市政工程倒掛井構(gòu)筑物優(yōu)化與實(shí)施方案

邱正超，張敬堯，張俊，徐賀，錢少剛 （中建二局第四建筑工程有限公司，天津 300457）

1 工程概況

該工程為淮北市某古鎮(zhèn)保護(hù)與展示及基礎(chǔ)設(shè)施提升項(xiàng)目（一期）設(shè)計(jì)采購(gòu)施工總承包項(xiàng)目，雨污排水系統(tǒng)是古鎮(zhèn)舊城區(qū)改造工程的一部分，也是古鎮(zhèn)舊城改造的核心部分。由于為舊城改造，街道狹窄、人員復(fù)雜、建筑物基礎(chǔ)淺、地下不明物多。城鎮(zhèn)改造工程在城鎮(zhèn)日常運(yùn)營(yíng)的情況下施工，由于日常游客較多，街面商戶林立，行人車輛對(duì)道路面的需求，能夠讓施工占用的工作面很小，為盡可能地減少對(duì)原來街道道面的損毀，保障正常通行，在古鎮(zhèn)嵇康大街設(shè)計(jì)中，地下排水管道部分采用頂管施工，檢查井采用倒掛井工藝。倒掛井設(shè)計(jì)如圖1、圖2所示。

圖1 倒掛井平面示意圖

圖2 倒掛井剖面示意圖

2 工程設(shè)計(jì)工況

圖紙?jiān)O(shè)計(jì)為圓形倒掛井，其結(jié)構(gòu)外側(cè)砌體井壁采用沉井方法施工。砌體井壁作為施工內(nèi)部雨水正式檢查井的外側(cè)模板和地下混凝土結(jié)構(gòu)施工的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。按設(shè)計(jì)要求砌筑時(shí)，分段對(duì)稱施工上部砌體結(jié)構(gòu)沉井井壁，上部井身結(jié)構(gòu)達(dá)到70%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才可向下開挖下沉。砌體沉井分段砌筑，分段下沉交替進(jìn)行，下沉到設(shè)計(jì)深度，進(jìn)行底部封底，完成外側(cè)砌體結(jié)構(gòu)的沉井施工。然后再按照正作法施工沉井內(nèi)側(cè)的鋼筋混凝土檢查井。

倒掛井的構(gòu)造與頂管管道的施工，空間上是交叉在一起的，這里涉及倒掛井和頂管管道施工先后順序的關(guān)鍵問題。兩者施工順序的不同對(duì)整個(gè)檢查井的質(zhì)量和整個(gè)工程的工期產(chǎn)生較大影響。按先頂管后檢查井施工工序，檢查井下部構(gòu)造處理比較困難，按照先沉井后頂管的工序作業(yè)，頂管管道要穿越沉井井壁，要求井壁開洞、準(zhǔn)確控制頂管的行進(jìn)方向及標(biāo)高、井底部分重新回填開挖。兩個(gè)方案順序需要比較優(yōu)劣，采取經(jīng)濟(jì)合理的方案是本文著重解決的問題。

此外，外側(cè)磚砌沉井主要是作為鋼筋混凝土內(nèi)檢查井的外側(cè)模板和安全圍護(hù)結(jié)構(gòu)，就是一種安全措施，后面做的內(nèi)鋼筋混凝土檢查井才是正式地下排水使用的構(gòu)筑物。那么直接把檢查井沉到位作為一種方案提出來，這樣可以省去外側(cè)構(gòu)筑物的工作量及減少施工工期和投入。

3 設(shè)計(jì)倒掛井的構(gòu)造

倒掛井的設(shè)計(jì)采用先做磚砌沉井支護(hù)結(jié)構(gòu)，完成磚砌沉井結(jié)構(gòu)后，再在沉井支護(hù)的條件下支設(shè)模板、澆筑污水檢查井井壁的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。砌體沉井圍護(hù)結(jié)構(gòu)與其內(nèi)正式倒掛井結(jié)構(gòu)為獨(dú)立的兩層結(jié)構(gòu)。這種構(gòu)架體系功能清晰、層理合理、計(jì)算簡(jiǎn)單，但也存在地面影響面積大、實(shí)體工作量大、施工工期長(zhǎng)、造價(jià)高等問題，而且磚砌倒掛井沉井只作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)檢查井的外支撐模板。本工程的倒掛井施工在頂管線路上設(shè)置，還有與頂管作業(yè)交叉順序的安排事項(xiàng)。

