淺析某污水管道工程沉井施工的施工技術及質量控制

摘 要：某污水管道工程，主要功能是將蘆村廠大門上游污水經過本工程所排設污水管道排入蘆村廠四期進水泵房。污水管道采用頂管施工方式，管材采用鋼筋混凝土管，工作井及接收井采用沉井，為永久性構筑物。沉井施工技術選用與質量控制是關鍵。

關鍵詞：污水管道工程 沉井 施工技術 質量控制

某污水管道工程，主要功能是將蘆村廠大門上游污水經過本工程所排設污水管道排入蘆村廠四期進水泵房。污水管道全長約560m，采用頂管方式施工。本工程施工期為2012年3月～2012年9月。本工程采用頂管施工的管道為d1500、d1650及d2000鋼筋混凝土管，d1500采用Ⅲ級鋼筋混凝土管，d1650、d2000采用Ⅱ級鋼筋混凝土管。用于制作Ⅱ級及Ⅲ級鋼筋混凝土管的混凝土強度等級不低于C50，且管端200mm～300mm范圍內增加環筋的數量和配置U型箍筋或其它形式加強筋。主管沉井工作井2座，沉井接收井1座，騎馬井1座。沉井采用圓形井，工作井內徑為7.5m，接受井內徑為5m。本工程頂管工作井及接收井均采用鋼筋混凝土沉井施工，沉井為永久性結構，在頂管施工結束后繼續履行檢查井的功能。其中工作井沉井壁厚60cm，刃腳高度1.7m，厚度0.8m，踏面寬度30cm。沉井下沉到位并封底后，在沉井頂部設置一圈30cm厚的鋼筋混凝土擋土墻，高度80cm，確保頂管施工過程中人員安全。根據本工程地質勘探的土質情況，本工程沉井下沉中要穿越亞粘土夾亞砂土、粉質性粘土層，故采用排水下沉方式。由于沉井井高（包括刃腳）9.8m，故分2次制作，分二次下沉。本工程的沉井施工技術選用與質量控制是關鍵，其能否順利推進，將關系到后續頂管能否順利推進。本工程沉井施工技術及質量控制作如下闡述：

一、沉井施工工藝流程

1、工藝流程：基坑土方開挖→基坑排水→沉井刃腳制作→沉井第一節井壁制作→井點降水→沉井挖土下沉→沉井第二節井壁制作→沉井挖土下沉→沉井封底→養護→上部現澆。

二、沉井施工方法如下：

1、基坑開挖

（1）、土方開挖

根據設計施工圖要求及現場土質實際情況，基坑采用機械開挖，輔以人工修整，開挖放坡為1：0.33，深度為1.5米。

（2）、排水

根據地質資料，沉井要穿越粉質粘土、粉土層，故本工程排水分為基坑排水及井點降水二種形式。

基坑排水：在基坑開挖及其他工序施工時，基坑內采用明溝排水，即在基坑四周挖0.5m×0.5m排水溝，引入1m×1m深1.5m集水井內，然后用水泵排除積水。

井點降水：由于本工程地下水位較高，頂管工作井需采取降水措施。根據現場察看，采用大口井點的降水措施。根據現場實際情況，我方井點降水管材采用DN300雙壁波紋管，井點布置于每個井位4點，距離井2m處，井點深度根據地面往下18米，采用深井真空泵抽水；根據工程施工需要，為保證沉井施工時施工順利，井點降水在沉井下沉前3天進行，因為混凝土施工特點，井點降水需在沉井砼底板澆筑強度達到設計強度時停止，以防止地下水及流砂涌出底板，導致砼底板被破壞或更嚴重的后果。

2、沉井刃腳墊層及刃腳磚模施工

為了避免沉井制作過程中沉井產生過大的不均勻沉降，在人工夯實地基的基礎上，在沉井刃腳處鋪設砼墊層、砂墊層。為保證砂墊層的密實性，要選用級配較好的中粗砂，鋪設時分層夯實。然后在砂墊層上澆筑C15素砼墊層。C15素砼墊層要進行準確定位放線，因直接作底模用，根據要求立模、澆搗、養護，表面保持平整，標高準確。再用100#機制紅磚75#水泥砂漿砌筑磚模，磚模每2M留垂直縫，與砼接觸面抹水泥砂漿后鋪二層油氈。

