市政工程倒掛井構筑物優化與實施方案

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保護與展示及基礎設施提升項目（一期）設計采購施工總承包項目，雨污排水系統是古鎮舊城區改造工程的一部分，也是古鎮舊城改造的核心部分。由于為舊城改造，街道狹窄、人員復雜、建筑物基礎淺、地下不明物多。城鎮改造工程在城鎮日常運營的情況下施工，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，為盡可能地減少對原來街道道面的損毀，保障正常通行，在古鎮嵇康大街設計中，地下排水管道部分采用頂管施工，檢查井采用倒掛井工藝。倒掛井設計如圖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 工程設計工況

圖紙設計為圓形倒掛井，其結構外側砌體井壁采用沉井方法施工。砌體井壁作為施工內部雨水正式檢查井的外側模板和地下混凝土結構施工的外圍護結構。按設計要求砌筑時，分段對稱施工上部砌體結構沉井井壁，上部井身結構達到70%設計強度后才可向下開挖下沉。砌體沉井分段砌筑，分段下沉交替進行，下沉到設計深度，進行底部封底，完成外側砌體結構的沉井施工。然后再按照正作法施工沉井內側的鋼筋混凝土檢查井。

倒掛井的構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鍵問題。兩者施工順序的不同對整個檢查井的質量和整個工程的工期產生較大影響。按先頂管后檢查井施工工序，檢查井下部構造處理比較困難，按照先沉井后頂管的工序作業，頂管管道要穿越沉井井壁，要求井壁開洞、準確控制頂管的行進方向及標高、井底部分重新回填開挖。兩個方案順序需要比較優劣，采取經濟合理的方案是本文著重解決的問題。

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

3 設計倒掛井的構造

倒掛井的設計采用先做磚砌沉井支護結構，完成磚砌沉井結構后，再在沉井支護的條件下支設模板、澆筑污水檢查井井壁的鋼筋混凝土結構。砌體沉井圍護結構與其內正式倒掛井結構為獨立的兩層結構。這種構架體系功能清晰、層理合理、計算簡單，但也存在地面影響面積大、實體工作量大、施工工期長、造價高等問題，而且磚砌倒掛井沉井只作為圍護結構和內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置，還有與頂管作業交叉順序的安排事項。

4 工程方案選擇

4.1 各方案的施工工藝對比

①按照設計圖紙的意圖。頂管先行施工，頂管完成后，進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，制作井底構造。磚砌沉井只作為正式檢查井的臨時圍護結構，兼做外側模板。此方案在施工上有兩個難點，一是此方案下部構造處理欠合理，難度較大。磚砌沉井沉到頂管頂部時，需要鑿除影響沉井的管道構造，再次下沉到設計井底標高，做井底結構。若按照檢查井規范需要留置100～150mm 長管頭在井內，這樣就得破除部分沉井壁結構再下沉，給沉井結構整體性、穩定性帶來隱患。二是沉井到設計標高后，在狹窄的井底施工檢查井底鋼筋混凝土結構，各工序都難以實施，且質量難以保證。若保證沉井的整體性，就得把管壁結構破除到沉井壁外，沉井沉到標高后，再開洞接管道進沉井內，又有管道接頭不符合規范構造要求，容易引起管道周圍滲漏。再有地下水影響，整個下部結構施工面臨諸多困難。

②倒掛井施工按照設計構造施工，采用先做倒掛井，后頂管工藝。倒掛井施工完成達到結構強度后，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，再次清理井內土方。鑿除頂管井內段，處理細部、封堵周邊結合部位縫隙，然后施工正式鋼筋混凝土檢查井，此作業條件與設計的圍護條件相符，能達到設計的意圖。但工序多、仍然有在狹窄的空間里現澆作業困難。此方案的特點是檢查井構造合理，保證了沉井整體性和排水管構造符合規范的要求，質量容易保證，相對方案一較合理。但是倒掛井仍然是正式檢查井的安全圍護結構，并作為檢查井的鋼筋混凝土外模板?？紤]到能做一次沉井，將沉井結構直接做為正式檢查井結構，實現一次下沉成井，后頂管到位，在井內處理頂管管頭，更容易達到設計的構造要求，這就是第三種方案的初步設想。

③初步設想是在地面將原設計的鋼筋混凝土檢查井，直接沉到位，實現一步到位，后頂管的工藝工序。這種做法可以實現檢查井的作用目的。但是鋼筋混凝土結構下沉施工，需要做刃腳、綁扎鋼筋、澆筑混凝土，比較繁瑣，施工、養護時間較長，接高井壁又需要較長的時間間斷下沉作業，對于倒掛井這種較小直徑的沉井，不是很經濟合理。

借鑒了原設計磚砌沉井的思路，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，把標準混凝土砌塊作為砌體模塊替代原來設計使用的燒結磚砌體，這樣通過迭代原理的思路，達到設計的構造強度、尺寸等的同時，省去了只作為圍護結構的磚砌外側磚砌沉井結構。這樣采用通用混凝土模塊砌筑結構工藝下沉，作為正式的檢查井，實現成井作業全部在地面實施。

