道路工程雨水沉井施工要點(diǎn)及其下沉?xí)r傾斜的控制措施

張崢愈　王順輝

摘要：概述杭甬高速?gòu)?fù)線澥浦互通連接線工程二期Ⅱ標(biāo)段道路工程狀況，提出了該工程集水井采用“不排水下沉法”施工方案，制定并實(shí)施了沉井施工方法和技術(shù)要求，分析沉井下沉過程中產(chǎn)生傾斜的原因，采取過程控制措施和沉井傾斜糾正措施，保證了沉井施工的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：道路工程；雨水沉井；施工要點(diǎn)；傾斜控制

0? ?引言

沉井是筒狀結(jié)構(gòu)物，依靠其內(nèi)側(cè)挖土和自身質(zhì)量，克服井體外側(cè)摩擦阻力后下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后使用混凝土封底，使其成為結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)。這種施工方式的優(yōu)點(diǎn)很多，可在降低深基坑支護(hù)成本的同時(shí)，起到擋土擋水的作用。在市政道路深基坑、橋梁墩臺(tái)、建筑物基礎(chǔ)和地下室等方面，沉井施工方法均得到了廣泛應(yīng)用。但是需要掌握沉井施工要點(diǎn)，對(duì)沉井在下沉過程中容易發(fā)生傾斜的問題，需要進(jìn)行認(rèn)真分析研究并加以解決。

1? ?工程概況

寧波市杭甬高速?gòu)?fù)線澥浦互通連接線工程南起繞城高速與世紀(jì)大道一期貫通，向北在嵐山水庫(kù)與澥浦大河向北與海天路交叉，終點(diǎn)為杭甬高速?gòu)?fù)線澥浦互通收費(fèi)站，全長(zhǎng)6.93km。本文所述為該工程二期Ⅱ標(biāo)段，即海天路至濱海河段道路工程，樁號(hào)為K4+550～K6+165，長(zhǎng)度為1.615km，標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度為44m，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為城市主干路，設(shè)計(jì)車速為60km/h。該標(biāo)段范圍內(nèi)均為現(xiàn)狀堆土區(qū)，路基兩側(cè)堆土區(qū)長(zhǎng)度約為1500m、寬度約為100m、堆土區(qū)地面高程為6～10m，堆土區(qū)內(nèi)無建筑物及地下管線。該標(biāo)段共設(shè)置2道橫向雨水管，其中在K5+050處設(shè)置1道長(zhǎng)度為180m的D1200mm橫向雨水管，道路雨水分別由路基兩側(cè)匯入交匯井，通過橫向雨水管排入澥浦大河。設(shè)置橫向雨水管時(shí)，需考慮道路縱坡低點(diǎn)和路側(cè)堆土高度，盡量減少橫向管道的埋深，同時(shí)在橫向雨水管兩側(cè)設(shè)置沉井。

2? ?施工方案

2.1? ?設(shè)置沉井

由于道路兩側(cè)為堆土區(qū)，若橫向雨水管道采用明挖法施工，土方開挖量大，會(huì)增加施工安全風(fēng)險(xiǎn)。因此100m橫向雨水管采用頂管施工方案，其兩側(cè)的沉井采用“不排水下沉法”的施工方案。

沉井施工區(qū)域內(nèi)的堆土區(qū)地面高程為7.8m，工作井的井內(nèi)平面尺寸為5m×7m，井的深度為8.5m（含3.35m刃腳），井壁厚度為60cm。工作井采用預(yù)制蓋板，其規(guī)格（長(zhǎng)×寬×厚度）為5.5m×1.2m×0.5m，工作井進(jìn)出水口高程為0.89m，支管管底高程為1.687m。接收井的井內(nèi)平面尺寸為3m×5m，井的深度為9m（含3.15m刃腳），井壁厚度為40cm，其蓋板與井壁整體現(xiàn)澆，接收井進(jìn)水口高程為1.65m，出水口高程為0.95m。沉井的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