3、模板、鋼筋工程

根據施工圖紙在磚模上拼裝刃腳不等邊角鋼，經校核無誤后，電焊固定。然后進行立模、扎筋；施工時先立內側模板，再扎鋼筋，最后立外側模板。

模板結構在施工中十分重要，它不僅控制著構件的尺寸、形狀的準確，而且直接影響著砼澆筑質量和施工進度，因此模板主要采用鋼模，局部使用木模，模板拼縫應緊密，接縫處可以填嵌油灰，保證不漏漿。沉井井壁采用Φ14mm穿墻螺栓固定模板，為滿足抗滲要求，在螺栓中間焊一4X70X70止水鐵片，螺栓兩端各加焊一4X50X50止水鐵片。井壁底板預留槽用5cm厚木模配制，在立模同時，井內搭設滿堂支撐，增加模板穩定性。第二節沉井模板不能支撐于地面上，模板底部距地面不小于1m。模板立好后，檢查其位置、高程、垂直度。

本工程所用鋼筋的種類、規格等應符合設計要求，并具有出廠質量證明書及力學性能報告。鋼筋表面要潔凈，不得有銹皮、油漬、油漆等污垢。冷拉鋼筋的機械性能必須符合規范要求，鋼筋必須順直，調直后表面傷痕及銹蝕不應時鋼筋截面積減少。鋼筋彎曲成型后表面不得有裂縫、鱗落或斷裂等現象。鋼筋的調直、切斷、彎鉤、綁扎成型均采用冷加工的方法進行。使用前按規定見證取樣，送有檢測資質的檢測單位作試拉、試彎等試驗。需焊接的鋼筋作同樣要作焊接試驗。施工中須代換鋼筋，應符合規范規定和征得設計部門的同意。鋼筋綁扎時與模板間應設置足夠數量強度不低于構件設計強度的砂漿墊塊，墊塊應相互錯開。分散布置，鋼筋焊接綁扎均要符合設計要求和規范規定，同一截面鋼筋頭數量要符合規范規定，豎向雙排鋼筋間設置連接筋，水平雙層鋼筋間設置馬蹄鋼筋支撐，以確保鋼筋排距。主筋d>20采用電渣壓力焊，d：﹤20采用搭接焊。鋼筋的搭接焊縫厚度不小于6mm，搭接長度雙面焊時不小于5倍鋼筋直徑，單面焊時不小于10倍鋼筋直徑。在搭接長度范圍內，受力鋼筋接頭截面積不得大于總面積的25%。鋼筋錨固長度HPB235級鋼為31d，HRB335級鋼為35d。搭接長度為1.2倍錨固長度。相鄰受力鋼筋的綁扎搭接接頭要相互錯開。鋼筋綁扎搭接接頭連接區段的長度為1.5倍搭接長度，凡搭接接頭中點位于該連接區段長度內的搭接接頭均屬于同一連接區段。

4、腳手架及其它輔助工程

在立模、扎筋及砼澆筑的每一分部時，由于高度較高，都需搭設滿堂鋼管腳手架，并及時搭設施工用木便道，以便施工人員操作；同時在砼澆筑時，及時搭設施工用倉面腳手架。內外腳手架的搭設要滿足澆筑砼時的各種荷載疊加的承載能力、剛度和穩定性要求，多設斜撐和剪刀撐，外腳手架應按規定設置拋撐，扣件應緊固，一保證腳手架的穩定與牢固。