4 工程方案選擇

4.1 各方案的施工工藝對(duì)比

①按照設(shè)計(jì)圖紙的意圖。頂管先行施工，頂管完成后，進(jìn)行磚砌體沉井的制作、下沉到管徑頂面。再鑿除部分排水管壁，制作井底構(gòu)造。磚砌沉井只作為正式檢查井的臨時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，兼做外側(cè)模板。此方案在施工上有兩個(gè)難點(diǎn)，一是此方案下部構(gòu)造處理欠合理，難度較大。磚砌沉井沉到頂管頂部時(shí)，需要鑿除影響沉井的管道構(gòu)造，再次下沉到設(shè)計(jì)井底標(biāo)高，做井底結(jié)構(gòu)。若按照檢查井規(guī)范需要留置100～150mm 長(zhǎng)管頭在井內(nèi)，這樣就得破除部分沉井壁結(jié)構(gòu)再下沉，給沉井結(jié)構(gòu)整體性、穩(wěn)定性帶來隱患。二是沉井到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，在狹窄的井底施工檢查井底鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，各工序都難以實(shí)施，且質(zhì)量難以保證。若保證沉井的整體性，就得把管壁結(jié)構(gòu)破除到沉井壁外，沉井沉到標(biāo)高后，再開洞接管道進(jìn)沉井內(nèi)，又有管道接頭不符合規(guī)范構(gòu)造要求，容易引起管道周圍滲漏。再有地下水影響，整個(gè)下部結(jié)構(gòu)施工面臨諸多困難。

②倒掛井施工按照設(shè)計(jì)構(gòu)造施工，采用先做倒掛井，后頂管工藝。倒掛井施工完成達(dá)到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度后，在井壁上開鑿頂管孔，回填土到頂管頂面上1.5 倍管徑，即1.5m 厚，然后頂管穿越檢查井，再次清理井內(nèi)土方。鑿除頂管井內(nèi)段，處理細(xì)部、封堵周邊結(jié)合部位縫隙，然后施工正式鋼筋混凝土檢查井，此作業(yè)條件與設(shè)計(jì)的圍護(hù)條件相符，能達(dá)到設(shè)計(jì)的意圖。但工序多、仍然有在狹窄的空間里現(xiàn)澆作業(yè)困難。此方案的特點(diǎn)是檢查井構(gòu)造合理，保證了沉井整體性和排水管構(gòu)造符合規(guī)范的要求，質(zhì)量容易保證，相對(duì)方案一較合理。但是倒掛井仍然是正式檢查井的安全圍護(hù)結(jié)構(gòu)，并作為檢查井的鋼筋混凝土外模板?？紤]到能做一次沉井，將沉井結(jié)構(gòu)直接做為正式檢查井結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)一次下沉成井，后頂管到位，在井內(nèi)處理頂管管頭，更容易達(dá)到設(shè)計(jì)的構(gòu)造要求，這就是第三種方案的初步設(shè)想。

③初步設(shè)想是在地面將原設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土檢查井，直接沉到位，實(shí)現(xiàn)一步到位，后頂管的工藝工序。這種做法可以實(shí)現(xiàn)檢查井的作用目的。但是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)下沉施工，需要做刃腳、綁扎鋼筋、澆筑混凝土，比較繁瑣，施工、養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，接高井壁又需要較長(zhǎng)的時(shí)間間斷下沉作業(yè)，對(duì)于倒掛井這種較小直徑的沉井，不是很經(jīng)濟(jì)合理。

借鑒了原設(shè)計(jì)磚砌沉井的思路，把磚砌沉井施工的隨砌隨抹面的工藝方法作為正式檢查井的施工工藝，按照迭代的原理，把標(biāo)準(zhǔn)混凝土砌塊作為砌體模塊替代原來設(shè)計(jì)使用的燒結(jié)磚砌體，這樣通過迭代原理的思路，達(dá)到設(shè)計(jì)的構(gòu)造強(qiáng)度、尺寸等的同時(shí)，省去了只作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的磚砌外側(cè)磚砌沉井結(jié)構(gòu)。這樣采用通用混凝土模塊砌筑結(jié)構(gòu)工藝下沉，作為正式的檢查井，實(shí)現(xiàn)成井作業(yè)全部在地面實(shí)施。