為防止汛期澥浦大河河水倒灌入雨水管網(wǎng)，在K5+050處的D1200橫向雨水管的出水口之前的沉淀池處設(shè)置分流支管及強(qiáng)排泵站。一般情況下，雨水經(jīng)沉淀過濾后通過出水口直排入澥浦大河。汛期水位上升，雨水通過支管進(jìn)入泵站，當(dāng)水位達(dá)到1.8m的水泵啟動(dòng)水位后，泵站啟運(yùn)，雨水經(jīng)水泵提升通過D800mm鋼管排入澥浦大河。沉井平面布置圖如圖1所示。其中左側(cè)為5m×7m工作井，右側(cè)為3m×5m接收井。

2.2? ?沉井施工流程

沉井的施工流程如下：施工準(zhǔn)備→施工放樣→基坑開挖→砂墊層施工→澆筑素混凝土墊層→搭設(shè)腳手架、安裝刃腳模板→綁扎鋼筋→澆筑第1節(jié)井體混凝土→沉井下沉、土方外運(yùn)→第2節(jié)井體制作、下沉→砌筑漿砌塊石、澆筑混凝土墊層→澆筑鋼筋混凝土底板→沉井驗(yàn)收。

3? ?沉井施工要點(diǎn)

3.1? ?沉井施工方法

橫穿堆土區(qū)的D1200mm鋼筋混凝土雨水管深度為5～7m。由于過深，采用頂管施工。其兩側(cè)的沉井（工作井、接收井）均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和本工程地質(zhì)情況，按照有關(guān)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)程的要求，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地形和周圍環(huán)境，采取以下施工方法：一是根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，工作井和接收井的井體采用2次制作、2次下沉方法；二是工作井、接收井的井體均采用不排水下沉方法；三是工作井和接收井的土方均采用挖掘機(jī)抓土、人工配合挖土下沉方法；四是工作井和接收井均采用干封底方法。

3.2? ?沉井施工技術(shù)要求

3.2.1? ?施工準(zhǔn)備

在進(jìn)行沉井施工之前，要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況、沉井的地質(zhì)條件、沉井的結(jié)構(gòu)，因地制宜地制定和實(shí)施正確、合理的施工方案。在沉井實(shí)施下沉施工之前，要詳細(xì)分析地質(zhì)資料，觀察沉井結(jié)構(gòu)和質(zhì)量是否對(duì)稱，刃腳下的土層硬度是否均勻。以樁基支撐的沉井，要注意沉井的位置是否準(zhǔn)確。

沉井井體混凝土采用2節(jié)澆注、2次下沉方式。每節(jié)的混凝土澆筑均采用分層平鋪法，每層厚度控制在30～50cm，沿著井壁四周對(duì)稱、均勻澆筑，避免壓力不均勻產(chǎn)生基底不均勻下沉。沉井井體分2節(jié)澆筑產(chǎn)生的水平施工縫容易產(chǎn)生漏水，須在澆筑第2節(jié)井體前，將第1節(jié)井體的上平面鑿毛、清理，然后方可進(jìn)行第2節(jié)井體鋼筋綁扎、立模、澆筑施工。

3.2.2? ?混凝土強(qiáng)度

混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的25%以上時(shí)，方可拆除沉井井體模板。第1節(jié)井體混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到70％，方可澆筑第2節(jié)井體。第1節(jié)井體混凝土必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度、2節(jié)井體混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，方可進(jìn)行沉井下沉。

3.2.3? ?指揮協(xié)作

在專人指揮下對(duì)稱、同步敲碎刃腳底部的混凝土墊塊。在擊碎刃腳底部混凝土墊塊的過程中，夯砂或砂礫石要隨擊碎隨清除，并在刃腳內(nèi)、外側(cè)填筑小土堤。在分層夯實(shí)的同時(shí)，注意觀察沉井下沉是否均勻。在沉井下沉過程中，要注意沉井的結(jié)構(gòu)質(zhì)量是否對(duì)稱。