5、砼工程

砼工程是沉井工程的關鍵之一，它質量的好壞，將直接影響到沉井工程結構的質量。砼工程由澆筑前的準備工程、砼攪拌、運輸、澆筑和養護組成。

本工程采用商品砼，以保證砼質量。砼澆筑時采用泵送方式進入模板內。砼自由傾落高度不應超過2M，如超過2M，應采用吊椽或溜槽等緩沖措施。井壁砼澆筑應按井壁四周均勻對稱分層澆筑，底板澆筑時應按一定順序方向進行澆筑；砼要隨澆隨平，不得堆積，嚴禁使用振搗平倉；如有粗骨料堆疊時，應均勻分布于砂漿較多處，嚴禁用砂漿覆蓋；在新舊砼施工縫處，應對施工縫進行鑿毛和沖洗處理，并保持濕潤，但不得積水，在砼澆筑前，應先鋪一層厚度為20-30mm與砼成份相同的水泥砂漿。砼澆筑完畢后，根據實際情況適當采取灑水、覆蓋草袋保養措施。

砼澆筑時在現場及時按規范要求制作砼試塊，同條件養護試塊也同時制作，并做好養護工作，及時送檢。在砼試塊檢測合格情況下才能進行下道工序施工。

砼施工完畢拆模后，井壁內、外側露出拉筋應鑿深2.5mm，且從根部將多余鋼筋割掉，再用高標號水泥砂漿抹平，加刷瀝青，避免鋼筋由于水滲入而銹蝕。

6、沉井下沉

（1） 沉井下沉計算

地面至刃腳底高度為11.1m，基坑深1.5m，實際下沉深度為9.6m。沉井高度為9.8m，分兩節制作，二次下沉。第一節高度為5.3m，第二節高度為4.5m。第一次下沉5m，第二次下沉4.6m。

沉井終沉系數按下式計算：

K=（Q-B）/（Tf+R）

=（Q-B）/[πDfh+0.6πDf（H-h-2.5）+R]﹥1.15

其中：Q：沉井自重及附加荷重（KN）

B：被井壁排除的水重（KN），采取排水下沉時，B=0；

Tf：沉井與土之間的摩阻力（KN/m2）

R：刃腳反力（KN），如果施工時刃腳底挖空，R=0

H：井筒下沉高度（m）

h：井筒外壁呈階梯形部分（刃腳）高度（m）

D：沉井刃腳外壁直徑（m）

D：階梯形沉井上部外壁外徑（m）

f：刃腳壁單位面積摩阻力（kpa）

f：階梯形沉井上部外壁所受的單位面積摩阻力（kpa）

1）沉井第一次下沉5m，沉井第一節自重：（由于沉井配筋較多，容重取25KN/m3）

Q=3.14X（4.35X4.35-3.75X3.75）X3.6X25 +3.14X（4.55X

4.55-3.75X3.75）X1.7X25-0.5X0.7/2X8X3.14X25=2149KN

沉井第一次下沉時穿越亞粘土夾亞沙土、粉質性粘土，f、f取25kpa，則井壁摩阻力：

Tf=3.14X9.1X1.7X25+0.6X3.14X8.7X25X（5-1.7-2.5）=1542KN

采用刃腳底挖空方式下沉，所以R為0

故：k=（Q-0）/（Tf+0）=2149/1542=1.39>1.15，可以下沉。

2）沉井第二次下沉4.6m，沉井第一節、第二節自重：

Q=3.14X（4.35X4.35-3.75X3.75）X3.6X25+3.14X（4.55X

4.55-3.75X3.75）X1.7X25-0.5X0.7/2X8X3.14X25+3.14X（4.35X4.35-3.75X3.75）X4.5X25=3866KN

沉井第二次下沉穿越粉質性粘土，f取20kp，f取25kpa則井壁摩阻力：

Tf=3.14X9.1X1.7X20+0.6X3.14X8.7X25X（9.6-1.7-2.5）=3181KN，R取0，

故：k=（Q-0）/（Tf+0）=3866/3184=1.21>1.15，可以下沉。

（2）沉井下沉

本工程沉井由于高度為9.8m，故分二次制作，分二次下沉。第一節砼強度達到設計強度才可挖土下沉，第二節砼強度要達到70%才可挖土下沉。

沉井下沉采用挖掘機配合人工取土下沉法。主要優點：施工速度塊，直觀性好，地基土質情況容易分辨；施工過程中不產生大量泥漿，對現場文明施工管理有利；施工場地限制不大，適合本工程施工場地狹小的特點。

