大型装配式预制钢筋混凝土沉井施工技术

2020-10-31刘扬喜

四川建材 2020年10期

刘扬喜

(厦门海投工程建设有限公司，福建厦门 361000)

0 前言

在许多城市中心或老城区的住宅小区开发利用地下空间，以及特殊的施工场地等限制，无法实施大开挖方式施工地下建(构)筑物，而采用沉井技术[1]。沉井结构具有单体造价低、施工场地占地面积小、主体混凝土都在地面上拼接或浇筑、质量较易保证、接头处的防水处理方便可靠等优点[2]。预制装配式沉井施工技术是指主要结构(部件)在加工厂提前预制而成，现场吊装拼接，具有噪音(粉尘)污染小、无需支模拆模、减少工序、减少湿作业、施工速度快等的特点。普通沉井结构往往需要在地面上支模板，待混凝土强度达到要求以后才能挖土下沉，施工工期较长。而装配式沉井结构不仅可较好地减少施工现场的支模拆模工序和湿作业，有效加快施工速度，降低工程造价，而且能较好控制粉尘(噪音)污染满足环境保护要求。

本文是通过某园形地下停车库的装配式PC结构沉井施工[3]，来阐述本施工技术。该车库总面积380 m2，地面占地面积120 m2。设计50个停车位，分地下5层，每层50个车位。

1 技术特点

1)装配式沉井施工技术具有提高混凝土施工质量、减少现场施工环节、减少现场湿作业、加快工程进度、降低工地粉尘(噪音)污染等特点。

2)大型装配式预制构件即PC构件对吊装技术、拼接和防水等工序和质量要求较高。

3)通过“竖向错缝处理”、“降低水平施工缝”、“错层浇筑+外层防水”、“对称跳开开挖”、“沉多少挖，沉少多挖”等技术措施或施工原则，保证施工的顺利实施。

4)促进施工企业加强现场管理，提高装配式混凝土施工项目的工艺组合水平，严格上、下道工序交接手续，易于做好工序成品保护工作，省工、省时、省料。

2 工艺原理

本施工技术由预制刃脚与标准PC件、安装、钢筋工程、混凝土工程、防水工程、挖土与下沉、封底等合理组成的完整施工工艺体系，以提高PC构件的安装和防水工艺水平，严格执行施工工艺和内控质量标准，加强施工组织与现场科学管理，通过各分项工程的工序或工艺组合，确保装配式预制钢筋混凝土沉井的各PC件接缝平整、结构整体强度高、施工速度快、防水效果好的效果。

3 工艺流程及操作要点

3.1 工艺流程(见图1)

图1 装配沉井式地下构筑物施工工艺流程

钢筋工程施工工艺流程按钢筋加工及现场安装工艺流程进行；混凝土工程施工工艺流程对于钢筋密集的PC件应选用自密实混凝土浇筑工工艺，其他则按通常现场浇筑和振捣工艺流程进行。

3.2 操作要点

3.2.1 吊装前准备

1)施工放线。施工前，应根据设计图纸坐标及甲方提供的基准点测量定位，同时在沉井周围的施工影响范围之外布置坐标控制点和临时水准点，建立的控制点精度为±1 mm。

基槽(坑)开挖时，应采取降水措施，使地下水位降至基底面以下1 m，并定期观测其对周围道路市政设施和建筑物有无不利影响。

预制构件混凝土强度达到设计强度75%时方可吊装；预制构件运输时，应采用木材或混凝土块作为支撑物，构件接触部位用柔性垫片填实，支撑牢固不得有松动。

2)构件堆放。

(1)预制构件运送到施工现场后，应按规格、品种、所用部位、吊装顺序分别设置堆场。本着就近堆码，方便吊装的原则，将构件放置在沉井边，并满足吊装半径。堆码构件间必须设置支撑架位置，防止构件倾覆。

(2)堆码支撑架同运输方式，采用三角支架结合支撑杆共同支撑体系，但现场堆码不需要钢丝绳固定。

(3)现场运输道路和堆放堆场应平整坚实，并有排水措施。运输车辆进入施工现场的道路，应满足预制构件的运输要求。卸放、吊装工作范围内，不得有障碍物，并应有满足预制构件周转使用的场地。现场堆置一般按一层数量为单位。

