浅析某污水管道工程沉井施工的施工技术及质量控制

摘 要：某污水管道工程，主要功能是将芦村厂大门上游污水经过本工程所排设污水管道排入芦村厂四期进水泵房。污水管道采用顶管施工方式，管材采用钢筋混凝土管，工作井及接收井采用沉井，为永久性构筑物。沉井施工技术选用与质量控制是关键。

关键词：污水管道工程 沉井 施工技术 质量控制

某污水管道工程，主要功能是将芦村厂大门上游污水经过本工程所排设污水管道排入芦村厂四期进水泵房。污水管道全长约560m，采用顶管方式施工。本工程施工期为2012年3月～2012年9月。本工程采用顶管施工的管道为d1500、d1650及d2000钢筋混凝土管，d1500采用Ⅲ级钢筋混凝土管，d1650、d2000采用Ⅱ级钢筋混凝土管。用于制作Ⅱ级及Ⅲ级钢筋混凝土管的混凝土强度等级不低于C50，且管端200mm～300mm范围内增加环筋的数量和配置U型箍筋或其它形式加强筋。主管沉井工作井2座，沉井接收井1座，骑马井1座。沉井采用圆形井，工作井内径为7.5m，接受井内径为5m。本工程顶管工作井及接收井均采用钢筋混凝土沉井施工，沉井为永久性结构，在顶管施工结束后继续履行检查井的功能。其中工作井沉井壁厚60cm，刃脚高度1.7m，厚度0.8m，踏面宽度30cm。沉井下沉到位并封底后，在沉井顶部设置一圈30cm厚的钢筋混凝土挡土墙，高度80cm，确保顶管施工过程中人员安全。根据本工程地质勘探的土质情况，本工程沉井下沉中要穿越亚粘土夹亚砂土、粉质性粘土层，故采用排水下沉方式。由于沉井井高（包括刃脚）9.8m，故分2次制作，分二次下沉。本工程的沉井施工技术选用与质量控制是关键，其能否顺利推进，将关系到后續顶管能否顺利推进。本工程沉井施工技术及质量控制作如下阐述：

一、沉井施工工艺流程

1、工艺流程：基坑土方开挖→基坑排水→沉井刃脚制作→沉井第一节井壁制作→井点降水→沉井挖土下沉→沉井第二节井壁制作→沉井挖土下沉→沉井封底→养护→上部现浇。

二、沉井施工方法如下：

1、基坑开挖

（1）、土方开挖

根据设计施工图要求及现场土质实际情况，基坑采用机械开挖，辅以人工修整，开挖放坡为1：0.33，深度为1.5米。

（2）、排水

根据地质资料，沉井要穿越粉质粘土、粉土层，故本工程排水分为基坑排水及井点降水二种形式。

基坑排水：在基坑开挖及其他工序施工时，基坑内采用明沟排水，即在基坑四周挖0.5m×0.5m排水沟，引入1m×1m深1.5m集水井内，然后用水泵排除积水。

井点降水：由于本工程地下水位较高，顶管工作井需采取降水措施。根据现场察看，采用大口井点的降水措施。根据现场实际情况，我方井点降水管材采用DN300双壁波纹管，井点布置于每个井位4点，距离井2m处，井点深度根据地面往下18米，采用深井真空泵抽水；根据工程施工需要，为保证沉井施工时施工顺利，井点降水在沉井下沉前3天进行，因为混凝土施工特点，井点降水需在沉井砼底板浇筑强度达到设计强度时停止，以防止地下水及流砂涌出底板，导致砼底板被破坏或更严重的后果。

2、沉井刃脚垫层及刃脚砖模施工

为了避免沉井制作过程中沉井产生过大的不均匀沉降，在人工夯实地基的基础上，在沉井刃脚处铺设砼垫层、砂垫层。为保证砂垫层的密实性，要选用级配较好的中粗砂，铺设时分层夯实。然后在砂垫层上浇筑C15素砼垫层。C15素砼垫层要进行准确定位放线，因直接作底模用，根据要求立模、浇捣、养护，表面保持平整，标高准确。再用100#机制红砖75#水泥砂浆砌筑砖模，砖模每2M留垂直缝，与砼接触面抹水泥砂浆后铺二层油毡。

