复杂市域环境预制装配式大型沉井施工技术研究

卢军球 （安徽省路桥工程集团有限责任公司，安徽 合肥 230031）

1 引言

近年来，随着国民经济的不断发展，城市建设开始向地下空间扩展，而桥梁建设开始向宽阔水域、外海方向延伸。大型沉井作为一种重要的地下结构和深埋基础形式被越来越广泛地应用到公路工程、公路和铁路桥梁工程中。目前，国内城市公路建设和桥梁工程中所使用的各种沉井结构已经达到相当的规模，其平面尺寸和下沉深度也在不断加大，对于沉井这类地下工程而言，若施工时质量不过关，需要修复则十分困难。市域工程的施工首先需要进行沉井的施工，我国一些城市环境较为复杂，部分地下已有管线敷设，部分地质情况比较特殊，针对这些情况，需要采取不同的施工方法以保障施工的质量。目前沉井施工主要以现浇居多，但预制技术也在不断发展，工程上广泛采用的预制拼装方式有竖向分节拼装或水平向分块拼装，前者不易运输，后者拼装施工效率较低。

本文将聚焦复杂市域环境下的预制装配沉井施工，对上述问题进行研究，总结出一套施工工艺，通过现场实际应用，验证了该技术的合理性和实用性。

2 关键技术

本技术对沉井井壁采用预制装配式井壁，每段井壁由4 个1/4 圆弧拼装而成，如图1 所示，节段之间预留精轧螺纹钢管道，施加竖向预应力，张拉完成后对纵向预留置管道一次注入水泥浆填实，在各标准块横向和纵向剪力槽内粘贴止水橡胶条。

图1 预制装配式井壁横向拼装示意图

每个单元圆弧井壁片顶部均预制了纵向凹槽，井壁片底部预制了纵向凸榫，其两端均设置竖向的凸榫与凹槽，用于1/4井壁片之间的拼接及限位，拼接位置设置止水带，并在壁内涂刷防水层，其中1 号段井壁（最底部）的井壁片底部预制刃脚，如图2所示。

图2 沉井井壁竖向拼装示意图

沉井井壁钢筋网片同样为1/4 圆弧形，采用定制的简易绑扎胎架绑扎，井壁预制时采用定型化钢模板，模板两端端模设置用于临时固定钢筋网片吊钩。井壁吊装时采用辐射式操作平台系统，通过操作平台系统实现了预制装配式沉井现场的快速组装及精确沉放，操作平台系统由内外操作平台及内外吊架组成，具体如图3所示。

图3 操作平台结构示意图

3 施工应用

3.1 工艺流程

本技术成功应用于利辛县城市基础设施建设PPP 项目，具体施工工艺如图4所示。

图4 施工流程图

3.2 重点操作要点

3．2．1 测量放样

做好施工前准备，确定施工方案，对沉井表面及周围进行清表、清淤，材料设备进场，建立现场的施工临时供电、供水线路，满足开工前的需要；根据设计方提供的控制点和水准点，建立本项目的工程测量控制系统，对沉井基坑进行测量、放样并标记。

3．2．2 开挖沟槽

在沉井基坑周围进行沟槽开挖，便于沉井坑开挖时的降水作业，防止基坑中的地下水影响沉井的开挖及施工。

3．2．3 井点降水

为确保沉井平稳下沉，采用排水下沉法施工。用井点抽除地下水，降低地下水位，井点在基坑外周布置，并至少预抽7d后，方可开始挖土。

3．2．4 井孔开挖

采用挖掘机从地面向下挖土，开挖土体至一定深度成孔后，暂停开挖，人工修整坑面及井壁，如图5 所示。若因地质原因井孔开挖困难，则采用水钻成孔的方式开挖。井里挖土时要有专人指挥吊车，人员、挖掘机都要离开吊车工作半径，退至安全距离。挖土过程中要随时检查塔吊基础稳定性，防止因抽水或挖土造成塔吊地基失稳。

图5 开挖井口

先将沉井区范围的表层土挖出，确保沉井在制作安装过程中能均匀下沉。同时，要确保沉井制作地基具有足够承载力，对基坑底部存在土质松软的予以清除后，以砂土回填、整平、夯实，防止沉井下沉时不均匀沉降造成井壁开裂。开挖时，注意弃土需运离沉井两倍开挖深度。沉井坑成型后，及时用粗砂分层回填，用平板振动器或蛙夯压实并洒水，确保填砂承载力。

3．2．5 井壁预制

①绑扎钢筋网片

钢筋通过定型化胎架绑扎成1/4 圆弧形钢筋网片，如图6所示。

图6 钢筋网片示意图

钢筋采用HPB300 和HRB400，加工时注意钢筋平直，避免局部弯折，使用前将表面锈迹、油渍等清理干净，预制构件主筋全部采用对焊焊接，同断面钢筋接头互相错开。

②利用定型化模板（1/4 圆弧形）进行井壁预制，定型化模板端部设有钢筋网片挂钩，可在浇筑时保障钢筋网片的位置。最后通过定型化模板将单元井壁预制成各边均带有凸榫与凹槽的装配式井壁，在井壁段与段之间竖向预留预应力钢管道。

