黄 博

(中交二航局第一工程有限公司，湖北 武汉 430012)

1 项目背景

市政污水管道工程中，结构物埋深逐渐加深，5 m以内结构物基本可采用明挖技术进行，超过5 m以上的结构物明挖施工技术经济型较差，采用小型沉井施工技术相比较为经济。本文主要针对市政污水管道工程中埋深超过5 m的污水系统结构物沉井施工技术进行探讨。

2 工程概况

2.1 工程简介

武汉巡司河区域污水管道系统整治工程中，对现状污水管线进行改造、完善。在现有污水管道系统的基础上，接长污水管道至泵站，通过泵站输送污水至污水处理厂，形成完整的污水处理体系。污水管道改造完善工程中，针对其中接入泵站区段进行完善，因接入泵站的底标高在现状地面下8 m左右，采用沉井施工技术施工污水井结构。

2.2 地质环境

沉井结构区域处于河道周边，地层主要以粘土层为主。具体地层情况自上至下依次为：人工填土、淤泥质土、粘性土等。沉井施工标高范围约为+19～+12 m，所处地层均为粘土层，地层特征为灰色、硬塑、饱和状态等。

2.3 结构设计

沉井结构平面尺寸8 m×5 m。沉井设计顶标高+19.8，设计底标高+11.8，沉井结构高8.0 m。沉井设计壁厚0.5 m，刃脚采用内刃脚结构形式，沉井基础处于粘土层中，地基承载力特征值不小于80 kPa。沉井结构砼的强度等级为C30、抗渗等级为S6。沉井下沉采用排水下沉、干封底。

3 沉井施工

3.1 沉井预制

沉井预制采用原地分层浇筑成型。预制分3次浇筑，第一次为刃脚结构约2.0 m，刃脚以上井壁结构分两次浇筑，每次浇筑高度约3.0 m。整体浇筑完成后，再一次下沉到位。沉井预制前，在沉井结构原位处，原地面向下开挖1.5～2.0 m的基坑，形成沉井预制作业面。

3.1.1 沉井预制垫层施工

垫层结构采用砂+砼结构形式，刃脚胎膜采用砖胎膜。

(1)砂垫层结构厚度、宽度验算：

厚度计算：

P≥G/(B+2Hstanα+2hc)+γsHs

(1)

在公式(1)中：P为砂垫层下地基土的承载力(kN/m2)，取80 kPa；G为沉井下沉前单位长度的重量(kN/m)，取102.25 kN/m(自重2742 kN，周长24 m)；B为韧脚踏面宽度(用了砖胎膜，宽度取0.65 m)；Hc为素混凝土承垫层的厚度(m)，取0.1 m；Hs为砂垫层的厚度(m)；α为砂垫层的压力扩散角(°)，取30°；γs为砂的重度(kN/m3)，一般为18 kN/m3。

最终计算得砂垫层的厚度为hc=75 cm，取砂垫层的厚度为80 cm。

宽度计算：

L≥B+2Hstanα+2hc

(2)

在公式(2)中：L为砂垫层宽度(m)；B为韧脚踏面宽度(用了砖胎膜，宽度取0.65 m)；hc为混凝土垫的厚度(m)，取0.1 m；Hs为砂垫层的高度(m)。

经计算，砂垫层的宽度：L≥1.8 m

(2)砼垫层结构厚度、宽度验算：

厚度计算：

混凝土抗剪强度：τ≥(G+G0)2hc

(3)

在公式(3)中：G为沉井沿单位长度的重量(自重2742 kN，周长24 m，G=114.25 kN/m)；G0为施工荷载单位长度的重量(G=2 kN/m)；hc为砼垫层高度。

C15混凝土抗剪强度τ=0.9 MPa，经计算hc=6.4 cm，取10 cm。

宽度计算：

L≥B+2hc

(4)

在公式(4)中：B为韧脚踏面宽度(用了砖胎膜，宽度取0.65 m)，其余各符号说明同上。hc取计算值10 cm，经计算L=85 cm。考虑到两侧预留施工作业宽度影响，L值取85 cm。

3.1.2 沉井预制、接高

(1)预制。沉井预制采用三次浇筑。砼质量采用强度等级C30、抗渗S6等级砼。井壁预制，采用对拉螺杆固定模板，对拉螺杆中间设止水片。钢筋在钢筋加工厂加工成型，运输至现场后绑扎成型。砼采用商品砼，泵送入模工艺。

