沉井施工技術(shù)在北京排水管線施工中的應(yīng)用

王瑋

摘? 要：以截污管線和污水處理廠配套污水管線為主要建設(shè)內(nèi)容的排水管線項(xiàng)目，是近年來隨著環(huán)保督察力度的加大，北京市建成區(qū)內(nèi)集中解決建成區(qū)周邊管網(wǎng)配套設(shè)施不足問題的主要研究方向。該文主要以非開挖污水管道頂管施工為前提，對應(yīng)用沉井施工技術(shù)進(jìn)行工作豎井開挖的工藝環(huán)節(jié)及技術(shù)方案進(jìn)行討論，結(jié)合朝陽區(qū)水環(huán)境治理工程第三標(biāo)段（酒仙橋流域污水管線工程）應(yīng)用案例，討論該工藝的優(yōu)勢特點(diǎn)及后續(xù)排水管線施工的改進(jìn)方向。

關(guān)鍵詞：沉井;開挖;污水管線;地下水;摩擦系數(shù)

中圖分類號： TU991? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 沉井施工技術(shù)

1.1 技術(shù)簡介及發(fā)展沿革

沉井是井筒狀的混凝土結(jié)構(gòu)物，由井內(nèi)的挖土依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高再經(jīng)過混凝土封底并填塞井孔而成，是橋梁墩臺(tái)或其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，主要在施工大型橋墩的基坑、污水泵站、盾構(gòu)拼裝井、地下車道與車站水工基礎(chǔ)施工圍護(hù)裝置時(shí)使用。

20年多來，沉井除了作為高層建筑、高聳構(gòu)筑物的基礎(chǔ)外，還被較多地應(yīng)用于盾構(gòu)和頂管隧道施工，作為始發(fā)井、接收井發(fā)揮了其對于開發(fā)利用地下空間的作用。

1.2 工藝流程介紹

對于在豎井開挖環(huán)節(jié)中，沉井技術(shù)應(yīng)用步驟的組成工序，如圖1所示。

1.3 施工技術(shù)要點(diǎn)

沉井首先是在地面進(jìn)行井身混凝土結(jié)構(gòu)施工，利用重力進(jìn)行下沉施工，如果沉井井壁與周圍土層摩擦力較大，可采取觸變泥漿或涂蠟等措施減少井壁的摩擦力，以利于沉井下沉。為了保證下沉順利，一般在沉井底部預(yù)先做刃角結(jié)構(gòu)，以減少沉井底部受力面積來增大壓強(qiáng)，保證下沉速度[1]。

2 朝陽區(qū)水環(huán)境治理工程第三標(biāo)段沉井施工技術(shù)應(yīng)用介紹

2.1 工程概述

聚焦攻堅(jiān)水環(huán)境治理工程朝陽區(qū)第三標(biāo)段（酒仙橋流域污水管線工程）位于北京市朝陽區(qū)，主線起點(diǎn)為香江北路自西向東轉(zhuǎn)而向南沿電子城北擴(kuò)規(guī)劃一路，沈家墳干渠北自西向東接入北小河北岸與京密路交匯處D=1 000 mm污水管道，接入五環(huán)路現(xiàn)狀D=1 050 mm污水干線后匯入酒仙橋再生水廠。

污水頂管管線埋深4.0 m～7.0 m，經(jīng)調(diào)查，施工影響范圍內(nèi)沒有重要（輸水、有壓）地下管線。該地區(qū)臨近河道（北小河、沈家墳干渠等河道），地下水豐富、滯水層及潛水層水位較高;工程所在區(qū)域地上局部拆遷量較大，占地范圍制約較大。為順利推進(jìn)工程在保障房建設(shè)項(xiàng)目竣工交付前具備污水接入條件，考慮拆遷及地質(zhì)條件，對污水管線施工豎井采用了現(xiàn)澆鋼筋混凝土沉井施工設(shè)計(jì)方案。該工程污水管線規(guī)格D=800 L=3130m、D=1200 L=955，始發(fā)井27座，接收井25座。

2.2 工程及水文地質(zhì)

2.2.1 工程地質(zhì)

根據(jù)勘察報(bào)告顯示沉井施工范圍為粉質(zhì)黏土。

2.2.2 水文地質(zhì)

沉井施工范圍有2層地下水。第一層地下水為上層滯水，穩(wěn)定水位埋深為2.10 mm～3.40 mm;第二層地下水為潛水，穩(wěn)定水位埋深為6.20 mm～7.50 mm。

