復(fù)雜市域環(huán)境預(yù)制裝配式大型沉井施工技術(shù)研究

盧軍球 （安徽省路橋工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230031）

1 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市建設(shè)開(kāi)始向地下空間擴(kuò)展，而橋梁建設(shè)開(kāi)始向?qū)掗熕?、外海方向延伸。大型沉井作為一種重要的地下結(jié)構(gòu)和深埋基礎(chǔ)形式被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到公路工程、公路和鐵路橋梁工程中。目前，國(guó)內(nèi)城市公路建設(shè)和橋梁工程中所使用的各種沉井結(jié)構(gòu)已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)?shù)囊?guī)模，其平面尺寸和下沉深度也在不斷加大，對(duì)于沉井這類(lèi)地下工程而言，若施工時(shí)質(zhì)量不過(guò)關(guān)，需要修復(fù)則十分困難。市域工程的施工首先需要進(jìn)行沉井的施工，我國(guó)一些城市環(huán)境較為復(fù)雜，部分地下已有管線敷設(shè)，部分地質(zhì)情況比較特殊，針對(duì)這些情況，需要采取不同的施工方法以保障施工的質(zhì)量。目前沉井施工主要以現(xiàn)澆居多，但預(yù)制技術(shù)也在不斷發(fā)展，工程上廣泛采用的預(yù)制拼裝方式有豎向分節(jié)拼裝或水平向分塊拼裝，前者不易運(yùn)輸，后者拼裝施工效率較低。

本文將聚焦復(fù)雜市域環(huán)境下的預(yù)制裝配沉井施工，對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行研究，總結(jié)出一套施工工藝，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了該技術(shù)的合理性和實(shí)用性。

2 關(guān)鍵技術(shù)

本技術(shù)對(duì)沉井井壁采用預(yù)制裝配式井壁，每段井壁由4 個(gè)1/4 圓弧拼裝而成，如圖1 所示，節(jié)段之間預(yù)留精軋螺紋鋼管道，施加豎向預(yù)應(yīng)力，張拉完成后對(duì)縱向預(yù)留置管道一次注入水泥漿填實(shí)，在各標(biāo)準(zhǔn)塊橫向和縱向剪力槽內(nèi)粘貼止水橡膠條。

圖1 預(yù)制裝配式井壁橫向拼裝示意圖

每個(gè)單元圓弧井壁片頂部均預(yù)制了縱向凹槽，井壁片底部預(yù)制了縱向凸榫，其兩端均設(shè)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(shè)置止水帶，并在壁內(nèi)涂刷防水層，其中1 號(hào)段井壁（最底部）的井壁片底部預(yù)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(wǎng)片同樣為1/4 圓弧形，采用定制的簡(jiǎn)易綁扎胎架綁扎，井壁預(yù)制時(shí)采用定型化鋼模板，模板兩端端模設(shè)置用于臨時(shí)固定鋼筋網(wǎng)片吊鉤。井壁吊裝時(shí)采用輻射式操作平臺(tái)系統(tǒng)，通過(guò)操作平臺(tái)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)制裝配式沉井現(xiàn)場(chǎng)的快速組裝及精確沉放，操作平臺(tái)系統(tǒng)由內(nèi)外操作平臺(tái)及內(nèi)外吊架組成，具體如圖3所示。

圖3 操作平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

3 施工應(yīng)用

3.1 工藝流程

本技術(shù)成功應(yīng)用于利辛縣城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)PPP 項(xiàng)目，具體施工工藝如圖4所示。

圖4 施工流程圖

3.2 重點(diǎn)操作要點(diǎn)

3．2．1 測(cè)量放樣

做好施工前準(zhǔn)備，確定施工方案，對(duì)沉井表面及周?chē)M(jìn)行清表、清淤，材料設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，建立現(xiàn)場(chǎng)的施工臨時(shí)供電、供水線路，滿足開(kāi)工前的需要；根據(jù)設(shè)計(jì)方提供的控制點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)，建立本項(xiàng)目的工程測(cè)量控制系統(tǒng)，對(duì)沉井基坑進(jìn)行測(cè)量、放樣并標(biāo)記。

3．2．2 開(kāi)挖溝槽

在沉井基坑周?chē)M(jìn)行溝槽開(kāi)挖，便于沉井坑開(kāi)挖時(shí)的降水作業(yè)，防止基坑中的地下水影響沉井的開(kāi)挖及施工。

3．2．3 井點(diǎn)降水

為確保沉井平穩(wěn)下沉，采用排水下沉法施工。用井點(diǎn)抽除地下水，降低地下水位，井點(diǎn)在基坑外周布置，并至少預(yù)抽7d后，方可開(kāi)始挖土。

3．2．4 井孔開(kāi)挖

采用挖掘機(jī)從地面向下挖土，開(kāi)挖土體至一定深度成孔后，暫停開(kāi)挖，人工修整坑面及井壁，如圖5 所示。若因地質(zhì)原因井孔開(kāi)挖困難，則采用水鉆成孔的方式開(kāi)挖。井里挖土?xí)r要有專(zhuān)人指揮吊車(chē)，人員、挖掘機(jī)都要離開(kāi)吊車(chē)工作半徑，退至安全距離。挖土過(guò)程中要隨時(shí)檢查塔吊基礎(chǔ)穩(wěn)定性，防止因抽水或挖土造成塔吊地基失穩(wěn)。

