深圳市政頂管工程沉井制作與下沉施工技術(shù)

潘志坤

摘要：近年來，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，各級(jí)城市對(duì)市政管網(wǎng)工程不斷新建及改造，受施工場(chǎng)地、條件限制、環(huán)境復(fù)雜、管線密集繁多等因素影響，無法明挖施工時(shí)部分管網(wǎng)工程采用頂管工藝進(jìn)行施工，保證工程施工安全及促進(jìn)工程進(jìn)展。本文通過實(shí)際案例，結(jié)合施工背景、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況、施工安全可靠性等對(duì)沉井施工技術(shù)進(jìn)行了探討，可為今后類似地質(zhì)情況的沉井施工提供有益的參考。

Abstract： In recent years， with the development of China's social economy and the progress of urbanization， cities at all levels have continued to build and renovate municipal pipe network projects. Affected by factors such as construction sites， conditions， complex environments， and intensive pipelines， some pipe network projects adopt jacking construction when open excavation cannot be used to ensure the safety of the project construction and promote the progress of the project. In this paper， through the actual case， combined with the construction background， site geological conditions， construction safety and reliability， the construction technology of the caisson is discussed， which can provide a useful reference for the construction of caisson in similar geological conditions in the future.

關(guān)鍵詞：市政工程;強(qiáng)風(fēng)化;沉井;泥漿助沉

Key words： municipal engineering;strong weathering;caisson;mud assisted sinking

中圖分類號(hào)：TU473.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）35-0214-04

0? 引言

本工程為深圳市龍崗區(qū)某市政污水管道工程，由于管道較長(zhǎng)，經(jīng)過的地質(zhì)條件及現(xiàn)場(chǎng)條件較為復(fù)雜，管道埋深6.8m～12.8m，施工采用頂管法，工作井及接收井采用沉井法施工，不阻斷交通，避免開挖施工對(duì)居民生活和交通的干擾，以及對(duì)環(huán)境建筑基礎(chǔ)的破壞。

沉井的關(guān)鍵技術(shù)是通過合理的設(shè)計(jì)使其平穩(wěn)下沉到設(shè)計(jì)高程，下沉過程中井壁與周邊土體的摩阻力和刃腳端部阻力是沉井能否順利下沉的主要因素，下沉阻力分布規(guī)律與多種因素有關(guān)。本文以此工程沉井施工為例，計(jì)算不同井位的下沉系數(shù)，對(duì)沉井下沉施工過程進(jìn)行指導(dǎo)。

1? 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

本污水管道施工工程起止于兩道次干路之間，頂管工程施工段全長(zhǎng)485m，共新建工作井4座，接收井3座，井壁均為階梯式圓形結(jié)構(gòu)，其中W1、W3、W5工作井內(nèi)徑6.5m，上部壁厚0.8m，刃腳部位壁厚0.95m;W7工作井內(nèi)徑6.5m，上部壁厚1.2m，刃腳部位壁厚1.35m;W2、W4、W6接收井內(nèi)徑4.5m，壁厚0.8m，刃腳部位厚度0.95m，沉井深度9.79m～16.20m。

1.2 水文地質(zhì)情況

根據(jù)設(shè)計(jì)圖，在勘探揭露深度范圍內(nèi)，場(chǎng)地地層自上而下主要由碎石素填土、素填土、粉（砂）質(zhì)粘土、細(xì)砂、殘積土（砂巖）、全風(fēng)化砂巖及強(qiáng)風(fēng)化砂巖組成。具體井位處地質(zhì)情況及土體單位摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值見表1、表2，需計(jì)算不同井位處下沉系數(shù)來指導(dǎo)沉井下沉施工。

根據(jù)勘察資料顯示，場(chǎng)地地下水位埋深一般較淺，埋深在1.5～3.0m之間，參考工程區(qū)附近已有工程勘察資料中的水文觀測(cè)資料，本場(chǎng)地地下水位年變化幅度為0.5～2m。根據(jù)地勘報(bào)告，注水試驗(yàn)結(jié)果：素填土透水性中等～強(qiáng)、（粉）細(xì)砂（局部少量）透水性中等，其他土層透水性弱～微。