2.3 施工方法

2.3.1 沉井施工準(zhǔn)備工作

沉井施工前進(jìn)行管線調(diào)查，將影響沉井施工部位管線臨時(shí)移到沉井2 m以外，還應(yīng)有必要的場地，以滿足模版制作、鋼筋制作、混凝土施工，材料運(yùn)輸和堆放等需要。

2.3.2 沉井施工基坑開挖、砂墊層及支承墊木鋪設(shè)

2.3.2.1 基坑開挖

基坑開挖要點(diǎn)有3點(diǎn)。1）開挖基坑時(shí)基坑深度除考慮墊層厚度外，尚應(yīng)考慮地下水位，使墊層頂面高出地下水位不小于0.5 m。2）基坑的面積以沉井尺寸而定，每邊應(yīng)加寬不小于1.5 m，坡率1∶0.3，基坑開挖深度為1.5 m，基坑內(nèi)部設(shè)施工腳手架、鋼筋、模板。3）基坑底部應(yīng)設(shè)一定坡度排水溝，四角設(shè)集水井。集水井應(yīng)比排水溝低0.5 m。

2.3.2.2 砂墊層鋪設(shè)

1）承墊木下的砂墊層應(yīng)分層鋪設(shè)，總厚度不宜小于50 cm，寬按承墊木長度向外略挑出15 cm，并用基底層構(gòu)成1∶1坡度，砂墊層需采用顆粒級配良好的中砂。砂墊層攤鋪需分2層，每層25 cm，攤鋪完畢后，及時(shí)采用平板式振動(dòng)器進(jìn)行拖拉直至該砂墊層的密實(shí)度達(dá)到98%以上，最后用儀器超平并記錄標(biāo)高。2）砂墊層施工，可視具體情況選擇震實(shí)、夯實(shí)和壓實(shí)等方法，適當(dāng)加水分層搗實(shí)，下一層密實(shí)度經(jīng)檢驗(yàn)合格后再施工上一層。3）砂墊層密實(shí)度的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)用砂的干密度控制，對中砂取1.56 t/m3～1.60 t/m3，對于粗砂可適當(dāng)提高。

2.3.2.3 承墊木鋪設(shè)

2.3.2.3.1 一般要求

選擇50 mm×100 mm作為承墊木，鋪設(shè)承墊木時(shí)，應(yīng)用水平儀進(jìn)行超平，要使刃腳踏面在同一水平面上，如有高低不平現(xiàn)象時(shí)，可將較高的承墊木在砂墊層上來回拖動(dòng)，以降低其標(biāo)高。

承墊木在平面布置上，應(yīng)均勻?qū)ΨQ。每根墊木的長度中心應(yīng)與刃腳踏面中線重合，以便于把沉井的重量能較均勻的傳到砂墊層上。承墊木可以單獨(dú)或幾根編成一組鋪設(shè)，但組與組之間最少需留出20 cm～30 cm的間隙，便于工具能伸進(jìn)間隙中把承墊木抽出。

2.3.2.3.2 定位支點(diǎn)的位置

為便于抽出刃腳的承墊木，尚需設(shè)置一定數(shù)量的定位墊木，使沉井最后有對稱的著力點(diǎn)。確定定位墊木位置時(shí)，以沉井井壁在抽出承墊木時(shí)，所產(chǎn)生的正、負(fù)彎矩的絕對值接近相等為原則。對于矩形沉井的定位墊木，一般設(shè)置在長邊，每邊2個(gè)。當(dāng)沉井長邊L與短邊B之比為2>L/b≥1.5時(shí)，2個(gè)定位點(diǎn)之間的距離為0.7 L;當(dāng)L/b≥2時(shí)，則為0.6 L。當(dāng)L/b<1.5時(shí)，應(yīng)在4邊均設(shè)置2個(gè)定位墊木，2個(gè)定位點(diǎn)之間的距離為0.7 L。該工程沉井L/b<1.5，在4邊設(shè)置定位墊木。