圖5 開(kāi)挖井口

先將沉井區(qū)范圍的表層土挖出，確保沉井在制作安裝過(guò)程中能均勻下沉。同時(shí)，要確保沉井制作地基具有足夠承載力，對(duì)基坑底部存在土質(zhì)松軟的予以清除后，以砂土回填、整平、夯實(shí)，防止沉井下沉?xí)r不均勻沉降造成井壁開(kāi)裂。開(kāi)挖時(shí)，注意棄土需運(yùn)離沉井兩倍開(kāi)挖深度。沉井坑成型后，及時(shí)用粗砂分層回填，用平板振動(dòng)器或蛙夯壓實(shí)并灑水，確保填砂承載力。

3．2．5 井壁預(yù)制

①綁扎鋼筋網(wǎng)片

鋼筋通過(guò)定型化胎架綁扎成1/4 圓弧形鋼筋網(wǎng)片，如圖6所示。

圖6 鋼筋網(wǎng)片示意圖

鋼筋采用HPB300 和HRB400，加工時(shí)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(yù)制構(gòu)件主筋全部采用對(duì)焊焊接，同斷面鋼筋接頭互相錯(cuò)開(kāi)。

②利用定型化模板（1/4 圓弧形）進(jìn)行井壁預(yù)制，定型化模板端部設(shè)有鋼筋網(wǎng)片掛鉤，可在澆筑時(shí)保障鋼筋網(wǎng)片的位置。最后通過(guò)定型化模板將單元井壁預(yù)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(yù)留預(yù)應(yīng)力鋼管道。

③裝配底部

最底部的單元井壁底部設(shè)置成刃腳，并且在設(shè)計(jì)位置封砌預(yù)留孔，用于頂管作業(yè)，如圖7 所示，整個(gè)沉井預(yù)制施工質(zhì)量應(yīng)滿足表1要求。

表1 預(yù)制沉井制作質(zhì)量控制

圖7 底部井壁片示意圖

3．2．6 安裝操作平臺(tái)

采用由內(nèi)外平臺(tái)及吊架組成的輻射式一體化操作平臺(tái)在井口作業(yè)，安裝好操作平臺(tái)系統(tǒng)后，通過(guò)操作平臺(tái)最終可實(shí)現(xiàn)預(yù)制裝配式沉井現(xiàn)場(chǎng)的快速組裝及精確沉放。

3．2．7 井壁拼裝

澆筑墊層待強(qiáng)度達(dá)到后，現(xiàn)場(chǎng)將各刃腳環(huán)單塊拼接成整體，在單塊橫向預(yù)留孔內(nèi)穿預(yù)應(yīng)力鋼絞線并進(jìn)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(kāi)洞環(huán)，然后安裝標(biāo)準(zhǔn)環(huán)，最后安裝調(diào)節(jié)環(huán)。安裝時(shí)上下環(huán)之間采用豎縫錯(cuò)縫拼裝，同時(shí)為了提高預(yù)制沉井的防水性能和抗剪性能，在各單塊橫、豎向均設(shè)置了剪力槽和止水帶，用精軋螺紋鋼穿過(guò)各縱向預(yù)留管道連接，在拼裝完成后施加豎向預(yù)應(yīng)力，確保井壁各環(huán)連接成一個(gè)整體，最后向管道注入水泥漿一次填實(shí)。

3．2．8 吊裝預(yù)制護(hù)壁

安裝龍門(mén)吊桁架，門(mén)架角柱與地面之間的節(jié)點(diǎn)須保證穩(wěn)固，首先角柱焊接鋼板后，用地腳螺栓穩(wěn)定在井口鎖扣盤(pán)混凝土上，然后澆筑C30 混凝土墩700mm×700mm×400mm 進(jìn)行穩(wěn)固，鋼筋植入鎖扣盤(pán)不小于50cm。通過(guò)龍門(mén)吊桁架進(jìn)行護(hù)壁的吊裝、移動(dòng)與下放。

3．2．9 下放護(hù)壁

護(hù)壁下放前在沉井四周設(shè)置施工排水溝，工作井內(nèi)積水時(shí)，使用潛水泵將水排至施工排水溝并引流進(jìn)入集水坑內(nèi)，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(jù)工作井內(nèi)滲水量而定，排水過(guò)程中井內(nèi)不得有人，待切斷潛水泵電源后，作業(yè)人員方可進(jìn)入井內(nèi)。排水完成后進(jìn)行護(hù)壁施工，先將底層護(hù)壁各塊段拼裝好，然后整體下放形成護(hù)壁底部基礎(chǔ)，其余節(jié)段護(hù)壁可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行分片或組裝下放固定，最終形成整體護(hù)壁。

