2.重庆市城镇污水处理工程技术研究中心，重庆 400045）

前言

地下空间作为一种地下资源，自上世纪70年代以来，研究、应用、开发均取得了长足的发展，在国家政策、投资效益、工程技术、地质水文等领域越来越受到关注和重视。随着城镇化建设的推进，城市地下空间的开发利用得到了更进一步的发展；而工业建设领域同样对地下空间资源的价值非常重视，与城市地下空间利用不同的是，工业工程项目对地下空间的利用往往是工艺流程决定的。

现代大型钢铁联合企业的热轧工程和连铸工程的旋流池，一般而言，外径已超过30 m，设计深度已超过30 m，而支护设施入土深度已超过50 m。大型基坑既涉及土力学中典型强度与稳定问题，又包含了变形问题，同时还涉及到土与支护结构的共同作用等等[1]。本文拟对旋流池的两种施工方法进行介绍和比较，同时对施工工法中的重要工序和注意事项进行了论述和分析。

1 旋流池概述

旋流池作为直接冷却水系统的重要水处理设施，因利用水力特点和工艺标高限制，设计成圆形地下钢筋混凝土结构。直接冷却水系统供水主要是向辊道冷却，粗、精轧工作辊、支撑辊冷却，切头剪，卷取机，高压水除磷，冲氧化铁皮，加热炉水封槽及冲渣等用水，使用后的水不仅水温升高，而且含有大量的氧化铁皮和废油。旋流池是以上用户使用之后的冷却水的第一道处理设施，主要作用是除去大颗粒的氧化铁皮，将沉淀之后的一部分水返送加热炉区域冲渣水，大部分水泵送至下一道处理设施。泵站内一般还会设置浮油去除装置。

1.1 旋流池特点

旋流池为地下圆形钢筋混凝土水处理构筑物，主要组成部分有内筒、外筒、泵房和冲渣沟等。冲渣水经厂房内冲渣沟汇流进入旋流池段冲渣沟，进入内筒沿切线方向运动，水流和氧化铁皮渣因重力不同，流速也会产生变化。随着水流的下降，氧化铁皮渣进入底部沉渣区，水流下降到内筒底部后经过穿孔板进入外筒。外筒中设置吸水井，经泵房水泵吸水后泵送至下一级水处理构筑物。

1.2 施工特点

旋流池的主要施工内容由基坑工程和结构工程两部分组成，由于其规模尺寸和开挖深度的关系，基坑工程的开挖、支护、降水均为超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，其施工方案需要进行专家论证和评审。

2 常见施工法

旋流池常见施工方法有大开挖法、沉井法、逆作法三种，大开挖法一般适用于周边场地开阔，地层土质较好的场地，工程实例不多。下文主要论述沉井法和逆作法的特点。

2.1 沉井法

沉井法一般在软弱地基中施工地下构筑物时采用。

沉井法先在场地上制作一定高度的井壁，完成钢筋绑扎、混凝土浇筑并达到一定强度后，利用挖机在井内挖土，靠井体自重随挖土下沉。控制下沉的高度和速度，分节施工，最后进行封底，浇筑底板和其它部位。

沉井分节制作的高度确定是沉井法施工方案的重要内容，分节制作的高度需要考虑每节沉井接高时的稳定性、刃脚处土层的地基承载力，以及平稳下沉过程中的控制力度。高度太高，不利于混凝土浇筑质量控制和平稳有序下沉的施工控制；高度不够，则其重量不足以顺利下沉，增加施工工序，延长了施工工期。此外，还需结合沉井本身的结构，十字梁、悬挑梁以及在中间部位还有与铁皮沟连接的预留洞口的标高位置等，也会影响沉井分节的高度。一般情况下分节制作高度不超过10 m。

2.2 逆作法

旋流池池壁一般采用1 m 厚地下连续墙和1 m厚钢筋混凝土内衬相结合的复合围护结构体，既做围护结构又兼做地下结构的部分外墙，墙体既要承受水土的水平荷载，又要承受竖向荷载，同时起止水防渗作用，即“二合一”墙。

旋流池深度一般为30～40 m，在结构施工时一般采用无支撑逆做法施工：土方分四层开挖；内衬分成四个施工段依次浇捣，前三段为逆做，第四段在底板浇筑后与筒内结构采用顺做法一起施工。

内衬墙分层高度一般为7～10 m，施工时重点关注和把控分层段前后工序的施工方法和施工质量。第一段施工时，应按设计预留顶板、梁的插筋；第二段施工时，应预留泵站平台及梁的插筋，按冲渣沟尺寸预留衔接孔洞及插筋，并在段间埋设止水钢板，待筒内结构施工至冲渣沟标高时，在图示具体位置凿穿旋流池的地下连续墙，按设计图纸连接内外冲渣沟。

为了防止新浇注混凝土在自重的作用下引起模板支撑下沉，可采用黄砂分层回填的方法来控制，施工缝处绑扎搭接钢筋插入后，再在其上浇注素混凝土垫层。

下一施工段支模时，在与上一段接触处往坑内方向支设出漏斗型模板，避免因混凝土凝固时的细微收缩而在施工缝出现间隙，同时在上段混凝土浇筑时设置钢板止水带防止渗水漏水，保证环向施工缝处墙趾混凝土的振捣密实。

3 主要工序

3.1 沉井

沉井混凝土浇筑完成之后，待混凝土达到100%设计强度后，方可开始进行下沉。在沉井下沉施工时，一般采用外筒壁周围加土下压下沉法，使土和地面保持平衡，控制下沉时土体塌陷的影响在最小范围以内。