2? 工作井、接收井下沉計(jì)算

2.1 下沉系數(shù)計(jì)算

2.1.1 W7井計(jì)算

因W7井下沉深度最大，達(dá)16.2m，以此井為例計(jì)算，本工程沿沉井深度有多種類型土層，具體地質(zhì)情況見前章，單位摩阻力取各層土單位摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值的加權(quán)平均值，根據(jù)土層分布可得：土加權(quán)平均單位摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值fka=（4.473×14+9.4×30+2.316×35）/（4.473+9.4+2.316）=26.29kPa。

根據(jù)《給水排水工程鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》

①下沉系數(shù)計(jì)算Kst=Gk/Fka

②穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算Kst，s=Gk/（R+Tf）

式中Kst為沉井下沉系數(shù)，Kst，s為沉井穩(wěn)定系數(shù)，Gk為沉井側(cè)壁自重值（kN），R為刃腳反力（kN），F(xiàn)ka為沉井外壁摩阻力（kN）。

工作井上壁內(nèi)徑6.5m，壁厚1.2m，外徑D=6.5+1.2×2=8.9m，外周長(zhǎng)為3.14D=27.946m，刃腳部分壁厚1.35m，外徑9.2m，外周長(zhǎng)28.888m。由結(jié)構(gòu)圖可知h=3.0m，H=15.4m，總摩阻力Fka=（0.5×0.5×26.29×5+26.29×7.4）×27.946+26.29×3×28.888=8633.55kN

Gk=451.07m3×2.5t/m3×9.8N/kg=11051.22kN

Kst=Gk/Fka=11051.22/8633.55=1.40>1.28，則自重滿足下沉條件。

R=（3.14×4.62-3.14×4.12）m2×450kPa=6145.55kN

Kst，s=Gk/（R+Fka）=11051.22/（8633.55+6145.55）=0.75，滿足終沉階段穩(wěn)定性要求。

2.1.2 其他井位下沉系數(shù)計(jì)算

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，W1-W6井靠自重?zé)o法完成沉井施工，若采用加載重量下沉需要的加載材料量很大，且影響沉井作業(yè)，本工程采用泥漿助沉，單位摩阻力取值5kPa，取W1為例，則Tf=796.23kN，K=5.74>1.05，可保證完成沉井施工，在沉井下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將水泥（砂）漿或其他材料從底部壓入，將原先側(cè)壁外的泥漿擠出。待水泥（砂）漿凝固后，沉井穩(wěn)定，本工程基底土層均為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，穩(wěn)定系數(shù)不需計(jì)算。

2.2 沉井抗浮計(jì)算

封底后工作井抗浮驗(yàn)算時(shí)，工作井重除井壁重量外，需計(jì)算背墻、井底底板及封底混凝土重。以W7井為例計(jì)算。

Kfw=GK/Fbfwk

式中：Gk—井壁及井內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)自重;

Fbfwk—水浮托力標(biāo)準(zhǔn)值，γw=10kN/m3，地下水位高程42.67m，刃腳底部高程30.95m;

則Kfw=（477.60×2.5×9.8+46.43×2.4×9.8）/（3.14×4.62×10×11.72）=12793.23/7787.05=1.64>Kf=1.0，抗浮能力滿足要求。

同理求得W1-W6井均能滿足抗浮要求。

2.3 沉井封底計(jì)算

本工程采用排水下沉，干封底施工，不需進(jìn)行封底計(jì)算。

3? 沉井施工

工藝流程：測(cè)量放樣→基坑開挖→混凝土墊層→搭設(shè)腳手架→安裝刃腳部位內(nèi)模板→鋼筋綁扎→安裝刃腳部位外側(cè)模板并加固→刃腳部位混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護(hù)→拆除模板腳手架→第一節(jié)下沉→后續(xù)節(jié)段施工及養(yǎng)護(hù)→沉井下沉→沉井封底→養(yǎng)護(hù)→澆筑底板。

3.1 工作井、接收井制作

根據(jù)本工程的特點(diǎn)與設(shè)計(jì)規(guī)范要求，本工程沉井采用多節(jié)制作、分節(jié)下沉的方法，每層分節(jié)2.4m。

3.1.1 測(cè)量放樣

根據(jù)業(yè)主、設(shè)計(jì)提供的坐標(biāo)控制點(diǎn)及標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)為依據(jù)，對(duì)沉井所需的軸線及高程進(jìn)行測(cè)量放樣。沉井采用極坐標(biāo)定位控制軸線形成方格網(wǎng)控制。

