鋼筋混凝土檢查井優化設計研究

陳梓遷，周俊兆，劉靜偉

（1.中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北 武漢 430060；2.武漢市規劃研究院，湖北 武漢 430022；3.中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

市政管網系統是城市基礎設施建設的重要組成部分，在城市范圍內控制好水循環，離不開市政管網的收集和轉輸。市政管網設計主要包括管道和檢查井的設計，為統一檢查井形式，我國在2006年推出了《市政排水管道工程及附屬設施》06MS201圖集，該圖集已應用10年有余，現今仍為檢查井標準圖集，被廣大設計院所采用。現行檢查井圖集雖已經過實踐的檢驗，但還是難以應對工程中日益增長的品質要求和經濟標準。傳統的市政用檢查井分為磚砌檢查井、鋼筋混凝土井和塑料檢查井。磚砌檢查井因其對施工水平要求高，耗時費力，因此除在較淺和不規則的檢查井中采用外，較多地方已經停止使用磚砌檢查井。塑料檢查井，其具有水力條件好、施工工期快、占地面積小、節約能源、節約材料的優點，但因工藝制造、材料等限制，其總體經濟性較差。鋼筋混凝土井是常規采用最多的一類檢查井，其具有建造成本低，井體強度高，井身穩固性強等優點，本文結合施工與設計剖析現行鋼筋混凝土井，通過優化設計解決其在實際應用中的不足。

1 現用混凝土檢查井特點

檢查井是設置在管線轉彎、變徑、交匯、變坡處，同時兼具檢修功能的一類構筑物。以下從檢查井管井接口、井體拼裝、井蓋井體銜接和水力條件等方面進行探討。

1．1 鋼筋混凝土井與管道連接

鋼筋混凝土井與管道連接一般采用剛性連接。鋼筋混凝土管道直接插入檢查井預留孔洞中，再進行水泥砂漿封口密實，對接口較為平整的塑料管道，如PVC U平壁管等，為增強管材與檢查井的連接效果，需對管外壁預先粗化處理，如用膠粘劑、粗砂預先附于管道外壁，再用水泥砂漿將管端砌入井壁上，對外壁不平整的管材，如纏繞結構壁管、加筋加肋管等，采用現澆混凝土包封管道并插入井壁上再施做一層包封使之與檢查井形成一個整體。隨著地面荷載的長期作用，檢查井與管道發生差異沉降，如圖1，管道與井連接處附近應力過于集中，達到管道可承受最大彎矩后，管道被折斷。

1．2 構件間的連接

圖1 管道檢查井受力示意圖

現澆混凝土檢查井井體、井蓋板和井筒是分批澆筑成型后拼裝而成，其連接采用水泥砂漿連接，為剛性連接。裝配式混凝土井采用多級井體和井筒拼裝，接口形式一般采用平口或企口，其銜接形式同樣采用水泥砂漿連接，使整個多級構件形成一個剛性整體構件。普通水泥砂漿作為砌筑和封口材料，強度低、收縮量大，同時在水的沖擊和侵蝕作用下，逐漸破碎，產生滲漏。

1．3 檢查井井座與井口圈的連接及井蓋標高調整

井座與井口圈的連接采用螺栓連接。預先將螺栓埋入井口圈的設計位置和深度，在井座安裝時以螺母鎖緊。井座安裝時難以調整到設計標高，安裝困難，勞動強度大，質量難以保證。很多學者通過病害調查和理論分析，認為檢查井出現病害的主要原因是車輛荷載的沖擊和檢查井與路面的沉降差異引起。同時在運輸、存放、安裝帶有預埋螺栓的井口圈時，易損傷螺紋，在保護螺栓的同時，井口圈堆疊放置受限。

1．4 井內流槽制作

檢查井流槽是保證水由管道進入井體后仍舊具有良好的水力條件，同時減少水對檢查井的沖擊，提高井結構的耐久性。現階段檢查井流槽一般為現澆制作，待檢查井體安裝完成和管道銜接結束后，在吊裝蓋板和連接井筒前進行現澆制作。采用這種方式制作的流槽控制精度較低，對工人操作性要求高。

1．5 檢查井體配筋

國標圖集GB 06MS201 5，第8頁，φ700檢查井井體配筋，720mm高井室配筋面積為785.40mm2，箍筋環數為10環。類比鋼筋混凝土管道配筋計算，初設條件定為DN700鋼筋混凝土圓管，埋深5m，120°砂石基礎，采用C30混凝土制管，鋼筋設計強度采用300N/mm2，計算配筋量如表1所示。

φ700檢查井井室配筋量與埋深5m的DN700鋼筋混凝土圓管配筋量相當，而橫向放置的混凝土管承受豎向荷載遠大于豎向的檢查井體承受的水平土壓力，根據圖集進行配筋的井室配筋量偏大。