在沉井和管道頂管作業先后順序的安排上，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，確定為采用標準混凝土模塊砌塊作為檢查井壁結構砌體，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。對本工程的地質和地下水條件進行比較分析，先沉井、后頂管的工藝，從經濟性、質量、工期上都是較合理的方案。經過與設計商討，同意模塊混凝土砌塊砌筑、構造加固、一次沉井到位的工程施工工藝、構造、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 主要工序的構造解決方案

在滿足設計使用功能總體方案框架下，在以下方面對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順序，沉井混凝土模塊砌體沉井及加固，井底構造處理。

一次沉井作業方案的工藝過程。采用混凝土標準混凝土砌塊結構做檢查井，并采用倒掛井沉井工藝將檢查井施工到位。在結構方面，由于混凝土模塊砌塊的強度比燒結磚強度高，混凝土模塊砌塊砌體采用混凝土做接合材料，加設構造鋼筋，整體的構造強度高于磚砌體采用砂漿做膠結材料的強度，可以做替代結構，強度、剛度和穩定性都高于磚砌體的各項性能。

檢查井的沉井施工工序為施工前準備→原道面破除→向下垂直開挖沉井基坑（基坑深度約為2m）→在坑內砌筑沉井井身（邊砌筑邊插筋和灌混凝土，一般砌3m 高，并內外抹防水砂漿→養護砌體強度75%以上）→井內挖土下沉到沉井頂部在地面標高以下1m 左右→再接高砌體井壁、邊砌筑邊插筋、內外抹防水砂漿→本次養護砌體強度75%以上→再次挖土下沉→如此循環（土方開挖及砌筑施工）直至設計底標高澆筑底板→封閉井底完成外側砌體沉井作業→回填粘土、并夯實到管頂上1m 標高→頂管穿越檢查井→清理井內回填土→去除井內管道部分結構→封閉頂管周圍縫隙→檢查驗收檢查井。

工作工藝過程如圖5所示。

圖5 工作工藝過程圖

沉井、頂管的作業順序。對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構構造充分與設計契合。設計采用的構造形式如圖6所示。

圖6 先沉井、后頂管構造形式

方案三沉井底部構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，開孔的時機掌握在頂管到達沉井處，準確測量頂管的平面、高程位置，并對井壁周邊進行加固，給頂管管道留下通道，如圖7所示。

圖7 沉井底部構造形式

沉井混凝土模塊砌體沉井及加固。沉井采用混凝土預制模塊。根據設計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。當采用混凝土模塊組砌時，下部做200mm 厚混凝土環狀帶，環狀帶內配置一定鋼筋加強刃腳，并留置插筋與上部的混凝土模塊孔內的插筋搭接，上部混凝土模塊砌體按照構造加強要求即可。砌筑模塊內外側隨砌筑隨抹防水砂漿，尤其外側要抹平，并壓光順滑，減小沉井過程的阻力。砌體砌筑必須嚴格按照工藝要求留置平縫和結構錯縫，灌注混凝土及保濕養護，混凝土強度達到75%以上時，才可以沉井作業。沉井過程中，采用沉井和加高井壁交叉進行的辦法。

井內挖土下沉前，必須保證沉井井壁有一定的構造強度，才能抵抗可能的側向荷載。在模塊砌筑成型過程中，對水平和豎向加入加固鋼筋，預留砌筑孔中灌注混凝土，并用插入式振搗器振實，進行養護，內外側隨砌筑隨抹灰，外側包裹1mm以上的鋼絲網抹灰，加強整體性和受力性能。施工過程中多個沉井同時施工，穿插作業，工序和時間更合理。為使頂管穿越已經成型的沉井壁，在檢查井內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

井底構造處理。沉井到設計標高后，若是堅實的地基土，可以直接在井內按照設計檢查井的要求，澆筑混凝土井底墊層，再澆筑井底地板混凝土。若井底土質松軟，或有地下水時，對井底面清理，鋪助300～500mm 厚手擺毛石穩固層，再澆筑200mm 厚的墊層混凝土，地下水較為豐富時，手擺毛石塞底，導流管排水，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，采用地下壓力注漿加固止水或輕型井點降水法在井底降低地下水位，再實施結構構造施工，保證構造體的穩定和安全。相關的施工工藝按照現階段的施工規范實施，措施圖如圖9所示。

圖9 井底構造處理施工措施

施工技術要求。本工程檢查井倒掛法的施工各個工序，都嚴格按照鋼筋混凝土規范、混凝土砌塊砌筑工藝標準，并按照沉井施工工藝標準實施。

6 結語

通過對本工程倒掛井構筑物的優化和工藝過程的改進，是施工檢查井、深基礎等地下構筑物簡單易行、普遍適用的施工方法。在舊城市改造項目中，對狹窄地段深度大、場地小、無法開挖、機械作業不便的雨污排水管線構建筑物，可利用現有的材料，采取可靠的構造措施，實現了特殊條件下地下構筑物工程作業工序的簡化、工期及投入的節約。作為一項有效的工程方案實施與推廣，可以獲得較好的社會和經濟效果，尤其對類似的構筑物群，能在城市改造中實現土地節約、減少污染物排放、節約能源、綠色施工。