(4)对连接止水条、高低口、转角等薄弱部位，应采用定型保护垫块或专用式附套件加强保护。

(5)应将所有措施性埋件、PC构件连接埋件埋设准确，连接面清理干净。

3)所有PC构件吊装之前必须将构件各个截面的控制线标示完成；根据构件类型、重量应配置专用吊具进行吊装。

4)吊装支撑系统布置及基础硬化。第一节刃脚安装前，场地临时硬化混凝土地面须施工完成并达到设计强度，降水井、排水沟等施工到位。支撑系统由定位限弧卡条、支撑三角架、型钢斜撑、垂直度调整钢管、吊链、组成。支撑基础环状地面应做硬化处理如图2～3所示。

图2 拼装前刃脚下基础硬化及预埋件设置

3.2.2 吊装作业

根据施工场地情况，PC构件大小，吊车参数，以及吊点的设置等，选择施工吊车的型号。为保证每个吊点均匀受力，避免倾斜或个别吊点受力过大，所有预制构件必须使用型钢扁担吊装(如图4)。

图3 拼装前刃脚下基础硬化及预埋件设置

图4 预制构件起吊示意

现场吊装用螺栓必须使用高强螺栓(10.9级)，所用吊具材质、规格、强度必须满足国标要求。

在PC构件校正过程中，板内斜撑杆以一根调整垂直度为准，待校正完毕后再紧固另一根，不可两根均在紧固状态下进行调整。每块预制构件吊装稳固后均需测量水平与垂直度偏差在允许范围内，遇需调整时应松开相关紧固件，严禁强蛮力校正。

风力超过6级时，停止作业。在起重机作业，应避开周边或上方有架空线。

3.2.3 对接安装

PC构件吊装之前，需要按照设计要求安装防水条。

首节刃脚拼装，必须对刃脚的环状线性、块间拼缝、水平高度、偏位误差严格控制，项目吊装前必须对支撑系统包括支撑架以及吊装地面基础进行硬化处理(见图5)，保证支架和预制构件的稳定性。在路面以及吊装区域刃脚底的硬化基础上准确预埋预制构件安装用的下端固定用金属连接件，刃脚拼装见图6。

图5 刃脚支撑架及地面硬化

图6 刃脚拼装

每层PC件安装上、下节应做错缝处理。即从第二节开始使标准块绕着圆心旋转12°，并保证预制块的竖向孔在同一竖向直线内，以便于下一步的钢筋笼安放和内腔混凝土浇筑，见拼装示意图7。

图7 错缝拼装示意图

拼接对齐工序：每节预制构件吊到位时除了支架系统外，需按照设计放线先放齐所有预制块，后用M20螺栓对锁临时固定，最后全部预制件安装完毕，再重新进行预制块拼装的精确对正和垂直度调整，确保每个预制块的水平和竖直位置都在拼装精度许可范围之内，然后再进行拼装接缝处的钢板焊接，完成最终固定(如图8所示)。

3.2.4 钢筋工程

对照建筑图和结构图认真读图和审图，全面领会设计图的设计意图，找出设计图中的差错和遗漏，做到融会贯通。注意构构造要求。

3.2.5 防水工程

沉井结构防水设计是在沉井壁的PC件拼接成环叠加层后，采用“错层浇筑内腔自密实混凝土+外层防水”，通过如下三种措施来增加装配式结构的整体性和防水性能[4-5]。

1)PC件每层的竖向拼接缝水平错动12o，内腔混凝土浇筑的施工面留在水平接缝以下50 cm处，将后浇施工缝和预制拼接缝错开。

2)在每块预制块的拼接缝处预留止水槽，在拼装前安装好膨胀止水条。

3)外侧拼接缝边预留钢板，待预制件位置精确定位后，将相邻的钢板连续焊接为一体，然后在钢板外侧铺装双组份聚硫密封膏柔性防水防护层。环向缝和竖向缝防水处理示意见图8～9。