3、模板、钢筋工程

根据施工图纸在砖模上拼装刃脚不等边角钢，经校核无误后，电焊固定。然后进行立模、扎筋；施工时先立内侧模板，再扎钢筋，最后立外侧模板。

模板结构在施工中十分重要，它不仅控制着构件的尺寸、形状的准确，而且直接影响着砼浇筑质量和施工进度，因此模板主要采用钢模，局部使用木模，模板拼缝应紧密，接缝处可以填嵌油灰，保证不漏浆。沉井井壁采用Φ14mm穿墙螺栓固定模板，为满足抗渗要求，在螺栓中间焊一4X70X70止水铁片，螺栓两端各加焊一4X50X50止水铁片。井壁底板预留槽用5cm厚木模配制，在立模同时，井内搭设满堂支撑，增加模板稳定性。第二节沉井模板不能支撑于地面上，模板底部距地面不小于1m。模板立好后，检查其位置、高程、垂直度。

本工程所用钢筋的种类、规格等应符合设计要求，并具有出厂质量证明书及力学性能报告。钢筋表面要洁净，不得有锈皮、油渍、油漆等污垢。冷拉钢筋的机械性能必须符合规范要求，钢筋必须顺直，调直后表面伤痕及锈蚀不应时钢筋截面积减少。钢筋弯曲成型后表面不得有裂缝、鳞落或断裂等现象。钢筋的调直、切断、弯钩、绑扎成型均采用冷加工的方法进行。使用前按规定见证取样，送有检测资质的检测单位作试拉、试弯等试验。需焊接的钢筋作同样要作焊接试验。施工中须代换钢筋，应符合规范规定和征得设计部门的同意。钢筋绑扎时与模板间应设置足够数量强度不低于构件设计强度的砂浆垫块，垫块应相互错开。分散布置，钢筋焊接绑扎均要符合设计要求和规范规定，同一截面钢筋头数量要符合规范规定，竖向双排钢筋间设置连接筋，水平双层钢筋间设置马蹄钢筋支撑，以确保钢筋排距。主筋d>20采用电渣压力焊，d：﹤20采用搭接焊。钢筋的搭接焊缝厚度不小于6mm，搭接长度双面焊时不小于5倍钢筋直径，单面焊时不小于10倍钢筋直径。在搭接长度范围内，受力钢筋接头截面积不得大于总面积的25%。钢筋锚固长度HPB235级钢为31d，HRB335级钢为35d。搭接长度为1.2倍锚固长度。相邻受力钢筋的绑扎搭接接头要相互错开。钢筋绑扎搭接接头连接区段的长度为1.5倍搭接长度，凡搭接接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接区段。

4、脚手架及其它辅助工程

在立模、扎筋及砼浇筑的每一分部时，由于高度较高，都需搭设满堂钢管脚手架，并及时搭设施工用木便道，以便施工人员操作；同时在砼浇筑时，及时搭设施工用仓面脚手架。内外脚手架的搭设要满足浇筑砼时的各种荷载叠加的承载能力、刚度和稳定性要求，多设斜撑和剪刀撑，外脚手架应按规定设置抛撑，扣件应紧固，一保证脚手架的稳定与牢固。

