復雜市域環境預制裝配式大型沉井施工技術研究

盧軍球 （安徽省路橋工程集團有限責任公司，安徽 合肥 230031）

1 引言

近年來，隨著國民經濟的不斷發展，城市建設開始向地下空間擴展，而橋梁建設開始向寬闊水域、外海方向延伸。大型沉井作為一種重要的地下結構和深埋基礎形式被越來越廣泛地應用到公路工程、公路和鐵路橋梁工程中。目前，國內城市公路建設和橋梁工程中所使用的各種沉井結構已經達到相當的規模，其平面尺寸和下沉深度也在不斷加大，對于沉井這類地下工程而言，若施工時質量不過關，需要修復則十分困難。市域工程的施工首先需要進行沉井的施工，我國一些城市環境較為復雜，部分地下已有管線敷設，部分地質情況比較特殊，針對這些情況，需要采取不同的施工方法以保障施工的質量。目前沉井施工主要以現澆居多，但預制技術也在不斷發展，工程上廣泛采用的預制拼裝方式有豎向分節拼裝或水平向分塊拼裝，前者不易運輸，后者拼裝施工效率較低。

本文將聚焦復雜市域環境下的預制裝配沉井施工，對上述問題進行研究，總結出一套施工工藝，通過現場實際應用，驗證了該技術的合理性和實用性。

2 關鍵技術

本技術對沉井井壁采用預制裝配式井壁，每段井壁由4 個1/4 圓弧拼裝而成，如圖1 所示，節段之間預留精軋螺紋鋼管道，施加豎向預應力，張拉完成后對縱向預留置管道一次注入水泥漿填實，在各標準塊橫向和縱向剪力槽內粘貼止水橡膠條。

圖1 預制裝配式井壁橫向拼裝示意圖

每個單元圓弧井壁片頂部均預制了縱向凹槽，井壁片底部預制了縱向凸榫，其兩端均設置豎向的凸榫與凹槽，用于1/4井壁片之間的拼接及限位，拼接位置設置止水帶，并在壁內涂刷防水層，其中1 號段井壁（最底部）的井壁片底部預制刃腳，如圖2所示。

圖2 沉井井壁豎向拼裝示意圖

沉井井壁鋼筋網片同樣為1/4 圓弧形，采用定制的簡易綁扎胎架綁扎，井壁預制時采用定型化鋼模板，模板兩端端模設置用于臨時固定鋼筋網片吊鉤。井壁吊裝時采用輻射式操作平臺系統，通過操作平臺系統實現了預制裝配式沉井現場的快速組裝及精確沉放，操作平臺系統由內外操作平臺及內外吊架組成，具體如圖3所示。

圖3 操作平臺結構示意圖

3 施工應用

3.1 工藝流程

本技術成功應用于利辛縣城市基礎設施建設PPP 項目，具體施工工藝如圖4所示。

圖4 施工流程圖

3.2 重點操作要點

3．2．1 測量放樣

做好施工前準備，確定施工方案，對沉井表面及周圍進行清表、清淤，材料設備進場，建立現場的施工臨時供電、供水線路，滿足開工前的需要；根據設計方提供的控制點和水準點，建立本項目的工程測量控制系統，對沉井基坑進行測量、放樣并標記。

3．2．2 開挖溝槽

在沉井基坑周圍進行溝槽開挖，便于沉井坑開挖時的降水作業，防止基坑中的地下水影響沉井的開挖及施工。

3．2．3 井點降水

為確保沉井平穩下沉，采用排水下沉法施工。用井點抽除地下水，降低地下水位，井點在基坑外周布置，并至少預抽7d后，方可開始挖土。

3．2．4 井孔開挖

采用挖掘機從地面向下挖土，開挖土體至一定深度成孔后，暫停開挖，人工修整坑面及井壁，如圖5 所示。若因地質原因井孔開挖困難，則采用水鉆成孔的方式開挖。井里挖土時要有專人指揮吊車，人員、挖掘機都要離開吊車工作半徑，退至安全距離。挖土過程中要隨時檢查塔吊基礎穩定性，防止因抽水或挖土造成塔吊地基失穩。