③装配底部

最底部的单元井壁底部设置成刃脚，并且在设计位置封砌预留孔，用于顶管作业，如图7 所示，整个沉井预制施工质量应满足表1要求。

表1 预制沉井制作质量控制

图7 底部井壁片示意图

3．2．6 安装操作平台

采用由内外平台及吊架组成的辐射式一体化操作平台在井口作业，安装好操作平台系统后，通过操作平台最终可实现预制装配式沉井现场的快速组装及精确沉放。

3．2．7 井壁拼装

浇筑垫层待强度达到后，现场将各刃脚环单块拼接成整体，在单块横向预留孔内穿预应力钢绞线并进行张拉，张拉完毕后用水泥砂浆封闭。按照施工顺序逐层安装开洞环，然后安装标准环，最后安装调节环。安装时上下环之间采用竖缝错缝拼装，同时为了提高预制沉井的防水性能和抗剪性能，在各单块横、竖向均设置了剪力槽和止水带，用精轧螺纹钢穿过各纵向预留管道连接，在拼装完成后施加竖向预应力，确保井壁各环连接成一个整体，最后向管道注入水泥浆一次填实。

3．2．8 吊装预制护壁

安装龙门吊桁架，门架角柱与地面之间的节点须保证稳固，首先角柱焊接钢板后，用地脚螺栓稳定在井口锁扣盘混凝土上，然后浇筑C30 混凝土墩700mm×700mm×400mm 进行稳固，钢筋植入锁扣盘不小于50cm。通过龙门吊桁架进行护壁的吊装、移动与下放。

3．2．9 下放护壁

护壁下放前在沉井四周设置施工排水沟，工作井内积水时，使用潜水泵将水排至施工排水沟并引流进入集水坑内，再用小型潜水泵抽出排到道路排水沟。其中，排水泵的大小根据工作井内渗水量而定，排水过程中井内不得有人，待切断潜水泵电源后，作业人员方可进入井内。排水完成后进行护壁施工，先将底层护壁各块段拼装好，然后整体下放形成护壁底部基础，其余节段护壁可根据现场实际情况进行分片或组装下放固定，最终形成整体护壁。

3．2．10 沉井首次下沉

沉井在每次下沉前均要按规范对下沉系数K 进行计算，对有关下沉的现场勘测和实际技术数据，如井壁实际阻力等要重点留意，确保下沉系数K≥1．05 方可进行沉放。

沉井首节下放后，开始首次下沉。初沉作为整个沉井下沉里最关键的工序，采用人工配合机械下沉。此时沉井四壁无约束和摩擦，节段重量全部靠底砂层承担，这就导致沉井重心高而下沉系数很大。因此，若基坑开挖不均匀，短时间内就会产生较大的倾斜位移，对整个沉井的线型安装产生不利影响。

沉井刃脚下砂垫层按每层厚度25cm 分层均匀开挖，井内挖土按每层30cm 左右厚均匀对称开挖，井内土面高差一般应控制在0．5m 以内。靠近刃脚处土尽可能不开挖以防止沉井突沉。沉井下沉时，每班至少作两次监测，包括中线位移，每开挖一层土均应做一次下沉量、垂直度测量若发现沉井倾斜，及时采取纠偏措施，沉井沉至距设计标高100mm 时停止挖土下沉，并加强监测直至稳定。

3．2．11 沉井接高

当沉井节段第一次接近预定标高时，应调平沉井，准备拼装第二节沉井，拼接缝隙中填充遇水膨胀橡胶，并在壁内涂刷防水涂料，接高方式同井壁竖向拼接方式。接高时应注意挖土部位及挖土深度，防止沉井产生较大偏斜或沉降过大，保持沉井井身稳定，以便节段拼接。

3．2．12 沉井二次下沉

沉井第二次下沉时，采用长臂钩机挖土下沉。下沉前结合首次下沉经验，分析和厘清刃脚压力变化、挖土深度与沉井下沉量之间的关系，研究确定好合理的开挖深度，让沉井缓缓“穿刺”下沉。过程中要做好沉降观测，随时掌握土层变化情况，对下沉做好动态调整，防止因开挖过深形成突沉，沉井下沉过程中倾斜率要控制在1/150～1/200，超过1/200 时就要进行纠偏。纠偏方法是在倾斜的相反一侧刃脚偏除土，在井壁外侧射水冲刷，井顶施加水平力予以纠偏。

当沉井下沉至设计标高以上2m时，开始准备调平沉井，此时应注意沉井开挖出土的速度和部位，始终保持刃脚以上有较厚的土，使井壁内侧亦承受一定的摩阻力，防止沉井突然大量下沉并产生较大的偏斜，控制好沉井缓缓准确下沉至设计标高。

3．2．13 底板混凝土浇筑

沉井下沉至设计标高后进行底板混凝土浇筑，在坑底浇筑50cm 厚C30 钢筋混凝土基础，以便后期安放顶进顶推架进行顶管施工。待封底混凝土达设计强度后，及时抽排井内积水，以防封底混凝土承受水压而遭受破坏。随即绑扎底板钢筋，根据设计图纸与井壁预插钢筋合理布置，钢筋检查验收合格后立模板进行底板混凝土浇筑，用插入式振捣器将混凝土振捣密实，再用平板振捣器提浆初平，最后进行人工找平、收面，开始进行底板混凝土养护。

4 结论

通过现场项目应用，该项技术能够很好满足施工要求，具体结论如下：

①采用竖向分节和竖向分节断面分片预制装配式沉井组合技术，可在施工初期进行预制工作，节约沉井的现浇时间；

②通过搭建内外操作平台及内外吊架组成的辐射式操作平台系统，实现预制装配式沉井现场的快速组装及精确沉放；

③在预制井壁片段与段之间竖向预留置管道，通过布置精轧螺纹钢，并施加竖向预应力，张拉后对纵向预留置管道一次注入水泥浆填实，确保沉井的整体性，同时在各标准块横向和纵向剪力槽内粘贴止水橡胶条，提高井壁防水性。