图8 环向接缝处理示意图

图9 竖向连接处理示意图

3.2.6 混凝土工程

1)PC构件预制混凝土。

(1)商品混凝土公司的搅拌站应严格执行混凝土浇捣令制度，控制好所要浇筑混凝土的强度等级、配合比、搅拌量、浇筑时间。

(2)在浇混凝土时要派专职人员对预制构件的平整度、垂直度进行跟踪测量，如发现变形、倾斜应及时整改。

(3)混凝土浇筑时应准备好坍落度桶，按规定检查混凝土坍落度，并做好记录。混凝土的密实度主要在于振捣，合理的布点，准确的振捣时间是混凝土密实与否的关键。

(4)在预制工程的混凝土浇筑完成，拆模后用高压水枪冲洗内膜，使得内腔混凝土形成粗糙面，以加强施工现场后浇筑的芯混凝土与预制部分新老混凝土的界面性能。

(5)用于检验结构构件混凝土质量的试件，应在混凝土的浇筑地点随机取样制作。制作的标准抗压试块拆模后于当日(不超过一个工作日)即送往现场养护室进行标准养护，由试验员做好委托试验及试件交接手续。

2)内腔混凝土浇筑。

(1)浇筑混凝土前，全部支架、PC件和钢筋预埋件应按图纸要求进行检查，并清理干净PC构件腔内杂物。在浇筑时对混凝土表面应湿润处理，使砂浆紧贴预制件内腔混凝土表面。

(2)控制每层初凝时间，每层混凝土浇捣应控制在0.5m，并应均匀向上。严禁单侧浇捣，并有专人负责混凝土质量，严格按操作规程施工，以保证混凝土的浇捣质量。

(3)混凝土在浇筑前，混凝土的温度应维持在10℃～32℃。在内腔混凝土浇筑的时候将施工面预留在水平拼缝以下50 cm处。

(4)混凝土由高处落下的高度不得超过2 m。超过2 m时应采用导管或溜槽，超过10 m时应采用减速装置。导管或溜槽，应保持干净，使用过程要避免发生离析。

(5)浇筑混凝土期间，应设专人检查支架、钢筋等稳固情况，当发现有松动变形、移位时，应及时处理。混凝土初凝后，预制件不得振动，伸出的钢筋不得承受外力。

3.2.7 沉井挖土下沉计算、偏差控制

装配式沉井结构的挖土下沉和偏差控制是决定该项施工能否成功或者决定工程施工质量的重要因素之一，因此，必须严格按照设计和计算要求进行施工。

1)挖土下沉计算[6]。下沉系数计算：

Kc=(G-T浮)/T

式中，Kc为下沉系数；G为沉井自重，t；T浮为地下水浮力，t；T为井壁与土体的总摩阻力(t)及地下水浮力之和；如果沉井施工采用降水排水干挖法施工，且降水井布置在井壁与止水桩之间，故下沉过程中井内外壁均不考虑地下水浮力。

T=U×(h-h0)×f

式中，U为沉井外壁周长m；h为沉井入土深度，m；h0为基坑深度m；f为土与井壁摩阻系数，t/m2。

根据计算的沉井下沉系数，在下沉施工过程中做好确保沉井能够根据施工需要对称均匀下沉的措施，相关计算参考见相关计算文件。

当计算下沉Kc≥1.05，说明自重大，沉井下沉过程中，在刃脚下产生部分地基反力，以下沉为主；当沉井下沉系数Kc<1.05时，说明自重不足，难下沉，允许采用加载助沉措施。经计算可知，沉井在自重作用均能下沉，应当在沉井到达预定位置前应停止对刃脚斜面土体的挖掘，使刃脚斜面土体对沉井提供一定的支撑，从而结构稳定性更好、更安全。

根据下沉的具体要求，配置泥浆泵、高压水泵、水枪、高压输水管路和低压输泥浆管路等。

挖土采用长臂挖机、伸缩臂抓斗挖掘机，小型220挖掘机配合逐层人工进行挖土(见图10)。

图10 挖土下沉施工

2)土方分区开挖。土方开挖必须严格按照对称跳开开挖的原则，将沉井划分12个区间(见图11)，每个区间5.23 m，分6次对称开挖。开挖顺序：挖1-挖1→挖2-挖2→挖3-挖3→挖4-挖4→挖5-挖5→挖6-挖6。严禁连续在刃脚周圈大面积开挖。每次挖井深度控制在30～50 cm。

