石 海,安振旭
(1.中國市政工程中南設計研究總院有限公司青島分院,山東青島 2661001;2.青島膠州市少海發展管理處,山東青島 266300)
檢查井是設置在地下管線上的一種井狀結構物,為管線檢修、清通、疏浚提供操作空間,并可銜接不同方向、高程、坡度、管徑的管線,是地下管線工程中必不可少的配套設施?!冻鞘泄こ坦芫€綜合規劃規范》(GB 50289-98)對市政管線間及市政管線與建(構)筑物間的最小凈距做出了明確規定。由于青島市區大部分道路未設置非機動車道,而人行道和綠化帶的寬度有限,導致大量的市政管線不得不敷設在車行道上。車行道上的檢查井隨著使用年限的增長,在車輛沖擊荷載的作用下,往往發生井蓋沉陷、井周路面龜裂、凹陷等通病,對瀝青路面造成了破壞,縮短了道路的使用年限,影響了行車的舒適性和城市的景觀效果。
經調查,車行道上的檢查井主要以給水、雨水、污水檢查井居多,這些檢查井主要參照國家建筑標準圖集《排水檢查井》(06MS201-3)進行設計施工,絕大多數為圓形收口式磚砌檢查井,采用粘土磚或粉煤灰磚現場砌筑。據統計,其使用壽命約為7~10 a,砌筑一座檢查井需2~3 d,總工期約一周。
《排水檢查井》(06MS201-3)對磚砌檢查井的材料、地基承載力等提出了要求:墻體采用M7.5水泥砂漿砌MU10磚,井基采用C10素混凝土,地基承載力不小于100 kN/m2,若有不良土層應進行地基處理;井室蓋板采用C25鋼筋混凝土,磚砌檢查井砌體結構內外均應采用1∶2防水水泥砂漿抹面2 cm;檢查井周邊回填土壓實度不低于95%。嚴格按照《排水檢查井》(06MS201-3)進行檢查井施工,大部分檢查井可以達到較長的使用年限。但是,由于磚砌檢查井的機械化施工水平較低、施工單位技術水平良莠不齊等原因,車行道上相當數量的檢查井在使用不久后就產生各種質量通病。
導致檢查井病害的原因很多,除井周回填材料及壓實度不合格,砌筑和調高砂漿不飽滿、強度低,地基承載力不滿足要求外,材料強度低也是一個重要的因素。
理論分析及試驗研究表明,由于砌體結構砂漿層的不均勻性、磚塊和砂漿橫向變形差異的交互作用,使砌體的抗壓強度遠小于磚塊本身的抗壓強度。
(1)砂漿層的不均勻性
由于施工中砂漿鋪展不均,不平整或不飽滿,而磚的吸水性又較強,砌筑后磚塊會吸收砂漿中一部分水分使砂漿層失水收縮;而砂漿本身由于攪拌不均,砂子多的部位收縮小,致使其凝固后的砂漿層凹凸不平,再加之磚塊表面也是凹凸不平的,這就使每塊磚都不是均勻受壓,而是處于壓、彎、剪的復合受力狀態,由于磚塊的抗拉強度較低,當彎、剪共同引起的主拉應力超過磚塊抗拉強度后,其就會受拉開裂。
(2)磚塊和砂漿橫向變形差異
磚砌體受壓時,砂漿的橫向變形大于磚砌塊,由于兩者界面間的粘結和摩擦力產生的相互約束作用,致使砂漿層受到橫向壓應力,磚塊受到橫向拉應力,這種三向受拉狀態會減小磚塊的豎向抗壓強度。
由于上述原因,磚砌體在遠小于磚塊的抗壓強度時就出現了較多的垂直裂縫,這些裂縫的發展最終使砌體的整體性受到破壞而成為離散體。而且粘土磚的耐久性較差,使用7~8 a后就會因水、土腐蝕而出現酥爛、脫落現象,造成磚砌井筒受力不均,在汽車沖擊荷載作用下極易引起檢查井筒的沉陷和傾斜。
由于磚砌檢查井普遍存在強度低、耐久性差、砌筑質量受施工人員技術水平影響大、質量不穩定等缺點,目前,北京、上海、南京、廣州等城市已推廣使用預制混凝土裝配式檢查井。預制混凝土裝配式檢查井具有工廠化程度高、施工周期短、質量穩定、整體性好、使用壽命長等一系列優點,歐、美和日本等發達國家,90%以上的檢查井都是采用工廠預制,現場拼裝。
2012年3月,為避免和減少檢查井病害,提升城市道路工程建設質量,改善道路通行環境,青島市編制完成了地方性《青島市檢查井技術導則及通用圖集》(以下簡稱“《導則和圖集》”),于2012年4月1日頒布實施?!秷D集和導則》在國家標準圖集《預制裝配式鋼筋混凝土排水檢查井》(06MS201-5)基礎上,充分結合青島市的地區特點進行編制,并做了以下改進。
(1)目前,青島市城市道路檢查井多采用磚砌結構,為了盡量避免檢查井、雨水口周路面病害,《導則和圖集》要求盡量摒棄磚砌檢查井,推薦新建檢查井采用預制裝配式鋼筋混凝土或現澆鋼筋混凝土檢查井。
(2)為盡快實現鋼筋混凝土預制構件的規模化生產,減小工程造價,對常用的檢查井規格進行了尺寸歸并,減少構件種類?!秾t和圖集》主推的預制裝配式圓形檢查井分為φ1 000和φ1 500兩種形式,管徑D≤600 mm采用φ1 000的圓形井,管徑D=700~1 000 mm采用φ1 500的圓形井。
(3)目前檢查井尚沒有國家標準,各行業做法不統一,《導則和圖集》根據各市政管線專業要求,對蓋板以上部位做法(包括井筒、井蓋、支座、井周回填、井口細部做法等)進行了統一,具體做法見圖1。
(4)針對常規井蓋容易產生震動噪響、支座高度過小導致井周路面病害等問題,結合青島市實際,對井蓋、支座的重量、尺寸、加工精度等均適度提高了標準。
圖1 城市道路車行道檢查井口部(蓋板之上)做法(單位:mm)
目前應用于車行道的檢查井蓋座普遍重量偏輕,約70~100 kg,井座高度7~10 cm。《導則和圖集》要求新型井座高度不小于15 cm,并適度增加了井蓋座的結構厚度,要求總重量不小于135 kg,這些措施有效地保證井座在周邊瀝青層、混凝土中的嵌固,避免井周路面出現裂縫、破損等質量通病。
(5)對檢查井周瀝青路面與井蓋易產生不均勻沉降的問題,對檢查井周肥槽回填從材料(應采用中粗砂、石粉或粒徑不大于3 cm的碎石等易于壓實的、水穩性好的材料)、壓實工藝、施工要求等方面提高了標準,并對井周肥槽回填材料和壓實工藝提出了明確的要求,能夠避免井周路面與井蓋的不均勻沉降,提高行車舒適性,改善城市道路行車環境,見表1。
表1 檢查井井周回填壓實度
目前,我國預制裝配式檢查井產業尚未形成規模,國內大部分城市還沒有實現檢查井預制構件的工廠化生產,工程造價相對磚砌檢查井較高;但從長遠看,隨著國民環保意識的逐漸增強,粘土磚的禁用,勞動力的短缺,磚砌檢查井會逐步被市場淘汰。將檢查井構件制作工廠化,并形成系列,成為標準化產品,是今后檢查井發展的趨勢,具有廣闊的應用前景。