大屯煤矿徐庄井（即大屯井）主井井塔设计总结

　一.工程主要特点
　　徐庄矿井（原名大屯井）是大屯煤矿最早动工的一对矿井，设计年产量90万顿。其地理位置紧邻微山湖西岸。该地属地震区。基本烈度为7度强，设计按7.5度设计。其地质情况表土层层厚近170米，以下为岩石层。竖井深度400米。主井井壁先采用沉井法施工。沉井底部为现浇，以上采用钢筋混泥土予制块整浇成井壁。井壁每一层高一米，各放六片预制块，预制块之间（水平方向）留一米空间，后浇成整体。沉井时高压水冲刷井底，壁外设泥浆槽以减少摩擦阻力。但沉井中由于深10米以下多有礓石（泥结如石），沉井几次受阻，最后至深80米处的砂层不下去，下部乃再改用冻结法施工。因考虑可能产生的偏斜，沉井的内径有8米，（提升孔径只需5米）后加40厘米厚钢筋混凝土复壁，内径变为7.2米。沉井施工中倾斜68厘米。故井口比实际需要的大。
　　由于沉井施工在遇到困难时曾用高压水过分冲刷井底，引起井底涌砂，沉井突然下沉，造成沉井四周天然地面向泥浆缝槽坍塌，地表形成大的漏斗形凹陷，后被填以松土及砂石。（见图1）故该处地表土是疏松的。在凿井时所立的临时井架基础自1973年3月至1975年8月共下沉26~34厘米。见图2。（基底压力约仅为5T/M2）
同时，由于沉井井筒与下面冻结法井筒内径相差较大，上下段的联接构造复杂，原设计在联结处设计有座于实土上的大壁座，在冻结法井筒段设有二个较小壁座，但1973年施工时被取消，故又设计于复壁与沉井井壁之间增加了抗剪槽口及加焊锚筋作为弥补措施。
　　所以本工程的主要特点是地基情况特别复杂，这对决定井塔型式特别是基础方案带来很大困难。
　　二.基 础 设 计
　　对于基础方案，由井筒旁松软不均的土质，显然不能采用天然地基。对于桩基，则也因地基土变化复杂，且地下有沉井施工用的套井等障碍物，很难决定桩的布置，也不能采用。故设计只有尽可能采用井筒支承的基础。
对于采用井筒支承，由于沉井井壁外原为泥浆，摩擦力甚小，（壁后未注浆，如注浆要好些，惟效果也难判定）而沉井井壁、复壁与井塔、基础等的自重甚大，传至-81米联结处的总荷重达12，990吨（由基础传下7500吨）。此荷重除考虑沉井井壁自重3500吨由沉井下部土壤阻力承受外，（因施工中阻力大于自重而不能再沉）其余由冻结法井壁（包括内复壁）承受。荷重的传递考虑40%由复壁直接传予冻结法施工的井壁，60%由沉井井壁通过齿槽传予联接处的厚复壁再传递至下面冻结法施工的井壁。见图3。而冻结法井壁如果标号较低有亦不能承受传来的荷重。为此设计曾作了调查研究。冻结法施工井壁的混凝土配制标号为300号，壁外温度 -3℃ ~ -5℃。施工质量在一般水平以上，28天强度达150号。设计考虑了混凝土后期增长的强度。按外壁200号，内壁250号计算，安全系数为1.5。故最后确定仍采用钢筋混凝土井塔与井筒所口盘基础。
由于沉井井壁外均为松土，且地面处松土范围大于采用井筒所口盘基础的大小，如不增加措施，则井塔所受的地震加风力（25%）之水平力（299吨）将产生过大的位移，井筒将承受不了过大的弯矩。因此设计在地面土坍塌范围之外设了环形撑墙。利用墙外的被动土压力抵抗水平力。见图4。图中环形撑墙之小弧拱乃利用剩余之予制沉井井壁片连接而成。井塔锁口盘基础与井壁、复壁的受力图见图5。锁口盘基础的受力模型见图4。下部井筒与基础视为固接。（其连接钢筋可以承受计算弯矩）根据光弹实验固定点高低对基础内应力影响很小。图5之M图为考虑地震时之井筒弯矩。
　　由于基础外设有环形撑墙，为了构造简单，便于施工，基础乃采用倒园台型式。基础系利用有限单元程序进行电算。其最大拉应力见图6 a、b，钢筋布置剖面见图7。由应力曲线看，基础之径向拉应力较小，可仅配置构造钢筋。本工程基础的上部径向钢筋以及竖筋主要起架设环向钢筋的作用。
　　基础施工用砌砖为侧模。惟因环形撑墙较深，施工时由于缺少防止塌方的措施，以致在环形撑墙之外产生了几十立方米的塌方。后将此类松土挖起，用100号素混凝土充填。
　　本工程倒园台基础的工程量较大，共1200M3，（不包括撑墙）造价占土建造价的30%。此大块基础施工时的混凝土水化热影响根据前几年施工井塔基础的实践，且施工在冬季，故仅考虑分二层施工与构造配筋，未出现问题。