图11 土方开挖区间划分

3)沉井下沉控制。

(1)标高控制一般在沉井外壁周围定水准点，垂直度按四式八等分标出垂直轴线，各吊线坠一个，对准下部标板来控制，刃脚标高每班至少测量一次，轴线位移2～3天复测一次，当沉井每次下沉稳定后应进行高差和中心位移测量。

(2)初沉阶段每2 h至少测量一次，必要时应连续观测，即使纠偏。

(3)终沉阶段每小时至少测量一次，当沉井下沉接近设计标高时应加强观测，待8 h内沉井自沉累计不大于10 mm时方可进行封底，此时井体的标高位移和倾斜经检验合格[7]。

4)助沉纠偏。

(1)本施工理论计算下沉Kc值应大于1.05，沉井下沉过程中，在刃脚下产生地基反力，当沉井下沉系数Kc小于1.05时，允许采用加载助沉。沉井下沉到设计标高时应先卸载，再从事其他施工工作。

(2)沉井纠偏应根据测量资料随偏随纠，当沉井偏斜达到允许值的1/4时便要纠偏，沉井下沉过程中要做到勤测，勤纠，援纠。

(3)沉井初沉阶段要根据“沉多则少挖，沉少则多挖”的原则在开挖中纠偏，刃脚下挖土要逐步扩大，不能一次过量掏挖，不要通过大量挖土来纠偏。

(4)用射水或冲气方法纠正井体倾斜时，可在沉井偏高一侧在井壁外插入射水管或冲气管进行射水和冲气，减少井壁摩阻力，射水或冲气管也可预埋在井壁适当位置，用射水法纠偏后如留有射水孔应用厚触变泥浆或砂土填满。

(5)当沉井下沉过快时，在沉井外壁间填粗糙材料或将井筒外的土夯实，加大摩阻力。

(6)沉井下沉到离设计标高还有1 m时，应放慢下沉速度。加强井顶标高监测。刃脚下的土体不能挖空。当沉井下沉到离设计标高还有50 cm时，应停止机械挖土，改用人工挖土修正。由其自然下沉到设计标高后进行封底，防止沉井在下沉过程中突沉。

3.2.8 沉井封底

沉井沉至设计标高后，下沉基本稳定后进行沉井封底；封底前，首先排干井内的存水，并将井底圆心处挖至标高-17.05呈碗状(见图12)，清除干净井底砂子，并打毛刃角内侧以及浇筑钢筋混凝土底的凹槽；然后浇筑C20封底素混凝土。

图12 沉井封底示意

3.3 劳动力组织

1)装配式沉井地下构筑物的施工管理，组织各分项工程专业的施工管理人员，组成施工操作管理层，由专业技术性较强、操作技能娴熟的技工组成各分项工程操作的独立大班组，建立组班管理体系。

2)根据施工要求，合理组织施工现场劳动力。各钢筋工、木工、混凝土工、电工、水管工、机修工等工种要组织好，实行工种承包，挂牌施工。进场施工人员都必须持上岗证。

3)本工程大体积砼数量和设计的要求，合理地组织。

4 材料与设备

4.1 防水材料

焊接连接钢板外用非下垂型双组份聚硫密封胶，预制板块间选用遇水膨胀止水条。

4.2 钢筋

按设计要求使用的钢筋，具备出厂质保书，并经检验合格。

4.3 混凝土

采用商品混凝土浇筑。水泥：采用水化热比较低的矿渣硅酸盐水泥，通过掺加合适的外加剂可以改善混凝土的性能，提高混凝土的抗渗能力。泵送混凝土的粉煤灰的掺量控制在10以内，且采用外掺法，即不减少配合比中的水泥用量。按配合比要求计算出每立方米混凝土所掺加粉煤灰量。

4.4 设备

根据施工组织设计需要，配备相应施工机械，特别要根据图纸、现场选配挖土，预制构件运输、起吊等大型机械。

5 质量控制标准

预制件施工时，遵守《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB 50204-2015)、《福建省预制装配式混凝土结构技术规程》(DBJ13-216-2015)和《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ 162-2008)中的规定。工程质量控制与验收应严格按照《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204-2015)执行。