在沉井和管道頂管作業(yè)先后順序的安排上，通過方案一和方案二的比較可知，采用先沉井、后頂管的工藝順序更加合理。

因此將檢查井的整體工程方案，確定為采用標(biāo)準(zhǔn)混凝土模塊砌塊作為檢查井壁結(jié)構(gòu)砌體，采用砌塊倒掛井的沉井工藝，先倒掛井后頂管的工程實(shí)施順序，就是方案三，如圖3、圖4 所示。在特定條件下，也可以采用先頂管后沉井的工藝。對(duì)本工程的地質(zhì)和地下水條件進(jìn)行比較分析，先沉井、后頂管的工藝，從經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量、工期上都是較合理的方案。經(jīng)過與設(shè)計(jì)商討，同意模塊混凝土砌塊砌筑、構(gòu)造加固、一次沉井到位的工程施工工藝、構(gòu)造、工序方案。

圖3 倒掛井原理圖

圖4 倒掛井成井示意圖

4.2 各種方案的工藝比較與量化分析（見表1）

表1 倒掛井方案工藝比較與量化分析

5 主要工序的構(gòu)造解決方案

在滿足設(shè)計(jì)使用功能總體方案框架下，在以下方面對(duì)倒掛井施工主要過程采用如下解決方案，一次檢查井沉井，先沉井后頂管的作業(yè)順序，沉井混凝土模塊砌體沉井及加固，井底構(gòu)造處理。

一次沉井作業(yè)方案的工藝過程。采用混凝土標(biāo)準(zhǔn)混凝土砌塊結(jié)構(gòu)做檢查井，并采用倒掛井沉井工藝將檢查井施工到位。在結(jié)構(gòu)方面，由于混凝土模塊砌塊的強(qiáng)度比燒結(jié)磚強(qiáng)度高，混凝土模塊砌塊砌體采用混凝土做接合材料，加設(shè)構(gòu)造鋼筋，整體的構(gòu)造強(qiáng)度高于磚砌體采用砂漿做膠結(jié)材料的強(qiáng)度，可以做替代結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性都高于磚砌體的各項(xiàng)性能。

檢查井的沉井施工工序?yàn)槭┕で皽?zhǔn)備→原道面破除→向下垂直開挖沉井基坑（基坑深度約為2m）→在坑內(nèi)砌筑沉井井身（邊砌筑邊插筋和灌混凝土，一般砌3m 高，并內(nèi)外抹防水砂漿→養(yǎng)護(hù)砌體強(qiáng)度75%以上）→井內(nèi)挖土下沉到沉井頂部在地面標(biāo)高以下1m 左右→再接高砌體井壁、邊砌筑邊插筋、內(nèi)外抹防水砂漿→本次養(yǎng)護(hù)砌體強(qiáng)度75%以上→再次挖土下沉→如此循環(huán)（土方開挖及砌筑施工）直至設(shè)計(jì)底標(biāo)高澆筑底板→封閉井底完成外側(cè)砌體沉井作業(yè)→回填粘土、并夯實(shí)到管頂上1m 標(biāo)高→頂管穿越檢查井→清理井內(nèi)回填土→去除井內(nèi)管道部分結(jié)構(gòu)→封閉頂管周圍縫隙→檢查驗(yàn)收檢查井。

工作工藝過程如圖5所示。

圖5 工作工藝過程圖

沉井、頂管的作業(yè)順序。對(duì)于檢查井的下部與頂管的交叉方式，采用先沉井、后頂管的工藝過程，可以保證檢查井底部結(jié)構(gòu)構(gòu)造充分與設(shè)計(jì)契合。設(shè)計(jì)采用的構(gòu)造形式如圖6所示。

圖6 先沉井、后頂管構(gòu)造形式

方案三沉井底部構(gòu)造形式要做頂管與沉井的底部穿插，頂管先行。需要在檢查井沉井到位后，在沉井壁開鑿頂管穿越孔，孔徑比頂管外管徑大200mm，開孔的時(shí)機(jī)掌握在頂管到達(dá)沉井處，準(zhǔn)確測(cè)量頂管的平面、高程位置，并對(duì)井壁周邊進(jìn)行加固，給頂管管道留下通道，如圖7所示。