　　三.设 计 考 虑 滑 模 施 工 的 措 施
　　井塔按荷载受力与围护的需要，采用外箱形内框架型式的钢筋混凝土结构。由于顶层绞车大厅需要的面积大，而下面各层不需要那么大，为了节约并便利基础设计，设计乃将顶层绞车大厅于对称二边挑出。设计充分考虑了滑模施工的便利，对各楼面梁与屋面梁的位置包括受煤仓仓壁做到尽量上下对直，使井塔自基础至屋面除楼板与部分次梁外，墙壁、大梁与受煤仓壁均利用滑升模板施工。见图8。
　　过去滑模施工的爬升顶杆一般均考虑回收。但由于高塔滑模各种阻碍较多。回收顶杆十分困难。（多数只回收一半左右）实际上是多耗用了钢材。故我们在设计时对各带壁柱及门洞边的竖钢筋，结合滑模千斤顶爬杆的需要用ф25来布置，（见图4.因施工滑模用的是卡块式油压千斤顶，故用螺纹钢）从而减少了滑模施工的耗钢量。
　　本工程受煤仓布置亦紧靠外墙。过去设计都于该外墙处设梁，（梁宽度大于壁厚）滑模施工时于梁下伸出钢筋，待滑模施工后再接捣下部仓壁。本工程设计即利用井塔墙壁为受煤仓仓壁，厚度亦为22厘米，漏斗斜钢筋与壁内竖筋采用焊接。壁内竖筋的留法：当滑模施工至该处时，于壁上留孔，将钢筋下端留出，（长短隔排错开）待施工漏斗时将钢筋扳出，与漏斗斜钢筋进行焊接。见图9。
　　顶层绞车大厅的悬挑部分过去一般在中间和角上均设悬挑梁承受荷重，因角上的悬挑梁宽度大于墙壁厚度，施工工序较多，本工程在角上设计成直接用墙壁悬挑，在下部墙壁内放滑模施工所需的劲性骨架。这样施工简便。虽然宽度仅22厘米，施工中未感到大的问题。其布置与骨架详见图10。
　　对后浇楼板与滑模墙壁的联结方式。设计采用已在姚桥井和孔庄井（大屯煤矿之另两对矿井）主井井塔中用过的做法，即在壁内予埋角钢，施工楼板时与钢筋焊接。这种方式质量较好，而施工简便。见图11。

　　四.简 化 刚 性 罐 道 钢 套 架 布 置，取 消 组 合 钢 架，节 约 成 倍 型 钢
　　过去井塔内的刚性提升罐道套架一般提升孔四角立组合钢柱，钢柱之间每层设两道组合钢梁以固定刚性罐道，这样所用的钢材很多。本工程于提升孔旁共三根组合钢柱，去掉全部组合钢粱，仅于提升孔中间加一根钢砼梁以支承钢柱。见图12。这样用钢量仅为过去方式的三分之一。（全部用套架需21吨，此种套架用钢仅7吨）。
　　由于罐道旁的梁亦系滑模施工，而罐道安装不允许偏移太大。故设计对滑模偏差的要求较高。要求各楼面中心的距离偏差以及罐道梁边的位置偏差均不超过10毫米。施工结果亦满足了需要。
　　对塔身的受力曾利用华东建筑设计院大型计算机和当时新编的三维程序进行验算。
　　本工程在投产两年后，设计人员曾去现场进行回访，实感使用正常，煤箕斗提升和卸煤时钢套架没有什么震动，井塔内沉降观察没有倾斜，情况良好。