3.1.2 刃腳施工場(chǎng)地開挖

刃腳部位施工前先采用機(jī)械開挖1.5m深基坑，并進(jìn)行場(chǎng)地平整，保證沉井制作能夠均勻下沉，基坑直徑比井壁外側(cè)直徑大1m-1.5m。為保證制作沉井的地基具有足夠的承載力，防止沉井制作過程中發(fā)生不均勻沉降，基坑形成后澆筑20cm厚素混凝土，以保證基底的承載力。

3.1.3 刃腳支設(shè)

本工程的施工條件分析，刃腳內(nèi)側(cè)采用磚砌支設(shè)。根據(jù)中心控制樁和沉井中心樁，在混凝土墊層上放出沉井外邊線，然后根據(jù)圖紙尺寸分別放好刃腳邊線。磚模和刃腳接觸處涂刷瀝青作為隔離劑，每隔3m設(shè)一條伸縮縫，便于拆除磚胎模。

3.1.4 鋼筋施工

鋼筋制作按設(shè)計(jì)要求，每節(jié)井壁豎筋，一次綁好，水平筋分段綁扎，上下節(jié)井壁連接處，按《給水排水構(gòu)筑物施工及驗(yàn)收規(guī)范》，伸出主筋接頭錯(cuò)開。本工程縱向受拉鋼筋錨固長(zhǎng)度38d，鋼筋連接采用搭接焊，焊縫長(zhǎng)度雙面焊不小于5d，單面焊不小于10d，且焊縫須錯(cuò)開。鋼筋按圖紙所示的位置準(zhǔn)確地安裝，鋼筋的所有交叉點(diǎn)均要綁扎，立模前鋼筋兩側(cè)綁好帶鐵絲的混凝土墊塊，確保鋼筋的保護(hù)層厚度。

3.1.5 腳手架施工

雙排腳手架立于地面之上的立桿底部設(shè)10cm×5cm的墊木，每根立桿的支墊面積應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。腳手架立桿縱、橫距為1.5×1.2m，步高1.8m。沉井內(nèi)部對(duì)撐成整體，外部設(shè)置拋撐，確保腳手架穩(wěn)定。架面板鋪設(shè)鋼制腳手板或50mm厚木板，按現(xiàn)行相關(guān)的施工及驗(yàn)收規(guī)范施工。

3.1.6 模板施工

①井壁的內(nèi)外模板全部木模拼裝施工。木模采用黑色竹膠合板，尺寸為2.44m×1.22m×15mm。豎背楞采用250mm一道的50×100mm方木，橫背楞采用雙[10#槽鋼彎曲定型，拉桿采用中間焊止水板（滿焊）的？準(zhǔn)14拉桿，按650mm一道對(duì)拉進(jìn)行加固。

②模板安裝：放模板就位線→焊接模板定位鋼筋→安裝內(nèi)、外模板臨時(shí)固定→安裝穿墻螺桿→調(diào)整模板垂直度→拉通線校正墻體平整度→驗(yàn)收。

③木工模板的制作尺寸要準(zhǔn)確，無錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，接縫要求平整、不漏漿。先安裝下部模板，模板安裝并按加固要求施工完后，要全面檢查，牢固穩(wěn)定后再進(jìn)行下道工序施工。

④為使模板便于脫模，且脫模后井壁表面平整光潔，模板表面涂刷脫模隔離劑，以盡量減少模板與混凝土之間的粘結(jié)。

⑤模板拆除先拆外模再拆內(nèi)模，先拆上部模板再拆下部模板。模板拆除時(shí)不得碰撞混凝土表面。拆除模板經(jīng)施工技術(shù)人員同意，分段進(jìn)行，嚴(yán)禁用撬杠猛撬、硬砸，嚴(yán)禁操作人員站在正在拆除的模板上。

3.1.7 混凝土施工

①沉井混凝土采用商品混凝土，現(xiàn)場(chǎng)采用汽車泵進(jìn)行澆筑，每節(jié)段一次澆筑完成。每節(jié)沉井澆混凝土連續(xù)進(jìn)行，混凝土的澆筑按照“全寬斷面、分段定點(diǎn);一個(gè)坡度、薄層澆筑;循序推進(jìn)、一次到頂”的順序進(jìn)行。