5、砼工程

砼工程是沉井工程的关键之一，它质量的好坏，将直接影响到沉井工程结构的质量。砼工程由浇筑前的准备工程、砼搅拌、运输、浇筑和养护组成。

本工程采用商品砼，以保证砼质量。砼浇筑时采用泵送方式进入模板内。砼自由倾落高度不应超过2M，如超过2M，应采用吊椽或溜槽等缓冲措施。井壁砼浇筑应按井壁四周均匀对称分层浇筑，底板浇筑时应按一定顺序方向进行浇筑；砼要随浇随平，不得堆积，严禁使用振捣平仓；如有粗骨料堆叠时，应均匀分布于砂浆较多处，严禁用砂浆覆盖；在新旧砼施工缝处，应对施工缝进行凿毛和冲洗处理，并保持湿润，但不得积水，在砼浇筑前，应先铺一层厚度为20-30mm与砼成份相同的水泥砂浆。砼浇筑完毕后，根据实际情况适当采取洒水、覆盖草袋保养措施。

砼浇筑时在现场及时按规范要求制作砼试块，同条件养护试块也同时制作，并做好养护工作，及时送检。在砼试块检测合格情况下才能进行下道工序施工。

砼施工完毕拆模后，井壁内、外侧露出拉筋应凿深2.5mm，且从根部将多余钢筋割掉，再用高标号水泥砂浆抹平，加刷沥青，避免钢筋由于水渗入而锈蚀。

6、沉井下沉

（1） 沉井下沉計算

地面至刃脚底高度为11.1m，基坑深1.5m，实际下沉深度为9.6m。沉井高度为9.8m，分两节制作，二次下沉。第一节高度为5.3m，第二节高度为4.5m。第一次下沉5m，第二次下沉4.6m。

沉井终沉系数按下式计算：

K=（Q-B）/（Tf+R）

=（Q-B）/[πDfh+0.6πDf（H-h-2.5）+R]﹥1.15

其中：Q：沉井自重及附加荷重（KN）

B：被井壁排除的水重（KN），采取排水下沉时，B=0；

Tf：沉井与土之间的摩阻力（KN/m2）

R：刃脚反力（KN），如果施工时刃脚底挖空，R=0

H：井筒下沉高度（m）

h：井筒外壁呈阶梯形部分（刃脚）高度（m）

D：沉井刃脚外壁直径（m）

D：阶梯形沉井上部外壁外径（m）

f：刃脚壁单位面积摩阻力（kpa）

f：阶梯形沉井上部外壁所受的单位面积摩阻力（kpa）

1）沉井第一次下沉5m，沉井第一节自重：（由于沉井配筋较多，容重取25KN/m3）

Q=3.14X（4.35X4.35-3.75X3.75）X3.6X25 +3.14X（4.55X

4.55-3.75X3.75）X1.7X25-0.5X0.7/2X8X3.14X25=2149KN

沉井第一次下沉时穿越亚粘土夹亚沙土、粉质性粘土，f、f取25kpa，则井壁摩阻力：

Tf=3.14X9.1X1.7X25+0.6X3.14X8.7X25X（5-1.7-2.5）=1542KN

采用刃脚底挖空方式下沉，所以R为0

故：k=（Q-0）/（Tf+0）=2149/1542=1.39>1.15，可以下沉。

2）沉井第二次下沉4.6m，沉井第一节、第二节自重：

Q=3.14X（4.35X4.35-3.75X3.75）X3.6X25+3.14X（4.55X

4.55-3.75X3.75）X1.7X25-0.5X0.7/2X8X3.14X25+3.14X（4.35X4.35-3.75X3.75）X4.5X25=3866KN

沉井第二次下沉穿越粉质性粘土，f取20kp，f取25kpa则井壁摩阻力：

Tf=3.14X9.1X1.7X20+0.6X3.14X8.7X25X（9.6-1.7-2.5）=3181KN，R取0，

故：k=（Q-0）/（Tf+0）=3866/3184=1.21>1.15，可以下沉。

（2）沉井下沉

本工程沉井由于高度为9.8m，故分二次制作，分二次下沉。第一节砼强度达到设计强度才可挖土下沉，第二节砼强度要达到70%才可挖土下沉。

沉井下沉采用挖掘机配合人工取土下沉法。主要优点：施工速度块，直观性好，地基土质情况容易分辨；施工过程中不产生大量泥浆，对现场文明施工管理有利；施工场地限制不大，适合本工程施工场地狭小的特点。