在下沉初期往往会造成的一定的倾斜，一般情况下，是因为刚刚开始时重心偏高，井壁四周摩擦力小，下沉系数很大。因此在沉井挖土前，沉井的刃脚先采用人工分层掏挖，然后通过汽车吊将砂土、砼垫层运出井外。由于初沉时沉井在砂中下沉，因此只要分层挖出井内填砂，沉井即可开始下沉。

施工过程中，在施工区域可靠位置，需要布置后视水准点和后视方位，保证各控制点、基准点稳固可靠，随时进行复测、校正。

3.2 封底

沉井封底根据地下水位的影响一般可分为排水封底和不排水封底两种，当沉井基底无渗水或少量渗水时可用排水封底；当沉井基底渗水较多且通过排水降低水位存在困难时，采用不排水封底。

排水封底一般也称为干封底，受地下水影响较小，作业环境较好。混凝土浇筑时注意与刃脚或槽内的结合，按四周向中央的方向进行浇筑，厚度控制在每层300～500 mm，振捣密实至无气泡和浮浆。层与层间浇筑时间间隔必须控制在上一层初凝之前，并控制插入深度，当井内有隔墙时应前后左右对称地逐孔浇筑。混凝土养护过程中逐步停止降水，直至底板混凝土强度达到设计强度停止所有降水工作。

不排水封底是指水下浇筑混凝土，浇筑前做好准备工作，清除浮泥。封底混凝土用导管法灌注或用推石灌浆法灌注，浇筑过程中要控制导管的插入深度，并考虑措施保证浇筑的连续性。

汪洪枫等介绍了某炼钢厂旋流池工程采用干封底方式的工程案例，同时提到了采用干封底方式，根据现场情况随时准备采用不排水封底的预案研究和准备[2]。

3.3 降水

降水的目的是为了保证施工期间的安全，降低承压含水层的水头和潜水层的水位。旋流池由于其深度较深，一般会遭遇地下潜水和承压水，因此既要考虑支护结构的渗水和突涌，还要验算坑底的突涌。一般的降水方法有集水明排、轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井等，以上方法也可以复合采用。陈志永介绍了采用“井点降水+坑内明排”降水方法的工程案例，解决了基岩面较高而开挖深度较大的问题[3]。张具寿等介绍了在上海环球金融中心塔楼的基坑上也采用了这种方法并强调了大型基坑的施工采用深井减压降水的重要性和必要性[4]。

考虑到基于传统的达西稳定流理论发展的解析法在确定降水技术方案确定上的局限性，数值法在处理复杂的水文地质边界条件，含水层的非均质各项异性，以及地下水的非稳定流特征等更有针对性，席鹏采用Visual Modflow 软件在某钢厂旋流池基坑降水工程中得到了进一步的验证[5]，在抗突涌验算和确定技术方案上得到了很好的运用。

3.4 护壁

地下连续墙的护壁工序在成槽、下钢筋笼、混凝土浇筑工序中有着非常重要的作用，作为前置工序的护壁，其施工质量控制，因此也更显得尤为重要。

由于泥浆具有一定的相对密度，在槽内存在一定的静水压力，对槽壁上的侧向土压和水压有一定的抵抗作用，可有效防止槽壁的坍塌和剥落，保证槽壁的稳定性。除此之外，泥浆还起到护壁、携渣、冷却、润滑的作用。地下连续墙施工应采用优质膨润土泥浆护壁，尽量保证泥浆比重的合理性，确保成槽槽壁得到可靠的泥浆支撑作用。

施工过程还要注意地方和国家环保管控要求，不合格泥浆不得入槽再次循环，应排入废浆池集中存储，废浆应及时用专用封闭罐车集中外运至环保部门指定地点进行处置。

4 注意事项

4.1 纠偏

根据施工条件及土质情况，沉井施工过程中要随时关注井的形态，应如发现偏斜，视具体情况分别确定应对之策。

1）入土较浅时，如发生倾斜，只需在刃脚高一侧进行挖土，在刃脚低的一侧保留较宽的土埂适当填砂，通过本体的重心调整来达到纠偏的目的。

2）沉井位置如发生扭转，可在沉井的两对角取土，另外两对角填土，借助刃脚下不相符的土压力所形成的扭矩，使沉井在下沉进程中逐步纠正到位。

纠偏还需考虑控制在合理的高度范围内进行，下沉到距设计标高2 m 以上时的纠偏是合适的高度范围，保证纠正的准备度，监控逐步下沉。下沉到距设计标高～0.5 m 时，必须保证没有偏差或者偏差在可允许范围内。

除此之外，还需要考虑遇到沉井不沉、沉井突沉等不利情况时的原因分析和应对之策。

4.2 监测

信息化施工监测是深基坑工程施工的重要手段，对施工过程中的支护结构及周边环境的动态变化实行动态即时的监控，是非常必要的。同时可以根据监测结果调整优化施工参数，科学有效指导施工[6]。

监测项目一般有如下内容：墙顶位移及墙体位移；水平及竖向钢筋的应力变化；坑周围土体位移及深层沉降；坑外水位观测；坑外50m 范围地表土体沉降监测。

需要注意的是，根据《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》(住建部37 号令)，建设单位应当委托具有相应勘察资质的单位对按照规定需要进行第三方监测的危大工程进行监测，而施工单位也应当按照规定对危大工程进行施工监测。

4.3 应急处理

工程施工前应编制应急预案，建立应急救援组织机构，成立应急救援小组，确定应急响应程序，保障人员材料设备的资源供应。

5 结论

本文重点论述了两种旋流池结构工程中常见而成熟的施工方法，论述了主体结构和措施工程的几个关键施工工序。针对此超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，提出了信息化监测的重要性，类似Visual Modflow 软件的应用在未来数字化设计和信息化施工中将越来越广泛，越来越受到重视。