②澆筑混凝土前檢查模板的標(biāo)高、尺寸、位置、加固情況、平整度等須滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。每節(jié)段接縫處必須進(jìn)行鑿毛處理，以增加節(jié)段間結(jié)合。對(duì)鋼筋、預(yù)埋件、預(yù)留孔洞等進(jìn)行檢查修整。

③混凝土澆筑分層進(jìn)行，每層混凝土厚度控制在35cm左右?；炷敛剂蠒r(shí)沿井身周圍均勻進(jìn)行，澆筑過程中發(fā)現(xiàn)不均勻時(shí)及時(shí)補(bǔ)澆混凝土。不得在某一處的墻內(nèi)集中布料、靠振搗器趕淌混凝土，不允許造成高差過大的現(xiàn)象。

④混凝土振搗采用插入式振動(dòng)器振搗，振點(diǎn)間距宜控制在150～250mm之間，振搗時(shí)“快插慢拔”至混凝土面不再下沉、不再溢出氣泡、表面充分泛漿為準(zhǔn)。

⑤在澆筑過程中，派專人時(shí)刻檢查模板的穩(wěn)固性，注意是否出現(xiàn)跑模、漲模、漏漿等現(xiàn)象，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并時(shí)采取措施糾正。

⑥側(cè)模拆除前，頂面采用土工布覆蓋澆水養(yǎng)護(hù);側(cè)模拆除后，采用塑料薄膜包裹覆蓋，同時(shí)要在塑料薄膜表面覆蓋土工布，采用滴灌養(yǎng)生，保持混凝土表面濕潤(rùn)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7天。

3.2 工作井、接收井下沉施工

3.2.1 下沉施工順序

下沉準(zhǔn)備工作→長(zhǎng)臂挖機(jī)及運(yùn)土車就位→挖土下沉（泥漿助沉，其中W7井自沉）→邊下沉邊觀測(cè)（異常糾偏）→下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高→標(biāo)高核對(duì)并觀測(cè)下沉穩(wěn)定情況。

3.2.2 沉井下沉方法

①刃腳部位制作完成后，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的100%后方可進(jìn)行磚胎拆除和下沉的準(zhǔn)備工作。其他節(jié)段達(dá)到設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的70%后方可下沉。沉井下沉前，井壁預(yù)留孔用磚封堵。刃腳部分下沉前事先鑿毛。磚砌底模和混凝土墊層鑿除要求均勻、對(duì)稱，采用風(fēng)鎬對(duì)稱進(jìn)行，鑿除完成后進(jìn)行土方開挖作業(yè)。

②井內(nèi)挖土須均勻、分層、對(duì)稱地進(jìn)行，防止井身偏移。先從中間開始逐漸挖向四周，中間稍低于四周，沉井內(nèi)的挖土高差控制在1m以內(nèi)，每層挖土厚度為0.4至0.5m。

③由于長(zhǎng)臂挖井需沿井身周邊行進(jìn)施工，井內(nèi)開挖出的土方及時(shí)外運(yùn)，嚴(yán)禁堆放在沉井附近，以免影響施工并造成沉井偏斜或位移。

④泥漿助沉：利用沉井外壁變薄后與土體結(jié)合面位置作為泥漿槽。泥漿用泥漿泵通過預(yù)埋的垂直壓漿管壓入（見圖4），使外井壁與土體間泥漿槽內(nèi)充填泥漿，減小井壁與土體間摩阻力。泥漿采用膨潤(rùn)土及石堿加水調(diào)制而成的。沉井挖土施工時(shí)注意刃腳底部不能脫空。在工作面附近儲(chǔ)備一定量的泥漿，以便下沉過程中進(jìn)行補(bǔ)漿，保證下沉順利。當(dāng)沉井下沉到設(shè)計(jì)要求標(biāo)高后，將一定濃度的水泥漿從槽底壓入，使沉井階段泥漿被壓進(jìn)的材料擠出。待泥漿槽中材料凝固后，沉井即可穩(wěn)定。

⑤沉井下沉過程中，應(yīng)安排專人進(jìn)行測(cè)量觀察。每次觀測(cè)數(shù)據(jù)均須如實(shí)記錄，并按一定表式填寫，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和資料管理。