当第一节沉井砼强度达100%设计强度时，开始挖土下沉。下沉前先凿除刃脚素砼垫层和砖胎模，垫层拆除应先内后外对称进行，并用人工将井内碎砖清理干净。在沉井四周井壁上画上测量标尺寸、并设立水平指示尺。素砼垫层凿除后，采用挖机配合人工将砂取出，初沉阶段挖砂从井内中部开始向四周均匀对称地扩展。沉井挖土主要采用长臂挖机开挖，人工配合修边，保证开挖分层均匀，对称进行，采用先中央，后四周，即先在中部下挖约40-50cm，并逐渐向四周均匀扩挖，至距刃脚1M再分层挖除刃脚内侧土台。长臂挖机挖出土方直接装车，并运输到指定地点。人工修边所挖出土方采用汽吊吊运并装车，同样运输到指定地点。

沉井刚开始入土时，由于井体重心高，容易产生偏斜，操作必须十分谨慎，入土半数后，可加快下沉速度。为了控制沉井设计标高，避免超沉，最后2M应放慢下沉速度，同时根据土质条件，预留适当的自沉量。整个下沉过程中要不断进行标高观测，每班至少应测量两次。

沉井下沉过程中，有时会出现倾斜、位移及扭转等情况，施工中加强观测，及时发现并采取措施纠正，在纠偏中同时防止过量或超沉。

产生倾斜的可能原因有：

（1）、刃脚下土质软硬不均；

（2）、拆刃脚垫架时，抽出承垫木未对称同步进行，或未及时回填；

（3）、挖土不均，使井内土面高低悬殊；

（4）、刃脚下掏空过多，使沉井不均匀突然下沉；

（5）、排水下沉，井内一侧出现流砂现象；

（6）、刃脚局部被大石块或埋设物搁住；

（7）、井外弃土或施工荷载对沉井一侧产生偏压。

操作中针对原因予以预防，如沉井已经倾斜，就采取在刃脚较高一侧加强挖土并在较低的一侧适当回填砂石，并配以井外射水，或局部偏心压载，使偏斜得到纠正。待其正位后，再均匀分层取土下沉。

位移产生的原因多由于倾斜导致，如沉井在倾斜情况下下沉，则沉井向倾斜相反方向位移，或在倾斜纠正时，如倾斜一侧土质较松软时，由于重力作用，有时也沿倾斜方向产生一定位移，因此预防位移应避免在倾斜情况下下沉，加强观测，及时纠正倾斜。位移纠正措施一般是有意使沉井向位移相反方向倾斜，再沿倾斜方向下沉，至刃脚中心与设计中心位置吻合时， 再纠正倾斜，因纠正倾斜重力作用产生的位移，可有意向位移的一方倾斜后，使其向位移相反方向产生位移纠正。

下沉过程中做到均匀，对称出土，挖土先中中央后四周均匀对称进行，以保证井体均匀下沉严格控制泥面高差，纠偏时不可大起大落，避免沉井偏离轴线，纠偏幅度不宜过大，频率不宜过高。沉井在终沉阶段应以纠偏为主，在下沉至距设计标高1m以上时基本纠偏，纠正后谨慎下沉，在沉井刃脚接近设计标高30cm以内时，必须不再有超出允许范围内的位置及方向偏差，否则难于纠正。

7、沉井接高

由于沉井为分节制作，分节接高，故要设置施工缝。砼施工缝处理本工程采用钢板止水带，施工前凿毛并清理干净；内外模采用对拉螺栓固定，对拉螺栓中间设置防渗止水片；钢筋密集部位和预留孔底部人工振捣，保证结构密实。沉井每次接高时各部位轴线位置保持一致、重合，及时做好沉降和位移监测。接高施工过程中严禁沉井发生倾斜和突然下沉。