表1 φ700鋼筋混凝土圓管配筋表

2 混凝土井優化改進措施

2．1 連接方式優化

調整剛性管井連接為柔性連接，防止地基不均勻沉降引起管道破裂。管井柔性連接的做法主要有3種，可根據實際情況采用，如圖2所示。（1）以特種密封橡膠套圈套于管道接口上，插入井室預留孔洞，以管井之間的擠壓力壓縮橡膠套圈，使接口嚴密。（2）井室與管道間填充防水泥膏代替水泥砂漿。（3）預先澆筑完整的檢查井承插口，管道與檢查井采用橡膠密封圈承插連接。

圖2 檢查井與管道柔性連接設計圖

檢查井各構件間采用普通水泥砂漿易破碎滲漏問題和管道與井的剛性連接可采用同一思路解決。在構件連接處采用柔性膠圈接口，提高接口密封性；采用新材料，可在普通水泥砂漿連接料中添加 混凝土密封增強劑形成環氧樹脂水泥砂漿，在連接部位形成一種半剛性結構，減小收縮裂縫緩解水力沖擊，具體設計如圖3所示。

圖3 檢查井各構件間柔性連接設計圖

2．2 井座、井口圈設計優化

針對水泥砂漿調整層性能弱，耐久性差等缺點，可換用不同厚度鋼板插入井座底部，調整井蓋頂面高程與路面的標高一致。路面沖擊荷載不再作用在水泥砂漿層上，路面平整度得到保證，行車不受檢查井蓋的影響。為提高井口圈的運輸效率，可預先在井口圈預制時埋入螺栓套筒，將螺栓與井口圈分離，安裝時將螺栓擰入預埋套筒中，再行加蓋井座并擰緊螺母，如圖4所示。

圖4 井座、井口圈連接及加固措施優化設計圖

2．3 檢查井內流槽制作

預制檢查井流槽或制作裝配式流槽，減少現場現澆制作，采用預制和裝配式的流槽可以保證外觀提高結構的精密度。現階段檢查井室主要為圓形和矩形檢查井，可考慮設計多邊形井室，如六邊形、八邊形等，在確保水力條件的前提下，滿足多角度多管線的合理接入問題。

2．4 檢查井配筋優化

檢查井井體上的作用力有：（1）車輛荷載或地面堆積荷載的作用；（2）豎向土荷載對井筒的側向土壓力。忽略井中水和井外地下水對井體的作用。荷載對井體的作用分為直接作用在井蓋上和井蓋邊。

地面車輛荷載直接作用在井蓋上時對檢查井只產生正壓力，根據《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60 2015）取車輛單輪輪壓為140kN，車輪對井筒豎向壓力＜1MPa，C25～C30強度混凝土足以承受。地面車輛荷載作用在井體附近，則會對井體產生側向土壓力與水平土壓力一同對井產生彎矩作用。

車輛荷載產生的豎向壓力標準值：

式中，qvk為輪壓產生的豎f向壓力標準值，KN/m2；Qvk為地面車輛荷載單個輪壓標準值，kN；a1為單個車輪著地部分長度，m，取為0.6m；b1為單個車輪著地部分寬度，m，取為0.2m；c為輪壓傳遞擴散系數，收口井取為0.7，直口井取為1.4；ud為動力系數，按表2取值；H為荷載傳遞深度，m。

表2 動力系數表

式中，qhzk為側向土壓力設計值，KN/m2；ka為主動土壓力系數，取為1/3γG為車輛荷載或堆積荷載的分項系數，取為1.40；土荷載分項系數，取為1.27。

豎向土荷載對井筒的側向土壓力：

式中，Fsv·k為側向土壓力設計值，kN/m2；γs為回填土重力密度，kN/m3，取為18kN/m3計算；Cd為開槽施工土壓力系數，取為1.2。

經計算可繪制荷載分布曲線，如圖5所示。

圖5 組合荷載分布曲線圖

分析可知，距地面越近，檢查井所受側向土壓力越大，最大作用值位置在檢查井頂，深度在2.0m處最小，深度在10m處，側向土壓力荷載仍小于頂端處。因對檢查井的井筒受力應以頂端位置為控制點。

式中，Km——彎矩系數，取0.125；γ0——井筒計算半徑，m。

式中，r1為井筒內徑，mm；r2為井筒外徑，mm。

經計算可繪制彎矩分布曲線，如圖6所示。通過計算可得：直口和收口檢查井在上部彎矩大小接近，設計時可采用同一配筋形式，采用C30混凝土澆筑的井筒，抗拉設計強度為1.43N/mm2，因此除構造配筋外，可在1.5m以下井筒范圍內不配鋼筋。

3 結語

結合檢查井實際使用中的情況，在現行國標圖集的基礎上，提出對現階段檢查井施工和設計的優化方案，以期為市政排水用檢查井圖集的修編工作提供借鑒意義。優化方案如下：（1）管與井、井體構件建議采用柔性連接；（2）井座墊層建議采用鋼制調節塊代替水泥砂漿調節層；（3）為提高井口圈運輸效率和保護螺栓螺紋，建議井口圈預制過程中埋入螺紋套筒；（4）對井體進行受力分析，結果表明在1.5m以下范圍除構造筋外可不再配置鋼筋。

圖6 彎矩分布曲線圖