(2)接高。沉井接高，施工缝处设止水条，确保施工缝处不出现渗漏现象。沉井预留孔处设软眼并进行临时封堵。软眼处设钢环进行安装，并焊接牢固，与砼浇筑形成整体。砼结构浇筑成型后，在软眼处靠沉井外侧砌筑砖墙临时封堵孔洞，并采用砂浆抹面，以承受泥土侧压力，具体如图1、图2所示。

图1 沉井软眼结构示意(单位：mm)

图2 沉井软眼处预埋钢套环结构示意

(3) 沉井模板。沉井模板采用木模板，内外侧设槽10型钢作为横向加劲带，间距0.5 m；钢管(φ48×3.2 mm)作为竖向加劲带，间距1.2 m。槽10型钢加劲带、钢管加劲带均采用双排结构，便于拉杆端固定。

(4) 模板及混凝土浇筑。模板及混凝土浇筑等操作过程中，均应设置施工平台，且平台随浇筑高度的提高，不断接高。平台搭设采用φ48×3.2 mm钢管杆件搭设双排脚手架管。外侧脚手架以固定式为主，内侧脚手架以活动式为主。内脚手架，每次沉井下沉前拆除，砼浇筑时搭设。

3.2 沉井下沉

3.2.1 沉井下沉系数计算

沉井下沉的系数计算，采用计算公式如下：

K=(G+G′-F)/(R1+R2)

(5)

在上面的公式(5)中：G为已浇注沉井的总自重；G′为施工荷载，按2 kN/m2计算；F为水的浮力；R1为刃脚的正面反力，R1=S×Pu；S为与地面接触的沉井投影面积；Pu为地基的极限承载力。R2为沉井的侧壁外摩阻力，R2=∑τi×Ai；τi为地基的极限摩阻力；Ai为沉井进入土体的侧壁外接触面积。

沉井下沉所需的起动下沉系数K不得小于1.05～1.25。

(1)经计算，沉井结构预制成型后，一次下沉的下沉系数为：K=(G+G′-F)/(R1+R2)=1.54>起动下沉系数1.05～1.25，满足要求。

(2)经计算，沉井下沉至设计底标高后的稳定系数为：K0=GT/(R1+R2)=0.56<1，满足要求。

3.2.2 沉井下沉

沉井下沉采用抓斗挖机取土，人工配合清理方式，取土下沉基。首先破除胎膜，采用2台风镐破碎，人工配合清理。抓斗挖机取土，采用分层、对称、均匀取土。按照“初期先中间后周边、后期先周边后中间”的原则进行基底取土，确保沉井均匀对称下沉。

3.2.3 沉井止沉

沉井下沉至设计标高后，为了防止出现突沉的现象，刃脚踏面下不得挖除，同时，需在刃脚斜面处回填粗砂、或碎石等，以此增加下沉阻力。在沉井顶部地面处焊接牛腿，牛腿下方支撑方木，以此增加下沉阻力。

3.2.4 沉井封底

在沉井封底过程中，应该采用砼干封底，此小型沉井封底砼数量约20方。封底前，应先进行连续观测，稳定后方可进行封底施工。封底清基采用人工清理为主，设备配合，需注意的是该过程中严禁超挖。清基后，及时验收基地平面位置、标高、基地地质情况等。封底砼浇筑应连续进行，砼标号与井身结构一致。

3.3 下沉监测

(1)倾斜监测。沉井结构同一标高平面处，对称设置4个高程监测点，下沉过程中，通过监测4个高程监测点高差，计算冲沉井下沉倾斜角等，便于控制沉井下沉竖向监测。同时，在沉井结构四角处设垂线球，便于随时观察沉井下沉倾斜度，具体如图3所示。

图3 沉井倾斜控制示意

(2)下沉量、平面位置监测。沉井顶部角点、及轴线位置设观测点，通过观测起始数值及沉井过程各数值，计算下沉量，便于控制下沉速度。对观测数据的计算分析，可了解沉井下沉是否倾斜以及轴线是否偏移等。

(3)监测频率。下沉监测工作应每班至少监测一次；每次下沉稳定后需及时进行计算分析；终沉时，每小时监测一次；严格控制超沉量；沉井封底前，监测自沉速率应小于10 mm/8 h；发生异常情况应加密测量。

4 结语

通过小型沉井施工工艺的实践验证，此工艺虽比大型沉井施工工艺有所简略，但从工程施工角度来说，已能较好的控制小型沉井施工质量，同时安全性、经济性均有较好的效果。希望此工艺对同类型结构施工能有所借鉴。