3．2．10 沉井首次下沉

沉井在每次下沉前均要按規(guī)范對(duì)下沉系數(shù)K 進(jìn)行計(jì)算，對(duì)有關(guān)下沉的現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)和實(shí)際技術(shù)數(shù)據(jù)，如井壁實(shí)際阻力等要重點(diǎn)留意，確保下沉系數(shù)K≥1．05 方可進(jìn)行沉放。

沉井首節(jié)下放后，開(kāi)始首次下沉。初沉作為整個(gè)沉井下沉里最關(guān)鍵的工序，采用人工配合機(jī)械下沉。此時(shí)沉井四壁無(wú)約束和摩擦，節(jié)段重量全部靠底砂層承擔(dān)，這就導(dǎo)致沉井重心高而下沉系數(shù)很大。因此，若基坑開(kāi)挖不均勻，短時(shí)間內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生較大的傾斜位移，對(duì)整個(gè)沉井的線型安裝產(chǎn)生不利影響。

沉井刃腳下砂墊層按每層厚度25cm 分層均勻開(kāi)挖，井內(nèi)挖土按每層30cm 左右厚均勻?qū)ΨQ(chēng)開(kāi)挖，井內(nèi)土面高差一般應(yīng)控制在0．5m 以內(nèi)?？拷心_處土盡可能不開(kāi)挖以防止沉井突沉。沉井下沉?xí)r，每班至少作兩次監(jiān)測(cè)，包括中線位移，每開(kāi)挖一層土均應(yīng)做一次下沉量、垂直度測(cè)量若發(fā)現(xiàn)沉井傾斜，及時(shí)采取糾偏措施，沉井沉至距設(shè)計(jì)標(biāo)高100mm 時(shí)停止挖土下沉，并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)直至穩(wěn)定。

3．2．11 沉井接高

當(dāng)沉井節(jié)段第一次接近預(yù)定標(biāo)高時(shí)，應(yīng)調(diào)平沉井，準(zhǔn)備拼裝第二節(jié)沉井，拼接縫隙中填充遇水膨脹橡膠，并在壁內(nèi)涂刷防水涂料，接高方式同井壁豎向拼接方式。接高時(shí)應(yīng)注意挖土部位及挖土深度，防止沉井產(chǎn)生較大偏斜或沉降過(guò)大，保持沉井井身穩(wěn)定，以便節(jié)段拼接。

3．2．12 沉井二次下沉

沉井第二次下沉?xí)r，采用長(zhǎng)臂鉤機(jī)挖土下沉。下沉前結(jié)合首次下沉經(jīng)驗(yàn)，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(guān)系，研究確定好合理的開(kāi)挖深度，讓沉井緩緩“穿刺”下沉。過(guò)程中要做好沉降觀測(cè)，隨時(shí)掌握土層變化情況，對(duì)下沉做好動(dòng)態(tài)調(diào)整，防止因開(kāi)挖過(guò)深形成突沉，沉井下沉過(guò)程中傾斜率要控制在1/150～1/200，超過(guò)1/200 時(shí)就要進(jìn)行糾偏。糾偏方法是在傾斜的相反一側(cè)刃腳偏除土，在井壁外側(cè)射水沖刷，井頂施加水平力予以糾偏。

當(dāng)沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高以上2m時(shí)，開(kāi)始準(zhǔn)備調(diào)平沉井，此時(shí)應(yīng)注意沉井開(kāi)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(nèi)側(cè)亦承受一定的摩阻力，防止沉井突然大量下沉并產(chǎn)生較大的偏斜，控制好沉井緩緩準(zhǔn)確下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3．2．13 底板混凝土澆筑

沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后進(jìn)行底板混凝土澆筑，在坑底澆筑50cm 厚C30 鋼筋混凝土基礎(chǔ)，以便后期安放頂進(jìn)頂推架進(jìn)行頂管施工。待封底混凝土達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，及時(shí)抽排井內(nèi)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(jù)設(shè)計(jì)圖紙與井壁預(yù)插鋼筋合理布置，鋼筋檢查驗(yàn)收合格后立模板進(jìn)行底板混凝土澆筑，用插入式振搗器將混凝土振搗密實(shí)，再用平板振搗器提漿初平，最后進(jìn)行人工找平、收面，開(kāi)始進(jìn)行底板混凝土養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)論

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目應(yīng)用，該項(xiàng)技術(shù)能夠很好滿足施工要求，具體結(jié)論如下：

①采用豎向分節(jié)和豎向分節(jié)斷面分片預(yù)制裝配式沉井組合技術(shù)，可在施工初期進(jìn)行預(yù)制工作，節(jié)約沉井的現(xiàn)澆時(shí)間；

②通過(guò)搭建內(nèi)外操作平臺(tái)及內(nèi)外吊架組成的輻射式操作平臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制裝配式沉井現(xiàn)場(chǎng)的快速組裝及精確沉放；

③在預(yù)制井壁片段與段之間豎向預(yù)留置管道，通過(guò)布置精軋螺紋鋼，并施加豎向預(yù)應(yīng)力，張拉后對(duì)縱向預(yù)留置管道一次注入水泥漿填實(shí)，確保沉井的整體性，同時(shí)在各標(biāo)準(zhǔn)塊橫向和縱向剪力槽內(nèi)粘貼止水橡膠條，提高井壁防水性。