當第一節沉井砼強度達100%設計強度時，開始挖土下沉。下沉前先鑿除刃腳素砼墊層和磚胎模，墊層拆除應先內后外對稱進行，并用人工將井內碎磚清理干凈。在沉井四周井壁上畫上測量標尺寸、并設立水平指示尺。素砼墊層鑿除后，采用挖機配合人工將砂取出，初沉階段挖砂從井內中部開始向四周均勻對稱地擴展。沉井挖土主要采用長臂挖機開挖，人工配合修邊，保證開挖分層均勻，對稱進行，采用先中央，后四周，即先在中部下挖約40-50cm，并逐漸向四周均勻擴挖，至距刃腳1M再分層挖除刃腳內側土臺。長臂挖機挖出土方直接裝車，并運輸到指定地點。人工修邊所挖出土方采用汽吊吊運并裝車，同樣運輸到指定地點。

沉井剛開始入土時，由于井體重心高，容易產生偏斜，操作必須十分謹慎，入土半數后，可加快下沉速度。為了控制沉井設計標高，避免超沉，最后2M應放慢下沉速度，同時根據土質條件，預留適當的自沉量。整個下沉過程中要不斷進行標高觀測，每班至少應測量兩次。

沉井下沉過程中，有時會出現傾斜、位移及扭轉等情況，施工中加強觀測，及時發現并采取措施糾正，在糾偏中同時防止過量或超沉。

產生傾斜的可能原因有：

（1）、刃腳下土質軟硬不均；

（2）、拆刃腳墊架時，抽出承墊木未對稱同步進行，或未及時回填；

（3）、挖土不均，使井內土面高低懸殊；

（4）、刃腳下掏空過多，使沉井不均勻突然下沉；

（5）、排水下沉，井內一側出現流砂現象；

（6）、刃腳局部被大石塊或埋設物擱住；

（7）、井外棄土或施工荷載對沉井一側產生偏壓。

操作中針對原因予以預防，如沉井已經傾斜，就采取在刃腳較高一側加強挖土并在較低的一側適當回填砂石，并配以井外射水，或局部偏心壓載，使偏斜得到糾正。待其正位后，再均勻分層取土下沉。

位移產生的原因多由于傾斜導致，如沉井在傾斜情況下下沉，則沉井向傾斜相反方向位移，或在傾斜糾正時，如傾斜一側土質較松軟時，由于重力作用，有時也沿傾斜方向產生一定位移，因此預防位移應避免在傾斜情況下下沉，加強觀測，及時糾正傾斜。位移糾正措施一般是有意使沉井向位移相反方向傾斜，再沿傾斜方向下沉，至刃腳中心與設計中心位置吻合時， 再糾正傾斜，因糾正傾斜重力作用產生的位移，可有意向位移的一方傾斜后，使其向位移相反方向產生位移糾正。

下沉過程中做到均勻，對稱出土，挖土先中中央后四周均勻對稱進行，以保證井體均勻下沉嚴格控制泥面高差，糾偏時不可大起大落，避免沉井偏離軸線，糾偏幅度不宜過大，頻率不宜過高。沉井在終沉階段應以糾偏為主，在下沉至距設計標高1m以上時基本糾偏，糾正后謹慎下沉，在沉井刃腳接近設計標高30cm以內時，必須不再有超出允許范圍內的位置及方向偏差，否則難于糾正。

7、沉井接高

由于沉井為分節制作，分節接高，故要設置施工縫。砼施工縫處理本工程采用鋼板止水帶，施工前鑿毛并清理干凈；內外模采用對拉螺栓固定，對拉螺栓中間設置防滲止水片；鋼筋密集部位和預留孔底部人工振搗，保證結構密實。沉井每次接高時各部位軸線位置保持一致、重合，及時做好沉降和位移監測。接高施工過程中嚴禁沉井發生傾斜和突然下沉。