3.2.4? ?下沉控制

沉井下沉?xí)r，挖土要均衡、勻稱、緩慢，使井壁擠土下沉。發(fā)現(xiàn)井體傾斜、位移要及時(shí)糾正，沉井各點(diǎn)下沉不能產(chǎn)生大于100mm的不均勻下沉。沉井周圍不能堆積土方，施工挖出的土方要及時(shí)清運(yùn)。要及時(shí)將挖出的地下水排出井體。

3.2.5? ?安全監(jiān)控

要嚴(yán)格按照施工組織設(shè)計(jì)及其有關(guān)規(guī)定，在高壓縮性土體中進(jìn)行沉井下沉作業(yè)。要設(shè)立監(jiān)控系統(tǒng)，在井內(nèi)突然發(fā)生井壁下沉?xí)r須及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并采取防止土面驟升而引發(fā)安全事故的有效、可靠的安全措施。

4? ?沉井傾斜的原因和控制措施

4.1? ?沉井下沉?xí)r產(chǎn)生傾斜的原因

經(jīng)分析，沉井在下沉過程中產(chǎn)生傾斜的原因有以下4個(gè)方面：一是沉井刃腳下方的基土硬度不均，井體受地下局部障礙物阻礙，被拖住無法順利下沉，造成沉井下沉?xí)r發(fā)生傾斜。二是沉井下沉速度過快、刃腳下方的土體被過度掏空或向井內(nèi)涌入大量流砂，造成沉井發(fā)生傾斜。三是所采用的挖土方案不合理，井內(nèi)的土面高度差較大，沒有做到均勻?qū)ΨQ的挖土；或者對(duì)泥質(zhì)黏土性能估計(jì)不準(zhǔn)，泥質(zhì)觸變性能不清，造成沉井發(fā)生傾斜。四是沉井下沉過深，造成其下沉過程難以控制，從而導(dǎo)致其下沉過程出現(xiàn)傾斜。

4.2? ?施工過程控制措施

4.2.1? ?土方挖掘要點(diǎn)

井體完成制作且下沉準(zhǔn)備工作完成后，方可拆除刃腳墊架。井內(nèi)挖土工作面應(yīng)從沉井中心開始，分層、勻稱地進(jìn)行挖土作業(yè)。土方挖掘要點(diǎn)是：先由沉井中部逐步向四周掘進(jìn)，每層掘進(jìn)厚度為0.4～0.5m，沿刃腳四周保留0.5～1.5m的土堤，再沿2～3m一段的沉井井壁向刃腳方向逐層削薄土層，做到充分對(duì)稱均勻。為了防止井體下沉速度過快，應(yīng)嚴(yán)格控制坑底深度和出土量，防止刃腳下方土方產(chǎn)生虛空。

當(dāng)障礙物墊在刃腳一側(cè)時(shí)，要及時(shí)予以清除，以便使井體繼續(xù)均勻下沉。如果障礙物是較小的孤石，可將其附近的泥土掏出后取出該孤石。如果障礙物是較大的孤石，可先用風(fēng)鎬將其破碎成較小的石塊后，再將其清除。如沉井刃腳土質(zhì)軟硬不均，可將砂石進(jìn)行回填，使該土質(zhì)軟硬勻稱。為避免沉井發(fā)生傾斜，沉井內(nèi)土體每層開挖深度應(yīng)在30cm以下或更薄。

4.2.2? ?控制第1節(jié)井體下沉尺寸

第1節(jié)井體下沉?xí)r，必須考慮其與第2節(jié)沉井的接高問題。這是因?yàn)樵趦晒?jié)沉井接高時(shí)，有可能因?yàn)槌辆傮w質(zhì)量增大，造成沉井下沉，將第2節(jié)模板頂?shù)艋蛟斐沙辆畠A斜。故第1節(jié)沉井下沉完成后，其混凝土頂面應(yīng)高出地面1m以上。

4.2.3? ?正確處置異常情況

沉井下沉?xí)r如果發(fā)生異常情況，應(yīng)及時(shí)分析研究并盡快采取有效對(duì)策。如果井體外側(cè)摩擦阻力過大，應(yīng)采取減阻措施，使沉井連續(xù)下沉，避免出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間停歇；如果遇到沉井下沉過急時(shí)，應(yīng)在井壁周圍采取停止開挖或在井內(nèi)留有較多土方等措施，使下沉停止；如果遇到流沙問題，應(yīng)采取抑制流沙的引水法、井穴法或者深井抽放法等方法予以解決。