圖7 沉井底部構(gòu)造形式

沉井混凝土模塊砌體沉井及加固。沉井采用混凝土預(yù)制模塊。根據(jù)設(shè)計(jì)的沉井尺寸選擇成品混凝土模塊，在砌筑井壁開始可以做鋼筋混凝土刃腳，也可以直接用混凝土模塊組砌。當(dāng)采用混凝土模塊組砌時(shí)，下部做200mm 厚混凝土環(huán)狀帶，環(huán)狀帶內(nèi)配置一定鋼筋加強(qiáng)刃腳，并留置插筋與上部的混凝土模塊孔內(nèi)的插筋搭接，上部混凝土模塊砌體按照構(gòu)造加強(qiáng)要求即可。砌筑模塊內(nèi)外側(cè)隨砌筑隨抹防水砂漿，尤其外側(cè)要抹平，并壓光順滑，減小沉井過程的阻力。砌體砌筑必須嚴(yán)格按照工藝要求留置平縫和結(jié)構(gòu)錯(cuò)縫，灌注混凝土及保濕養(yǎng)護(hù)，混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%以上時(shí)，才可以沉井作業(yè)。沉井過程中，采用沉井和加高井壁交叉進(jìn)行的辦法。

井內(nèi)挖土下沉前，必須保證沉井井壁有一定的構(gòu)造強(qiáng)度，才能抵抗可能的側(cè)向荷載。在模塊砌筑成型過程中，對(duì)水平和豎向加入加固鋼筋，預(yù)留砌筑孔中灌注混凝土，并用插入式振搗器振實(shí)，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，內(nèi)外側(cè)隨砌筑隨抹灰，外側(cè)包裹1mm以上的鋼絲網(wǎng)抹灰，加強(qiáng)整體性和受力性能。施工過程中多個(gè)沉井同時(shí)施工，穿插作業(yè)，工序和時(shí)間更合理。為使頂管穿越已經(jīng)成型的沉井壁，在檢查井內(nèi)夯填粘土至管頂面以上1.5m 厚。頂管穿越檢查井后，再清理出剩余的井內(nèi)土方。檢查井砌筑模塊如圖8所示。

圖8 檢查井砌筑模塊

井底構(gòu)造處理。沉井到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，若是堅(jiān)實(shí)的地基土，可以直接在井內(nèi)按照設(shè)計(jì)檢查井的要求，澆筑混凝土井底墊層，再澆筑井底地板混凝土。若井底土質(zhì)松軟，或有地下水時(shí)，對(duì)井底面清理，鋪助300～500mm 厚手?jǐn)[毛石穩(wěn)固層，再澆筑200mm 厚的墊層混凝土，地下水較為豐富時(shí)，手?jǐn)[毛石塞底，導(dǎo)流管排水，然后二次澆筑井底墊層封閉。在軟弱地基地段、地下水特別豐富，且有管涌、冒沙和滲流量大時(shí)，采用地下壓力注漿加固止水或輕型井點(diǎn)降水法在井底降低地下水位，再實(shí)施結(jié)構(gòu)構(gòu)造施工，保證構(gòu)造體的穩(wěn)定和安全。相關(guān)的施工工藝按照現(xiàn)階段的施工規(guī)范實(shí)施，措施圖如圖9所示。

圖9 井底構(gòu)造處理施工措施

施工技術(shù)要求。本工程檢查井倒掛法的施工各個(gè)工序，都嚴(yán)格按照鋼筋混凝土規(guī)范、混凝土砌塊砌筑工藝標(biāo)準(zhǔn)，并按照沉井施工工藝標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。

6 結(jié)語

通過對(duì)本工程倒掛井構(gòu)筑物的優(yōu)化和工藝過程的改進(jìn)，是施工檢查井、深基礎(chǔ)等地下構(gòu)筑物簡(jiǎn)單易行、普遍適用的施工方法。在舊城市改造項(xiàng)目中，對(duì)狹窄地段深度大、場(chǎng)地小、無法開挖、機(jī)械作業(yè)不便的雨污排水管線構(gòu)建筑物，可利用現(xiàn)有的材料，采取可靠的構(gòu)造措施，實(shí)現(xiàn)了特殊條件下地下構(gòu)筑物工程作業(yè)工序的簡(jiǎn)化、工期及投入的節(jié)約。作為一項(xiàng)有效的工程方案實(shí)施與推廣，可以獲得較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效果，尤其對(duì)類似的構(gòu)筑物群，能在城市改造中實(shí)現(xiàn)土地節(jié)約、減少污染物排放、節(jié)約能源、綠色施工。