2.3.2.3.3 沉井井身施工

現(xiàn)澆沉井井身為一般混凝土結(jié)構(gòu)，施工流程為鋼筋綁扎—模板安裝—混凝土澆筑—模板拆除—混凝土養(yǎng)護(hù)。

2.3.2.3.4 沉井下沉

沉井下沉包括2個(gè)方面。1）沉井下沉施工方法。施工流程：準(zhǔn)備工作→設(shè)置垂直運(yùn)輸機(jī)械、排水泵，挖排水溝、集水井→挖土下沉→觀測→糾偏→沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高、核對標(biāo)高→抽水→設(shè)集水井、鋪設(shè)封底墊層→底板防水→綁底板鋼筋、隱檢→底板澆筑混凝土。下沉前應(yīng)進(jìn)行井壁外觀檢查，檢查混凝土強(qiáng)度及抗?jié)B等級，根據(jù)勘測報(bào)告計(jì)算極限承載力，計(jì)算沉井下沉的分段摩阻力及分段的下沉系數(shù)（≥1.15～1.25），作為判斷每個(gè)階段可否下沉，是否會(huì)出現(xiàn)突沉以及確定下沉方法及采取措施的依據(jù)。下沉前應(yīng)分區(qū)、分組、依次、對稱、同步的抽除（拆除）刃腳下的墊架（磚墊座），每抽出一根墊木后，在刃腳下立即用砂、卵石或礫砂境實(shí)。2）沉井封底。沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，如遇松散層，在沉井外壁內(nèi)間隔50 cm成梅花型打注漿孔注漿，注漿孔深度為沉井深度加0.5 m，注漿管直徑為φ25 mm的鍍鋅鋼管，鋼管下段3 m范圍內(nèi)間隔30 cm成梅花型鉆直徑6 mm的注漿出漿孔，壓強(qiáng)不超過0.5 MPa，采用低壓慢注的方式。配比的要求是水：水泥：粉煤灰=1∶0.2∶0.8，砼強(qiáng)度達(dá)到要求后，將沉井內(nèi)積水抽凈，進(jìn)行底板鋼筋的綁扎，如沉井底層為全風(fēng)化泥巖層，直接鋼筋綁扎及混凝土澆筑，底板鋼筋采用雙層鋼筋網(wǎng)，縱筋為HRB400直徑φ22 mm@300、橫向?yàn)镽B400直徑φ12 mm@400，隨后采用C30混凝土封底，厚400 mm。封底前應(yīng)先將刃腳處新舊混凝土接觸面沖洗干凈或打毛，對井底進(jìn)行修整使之成鍋底形，在中部設(shè)2個(gè)集水井，使井底地下水匯集于集水井中用潛水電泵排出，保持水位低于基底面0.5 m以下。

3 未來在排水管線豎井施工中優(yōu)化改進(jìn)的思考

上述污水管線工程案例對沉井施工技術(shù)的應(yīng)用基本合理，施工經(jīng)歷了冬季施工，雨季施工，并在拆遷困難、周邊河道水位高的不利情況下，順利完成全線頂管開挖豎井工作，按期在保障房交付入住前實(shí)現(xiàn)了污水全線通水，是沉井技術(shù)一次較為成功的應(yīng)用。

在施工過程中，我們發(fā)現(xiàn)部分豎井部位的土體自持能力和側(cè)向壓力尚可，配筋計(jì)算偏向保守;由于頂管工作空間取決于頂管管徑（即機(jī)頭尺寸），D800管徑管線段的豎井尺寸還有一些可優(yōu)化的空間;沉井的混凝土結(jié)構(gòu)與新建檢查井結(jié)構(gòu)在形式上有諸多相似性，經(jīng)分析建議未來在城區(qū)內(nèi)新建污水管線工程應(yīng)用沉井技術(shù)進(jìn)行豎井施工的實(shí)踐中，可以考慮4個(gè)改進(jìn)方向。1）根據(jù)現(xiàn)場勘察土質(zhì)情況，合理優(yōu)化沉井配筋計(jì)算，在土體自持力好的施工區(qū)位適當(dāng)降低沉井壁厚尺寸，可以加快施工進(jìn)度、降低造價(jià)成本。2）結(jié)合非開挖頂管工藝所需施工空間需求，合理設(shè)計(jì)沉井凈空尺寸。3）結(jié)合現(xiàn)行排水檢查井標(biāo)準(zhǔn)圖集結(jié)構(gòu)形式，創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在有條件的區(qū)域，未來沉井作為豎井支護(hù)結(jié)構(gòu)施工完成后，可將其當(dāng)作檢查井井室結(jié)構(gòu)進(jìn)行永久利用，將明顯縮短管線工程的工期，大大降低單延米工程的造價(jià)。4）如在城區(qū)現(xiàn)狀路面進(jìn)行沉井施工，為保證交通、節(jié)約工期，可考慮在加工廠采用分節(jié)預(yù)制施工豎井并現(xiàn)場拼裝，拼縫采用止水帶進(jìn)行阻水，這樣將增加沉井技術(shù)的應(yīng)用場景，更適合城區(qū)復(fù)雜多變、工期緊湊的工程。

參考文獻(xiàn)

[1]倪淑芳.沉井工程施工工藝探析——以“上海世龍科技居里輻照車間工程——鈷原水井”為例[J].中外建筑，2013（7）：158-159.