8、沉井封底及底板施工

沉井下沉至設計標高，高程偏差滿足設計要求及施工規范規定，且在8小時內累計下沉量不大于5mm時，方可進行封底。封底時井點降水繼續，并穩定保持地下水位距坑底不小于0.5m；在沉井封底前用大石塊將刃腳下填實。砼封底澆筑從四角刃腳開始，向中央推移，再在封底砼上做防水層，然后進行底板鋼筋綁扎及砼澆筑。為了避免井內滲水沖蝕新澆砼，封底前在基坑內設集水井、鋼板管，集水井內預埋D1000鋼板管（管下部有滲水孔，鋼板管采用ζ=10mm鋼板），底板砼強度達到設計強度并滿足抗浮要求時，封填集水井、停止井點降水。

9、上部現澆鋼筋砼擋墻

在沉井封底結束后，為保證后續頂管施工安全，在沉井頂部澆筑30cm壁厚、高度為80cm的鋼筋砼擋墻。鋼筋砼擋墻從鋼筋綁扎、模板支立、砼澆筑等嚴格按規范進行。

三、質量控制

主要分沉井制作和下沉質量控制。沉井制作質量控制分為：鋼筋工程、模板工程、砼澆筑、腳手架的質量控制。鋼筋工程從鋼筋外表、種類、數量、加工成形等方面控制。模板工程施工前先作模板預拼，校核平面尺寸和平整度等，并檢驗模板的結節點，全部合格后使用。

砼澆筑嚴格控制配合比，澆筑時充分振搗到位，澆筑完畢及時養護。腳手架保證適當的寬度、步架高度、離墻距離，滿足工人操作、材料堆置和運輸需要，具有穩定的結構和足夠的承載能力。沉井下沉時加強觀測，及時糾偏。

1、質量檢查

（1）、自檢

操作工人每天下班前，對自己操作的該部位分項工程進行自行檢查，檢查質量是否符合設計和規范要求，不符合要求處及時修正。各作業班組班長及班組質量員對施工完畢的分項工程進行自檢工作，發現問題及時修正，并做好自檢記錄。

（2）、互檢

每完成一個分部工程或分項工程，由項目負責人、質量總監、質量員、施工組織班組長、班組質量員和主要技工進行互相檢查，應做好檢查記錄，相互督短，取長補短，共同提高。

（3）、交接檢查

每完成一道工序，由項目負責人、質量總負責、質量員、施工員組織有關工種班組進行工序交接檢查，并辦理交接手續，做到責任分明，不符合規范要求，不準進入下道工序施工。

（4）、隱檢

分部工程中每一分項工序完成須及時進行隱檢驗收，隱檢由項目部組織質量總負責、質量員、施工員、監理、甲方和各班組長進行驗收，驗收合格后進入下道工序，并做好隱檢記錄。

2、質量檢測

（1）、工程質量實行兩級檢查，三方監督，即在班組自檢互檢的基礎上，項目質量員與施工員負責復核，公司抽檢和定期質量大檢查。工程質量由建設單位、監理公司和本公司質監部門三方監督。

（2）驗收標準。《給水排水構筑物工程施工及驗收規范》（GB50141-2008）

結束語

經過本工程的沉井施工，有幾點啟示：1、首先要根據地質報告和施工圖進行沉井下沉進行驗算，從而確定下沉方式，這是沉井下沉能否成功的先決條件；2、沉井的制作質量要嚴格控制，要保證足夠的牢固度，不至于下沉過程中出現開裂等現象；3、沉井下沉過程中要加強檢測，及時糾偏，使沉井按設計要求下沉到位。本工程沉井施工采用了成熟的施工工藝及合理的降水措施，加上嚴格的質量控制措施及安全施工措施，在施工過程中及時消除質量隱患及安全危險源，從而確保了施工的順利實施，同時也為后續頂管施工打下了堅實的基礎。

參考文獻

[1] 《給水排水構筑物工程施工及驗收規范》（GB50141-2008）

[2] 《質量檢查員（市政公用工程）專業基礎知識》。

作者信息

孫震南，身份證號：32022219721012207X