圖5 開挖井口

先將沉井區范圍的表層土挖出，確保沉井在制作安裝過程中能均勻下沉。同時，要確保沉井制作地基具有足夠承載力，對基坑底部存在土質松軟的予以清除后，以砂土回填、整平、夯實，防止沉井下沉時不均勻沉降造成井壁開裂。開挖時，注意棄土需運離沉井兩倍開挖深度。沉井坑成型后，及時用粗砂分層回填，用平板振動器或蛙夯壓實并灑水，確保填砂承載力。

3．2．5 井壁預制

①綁扎鋼筋網片

鋼筋通過定型化胎架綁扎成1/4 圓弧形鋼筋網片，如圖6所示。

圖6 鋼筋網片示意圖

鋼筋采用HPB300 和HRB400，加工時注意鋼筋平直，避免局部彎折，使用前將表面銹跡、油漬等清理干凈，預制構件主筋全部采用對焊焊接，同斷面鋼筋接頭互相錯開。

②利用定型化模板（1/4 圓弧形）進行井壁預制，定型化模板端部設有鋼筋網片掛鉤，可在澆筑時保障鋼筋網片的位置。最后通過定型化模板將單元井壁預制成各邊均帶有凸榫與凹槽的裝配式井壁，在井壁段與段之間豎向預留預應力鋼管道。

③裝配底部

最底部的單元井壁底部設置成刃腳，并且在設計位置封砌預留孔，用于頂管作業，如圖7 所示，整個沉井預制施工質量應滿足表1要求。

表1 預制沉井制作質量控制

圖7 底部井壁片示意圖

3．2．6 安裝操作平臺

采用由內外平臺及吊架組成的輻射式一體化操作平臺在井口作業，安裝好操作平臺系統后，通過操作平臺最終可實現預制裝配式沉井現場的快速組裝及精確沉放。

3．2．7 井壁拼裝

澆筑墊層待強度達到后，現場將各刃腳環單塊拼接成整體，在單塊橫向預留孔內穿預應力鋼絞線并進行張拉，張拉完畢后用水泥砂漿封閉。按照施工順序逐層安裝開洞環，然后安裝標準環，最后安裝調節環。安裝時上下環之間采用豎縫錯縫拼裝，同時為了提高預制沉井的防水性能和抗剪性能，在各單塊橫、豎向均設置了剪力槽和止水帶，用精軋螺紋鋼穿過各縱向預留管道連接，在拼裝完成后施加豎向預應力，確保井壁各環連接成一個整體，最后向管道注入水泥漿一次填實。

3．2．8 吊裝預制護壁

安裝龍門吊桁架，門架角柱與地面之間的節點須保證穩固，首先角柱焊接鋼板后，用地腳螺栓穩定在井口鎖扣盤混凝土上，然后澆筑C30 混凝土墩700mm×700mm×400mm 進行穩固，鋼筋植入鎖扣盤不小于50cm。通過龍門吊桁架進行護壁的吊裝、移動與下放。

3．2．9 下放護壁

護壁下放前在沉井四周設置施工排水溝，工作井內積水時，使用潛水泵將水排至施工排水溝并引流進入集水坑內，再用小型潛水泵抽出排到道路排水溝。其中，排水泵的大小根據工作井內滲水量而定，排水過程中井內不得有人，待切斷潛水泵電源后，作業人員方可進入井內。排水完成后進行護壁施工，先將底層護壁各塊段拼裝好，然后整體下放形成護壁底部基礎，其余節段護壁可根據現場實際情況進行分片或組裝下放固定，最終形成整體護壁。