⑥沉井下沉?xí)r控制下沉速度，沉井時(shí)如果遇到下沉過快或突沉情況，采取停暫停挖土、停止注漿或在井壁周邊留土等止沉措施，防止井身傾斜。

⑦沉井下沉接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，放慢挖土速度，降低沉井速度，且每層開挖深度控制在30cm以內(nèi)，以避免沉井發(fā)生傾斜。沉井下沉至距設(shè)計(jì)底高程10cm左右時(shí)停止挖土，讓沉井依靠自重緩慢下沉到位。沉井下沉完成后，經(jīng)觀測(cè)井身穩(wěn)定后即可進(jìn)行沉井封底施工。

3.2.3 井內(nèi)土方的開挖及運(yùn)輸

①挖土。因沉井較深，平均深度13.0m，最深下沉深度16.2m，采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)挖土，泥頭車運(yùn)輸，人工配合的方法。根據(jù)本工程的沉井施工特點(diǎn)，在沉井上口邊配備一臺(tái)長(zhǎng)臂式挖掘機(jī)（工作狀態(tài)開挖范圍21m），負(fù)責(zé)井內(nèi)土方開挖并將其運(yùn)至地面裝車外運(yùn)。

②渣土運(yùn)輸。沉井下沉?xí)r，運(yùn)渣車及時(shí)跟上，反鏟直接把渣土挖到渣土車上，并往外運(yùn)。當(dāng)運(yùn)渣車少跟不上反鏟開挖時(shí)，把渣土存放到現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)渣土池里。為了保證渣土能及時(shí)輸送出去，防止渣土亂倒、亂棄問題，直接把渣土拉到指定的渣土場(chǎng)。并安排專門清潔人員對(duì)渣土運(yùn)輸車、路面進(jìn)行清洗，確保文明施工。

3.2.4 封底及底板澆筑

①根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用1300mm厚C20素混凝土進(jìn)行封底，并在封底混凝土上澆筑一層60cm或80cm厚鋼筋混凝土底板。

②當(dāng)沉井下沉到位后，在基坑內(nèi)持續(xù)降水，使基坑內(nèi)無明水，封底前清理地基，將井、刃腳表面的積泥沖洗干凈，并保持槽底干燥，無雜物。井壁、刃腳與封底混凝土接觸部分均須鑿毛成粗糙面，并沖洗干凈，以利新老混凝土結(jié)合緊密。

③封底混凝土澆筑時(shí)對(duì)稱均勻，在刃腳下必須填實(shí)并振搗密實(shí)，以保證沉井的最后穩(wěn)定。

④封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，在封底混凝土上綁扎底板鋼筋，鋼筋應(yīng)按設(shè)計(jì)要求伸入刃腳內(nèi)側(cè)的凹槽內(nèi)搭接焊牢。

⑤底板混凝土澆筑時(shí)，水平分層、不間斷地進(jìn)行，每層澆筑厚度控制在30cm左右，并采用振搗棒振搗密實(shí)。

3.2.5 底板混凝土澆筑后應(yīng)覆蓋土工布，澆水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不短于7天。

4? 結(jié)束語(yǔ)

①對(duì)于沉井工程，設(shè)計(jì)階段必須將線路方向及施工區(qū)域地質(zhì)情況勘探完成，出具詳細(xì)地勘報(bào)告以知道設(shè)計(jì)及施工，施工前認(rèn)為地質(zhì)勘查報(bào)告與實(shí)際情況有出入或地質(zhì)變化較明顯區(qū)域要加密超前地質(zhì)鉆勘探，保證設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)確。

②沉井下沉施工前，應(yīng)根據(jù)各地層情況按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)詳盡計(jì)算與分析不同情況下井壁摩阻力及下沉系數(shù)，以指導(dǎo)沉井施工。

③與本工程類似，當(dāng)沉井在較好土質(zhì)的土層（全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖層）中下沉?xí)r，在刃腳施工時(shí)預(yù)留注漿孔，以用來往井壁外側(cè)注入泥漿，使沉井在下沉過程中側(cè)壁外形成泥漿套，可以有效減小側(cè)壁摩阻力，保證沉井的順利下沉。

④本工程根據(jù)地下水位及施工條件的綜合分析，沉井采用井內(nèi)排水下沉的施工，當(dāng)?shù)叵滤S富沉井采用不排水下沉?xí)r，需制定詳細(xì)可行的水下探測(cè)手段，確保沉井安全下沉。

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