4.2.4? ?注重觀察和測(cè)量

在沉井下沉之前，安排專人入井觀察、測(cè)量。每8h至少進(jìn)行2次沉降觀測(cè)，每臺(tái)班至少進(jìn)行1次刃腳標(biāo)高和位移觀測(cè)。沉井的高差和中心位移測(cè)量應(yīng)在每次沉井下沉穩(wěn)定后進(jìn)行，沉井下沉數(shù)據(jù)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)方案。對(duì)每項(xiàng)觀測(cè)資料都要如實(shí)記錄，做到分析和管理有資料。

4.3? ?沉井傾斜糾正措施

4.3.1? ?糾正方法

糾正沉井傾斜的具體方法有以下4種：一是沉井下沉?xí)r，如發(fā)現(xiàn)刃腳下邊有障礙物必須及時(shí)清除；二是所有井格內(nèi)部與井格之間的土層高差不能超過1m，在最后下沉階段的土層高差應(yīng)保持0.5m范圍以內(nèi)；三是對(duì)沉井外側(cè)塌陷區(qū)要及時(shí)回填土方，保證沉井外圍土體穩(wěn)定；四是如果沉井發(fā)生傾斜或偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)分析原因并采取相應(yīng)方法進(jìn)行糾偏，確保合理糾正下沉偏差。

4.3.2? ?除土糾偏

在沉井初沉?xí)r若發(fā)生傾斜現(xiàn)象，糾正起來相對(duì)容易。此時(shí)通常在刃腳較高的一側(cè)進(jìn)行除土作業(yè)，以減少刃腳較高一側(cè)的正面阻力，增加刃腳較低一側(cè)的正面阻力，從而使沉井偏差在下沉過程中得到緩慢糾正。

4.3.3? ?井外射水糾偏

沉井在正常下沉過程中，其外壁與周圍土層的摩擦阻力不斷增大，此時(shí)在井內(nèi)糾正偏斜的難度較大。若要糾正沉井的偏斜，必須破壞沉井外壁土層原有的被動(dòng)式土壓，即對(duì)沉井土壓較高一側(cè)的外壁土層，采用高壓射水方法進(jìn)行沖刷，以減小該土層對(duì)沉井外壁的被動(dòng)式土壓，使沉井的傾斜得到緩慢的糾正。

4.3.4? ?重物加壓糾偏

沉井外壁與其周圍土層的摩擦阻力較大一側(cè)，其下沉量較少、位置較高、沉井就發(fā)生偏斜。此時(shí)可在較高一側(cè)井頂位置搭設(shè)平臺(tái)，放置鋼錠等重物以增大重力，使較高一側(cè)沉井的沉降量大于較低一側(cè)沉井的沉降量，已將沉井的傾斜度糾正。

4.3.5? ?沉井位置扭轉(zhuǎn)的糾正

如果出現(xiàn)沉井位置扭轉(zhuǎn)問題，可在沉井偏位進(jìn)行兩角偏出土，其余兩角進(jìn)行偏填土，利用刃腳下方產(chǎn)生的壓力差，形成相應(yīng)的力矩，使出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的沉井在下沉過程中慢慢恢復(fù)到正常狀態(tài)。整個(gè)糾偏過程一定要緩慢進(jìn)行，完成糾偏后，沉井應(yīng)處于勻速、緩慢下沉狀態(tài)。

5? ?結(jié)語

本文以寧波市海天路至濱海河段道路工程為背景，闡述雨水管道集水井采用“不排水下沉法”施工方案，制定并實(shí)施了沉井施工要點(diǎn)，認(rèn)真分析研究了沉井傾斜的原因，采取了行之有效的控制措施，保證了沉井工程質(zhì)量和工期，實(shí)現(xiàn)了良好的社會(huì)效益和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

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