3．2．10 沉井首次下沉

沉井在每次下沉前均要按規范對下沉系數K 進行計算，對有關下沉的現場勘測和實際技術數據，如井壁實際阻力等要重點留意，確保下沉系數K≥1．05 方可進行沉放。

沉井首節下放后，開始首次下沉。初沉作為整個沉井下沉里最關鍵的工序，采用人工配合機械下沉。此時沉井四壁無約束和摩擦，節段重量全部靠底砂層承擔，這就導致沉井重心高而下沉系數很大。因此，若基坑開挖不均勻，短時間內就會產生較大的傾斜位移，對整個沉井的線型安裝產生不利影響。

沉井刃腳下砂墊層按每層厚度25cm 分層均勻開挖，井內挖土按每層30cm 左右厚均勻對稱開挖，井內土面高差一般應控制在0．5m 以內。靠近刃腳處土盡可能不開挖以防止沉井突沉。沉井下沉時，每班至少作兩次監測，包括中線位移，每開挖一層土均應做一次下沉量、垂直度測量若發現沉井傾斜，及時采取糾偏措施，沉井沉至距設計標高100mm 時停止挖土下沉，并加強監測直至穩定。

3．2．11 沉井接高

當沉井節段第一次接近預定標高時，應調平沉井，準備拼裝第二節沉井，拼接縫隙中填充遇水膨脹橡膠，并在壁內涂刷防水涂料，接高方式同井壁豎向拼接方式。接高時應注意挖土部位及挖土深度，防止沉井產生較大偏斜或沉降過大，保持沉井井身穩定，以便節段拼接。

3．2．12 沉井二次下沉

沉井第二次下沉時，采用長臂鉤機挖土下沉。下沉前結合首次下沉經驗，分析和厘清刃腳壓力變化、挖土深度與沉井下沉量之間的關系，研究確定好合理的開挖深度，讓沉井緩緩“穿刺”下沉。過程中要做好沉降觀測，隨時掌握土層變化情況，對下沉做好動態調整，防止因開挖過深形成突沉，沉井下沉過程中傾斜率要控制在1/150～1/200，超過1/200 時就要進行糾偏。糾偏方法是在傾斜的相反一側刃腳偏除土，在井壁外側射水沖刷，井頂施加水平力予以糾偏。

當沉井下沉至設計標高以上2m時，開始準備調平沉井，此時應注意沉井開挖出土的速度和部位，始終保持刃腳以上有較厚的土，使井壁內側亦承受一定的摩阻力，防止沉井突然大量下沉并產生較大的偏斜，控制好沉井緩緩準確下沉至設計標高。

3．2．13 底板混凝土澆筑

沉井下沉至設計標高后進行底板混凝土澆筑，在坑底澆筑50cm 厚C30 鋼筋混凝土基礎，以便后期安放頂進頂推架進行頂管施工。待封底混凝土達設計強度后，及時抽排井內積水，以防封底混凝土承受水壓而遭受破壞。隨即綁扎底板鋼筋，根據設計圖紙與井壁預插鋼筋合理布置，鋼筋檢查驗收合格后立模板進行底板混凝土澆筑，用插入式振搗器將混凝土振搗密實，再用平板振搗器提漿初平，最后進行人工找平、收面，開始進行底板混凝土養護。

4 結論

通過現場項目應用，該項技術能夠很好滿足施工要求，具體結論如下：

①采用豎向分節和豎向分節斷面分片預制裝配式沉井組合技術，可在施工初期進行預制工作，節約沉井的現澆時間；

②通過搭建內外操作平臺及內外吊架組成的輻射式操作平臺系統，實現預制裝配式沉井現場的快速組裝及精確沉放；

③在預制井壁片段與段之間豎向預留置管道，通過布置精軋螺紋鋼，并施加豎向預應力，張拉后對縱向預留置管道一次注入水泥漿填實，確保沉井的整體性，同時在各標準塊橫向和縱向剪力槽內粘貼止水橡膠條，提高井壁防水性。