8、沉井封底及底板施工

沉井下沉至设计标高，高程偏差满足设计要求及施工规范规定，且在8小时内累计下沉量不大于5mm时，方可进行封底。封底时井点降水继续，并稳定保持地下水位距坑底不小于0.5m；在沉井封底前用大石块将刃脚下填实。砼封底浇筑从四角刃脚开始，向中央推移，再在封底砼上做防水层，然后进行底板钢筋绑扎及砼浇筑。为了避免井内渗水冲蚀新浇砼，封底前在基坑內设集水井、钢板管，集水井内预埋D1000钢板管（管下部有渗水孔，钢板管采用ζ=10mm钢板），底板砼强度达到设计强度并满足抗浮要求时，封填集水井、停止井点降水。

9、上部现浇钢筋砼挡墙

在沉井封底结束后，为保证后续顶管施工安全，在沉井顶部浇筑30cm壁厚、高度为80cm的钢筋砼挡墙。钢筋砼挡墙从钢筋绑扎、模板支立、砼浇筑等严格按规范进行。

三、质量控制

主要分沉井制作和下沉质量控制。沉井制作质量控制分为：钢筋工程、模板工程、砼浇筑、脚手架的质量控制。钢筋工程从钢筋外表、种类、数量、加工成形等方面控制。模板工程施工前先作模板预拼，校核平面尺寸和平整度等，并检验模板的结节点，全部合格后使用。

砼浇筑严格控制配合比，浇筑时充分振捣到位，浇筑完毕及时养护。脚手架保证适当的宽度、步架高度、离墙距离，满足工人操作、材料堆置和运输需要，具有稳定的结构和足够的承载能力。沉井下沉时加强观测，及时纠偏。

1、质量检查

（1）、自检

操作工人每天下班前，对自己操作的该部位分项工程进行自行检查，检查质量是否符合设计和规范要求，不符合要求处及时修正。各作业班组班长及班组质量员对施工完毕的分项工程进行自检工作，发现问题及时修正，并做好自检记录。

（2）、互检

每完成一个分部工程或分项工程，由项目负责人、质量总监、质量员、施工组织班组长、班组质量员和主要技工进行互相检查，应做好检查记录，相互督短，取长补短，共同提高。

（3）、交接检查

每完成一道工序，由项目负责人、质量总负责、质量员、施工员组织有关工种班组进行工序交接检查，并办理交接手续，做到责任分明，不符合规范要求，不准进入下道工序施工。

（4）、隐检

分部工程中每一分项工序完成须及时进行隐检验收，隐检由项目部组织质量总负责、质量员、施工员、监理、甲方和各班组长进行验收，验收合格后进入下道工序，并做好隐检记录。

2、质量检测

（1）、工程质量实行两级检查，三方监督，即在班组自检互检的基础上，项目质量员与施工员负责复核，公司抽检和定期质量大检查。工程质量由建设单位、监理公司和本公司质监部门三方监督。

（2）验收标准。《给水排水构筑物工程施工及验收规范》（GB50141-2008）

结束语

经过本工程的沉井施工，有几点启示：1、首先要根据地质报告和施工图进行沉井下沉进行验算，从而确定下沉方式，这是沉井下沉能否成功的先决条件；2、沉井的制作质量要严格控制，要保证足够的牢固度，不至于下沉过程中出现开裂等现象；3、沉井下沉过程中要加强检测，及时纠偏，使沉井按设计要求下沉到位。本工程沉井施工采用了成熟的施工工艺及合理的降水措施，加上严格的质量控制措施及安全施工措施，在施工过程中及时消除质量隐患及安全危险源，从而确保了施工的顺利实施，同时也为后续顶管施工打下了坚实的基础。

参考文献

[1] 《给水排水构筑物工程施工及验收规范》（GB50141-2008）

[2] 《质量检查员（市政公用工程）专业基础知识》。

作者信息

孙震南，身份证号：32022219721012207X