市政给排水系统沉井抗浮验算及施工技术研究

市政给排水系统沉井抗浮验算及施工技术研究

高全东

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摘要：为探索沉井施工技术在给排水系统中的应用方法，结合具体的市政工程，开展了沉井设计抗浮验算，分析了沉井制作、下沉、封底以及质量检验等施工工艺和技术要点。文章较为全面地归纳了相关工序的实施要点，提出了重视脚手架搭设、模板安装与支护、钢筋和预埋件安装、标高控制、土方开挖、沉井垂直度控制等内容，为同类项目提供借鉴。

关键词：给排水系统；沉井抗浮验算

引言

沉井施工用于埋设给排水系统的管道，其特点为几何尺寸大、钢筋混凝土用量多，并且当基坑较深时，需要进行分段制作与安装。在具体施工过程中，应开展一系列理论计算，如判断沉井的抗浮性，评价脚手架系统的安全性，同时要充分落实每一道工序的技术要求，研究其关键施工技术，提高项目质量。

1 工程概况

昆明市西山区二环内排水系统提升完善项目的施工内容包括新建雨水箱涵、雨水管道、污水管道、污水泵站、雨污合流管道改造分流，污水泵站的基坑开挖深度达到11.2m，以沉井法进行开挖。沉井深度11.2m，直径6.0m，井壁厚度0.6m，主体结构为钢筋混凝土，混凝土设计强度为C30。沉井入水口和出水口分别预留DN800、DN600管道，在沉井外围提前施工高压旋喷桩，作为止水帷幕，桩径0.6m，桩长15m。沉井施工的工程量清单见表1。

2 沉井抗浮设计验算

2.1 封底阶段抗浮验算

将封底阶段的浮力记为F，则该指标，γdw为井外水的重度，取值为10.00k N/m3;V排为排水体积，取值为300.8955m3。在不考虑井壁与侧面土的影响时，反摩阻力与浮力的比值为Kf1为反摩阻力；G1为井壁自重，并且有G1=(t H1-t1t2-ab/2)[2];G2为底板自重，G2=π(D/2-t+t2)2t1γc;t为井壁厚度，取值为600mm;H1为第一节沉井的高度，取值为11.2m;t1为底板厚度，取值为600mm;t2为凹槽厚度，取值为150mm;a、b为刃脚斜面的高度和宽度，取值分别为600mm、300mm;D为沉井外径，取值为7.2m;γc为混凝土容重，取值为25k N/m3。从计算结果可知，在该条件下，抗浮性满足要求。

2.2 使用阶段抗浮验算

在使用阶段，浮力计算方法不变，而反摩阻力的计算。其中，G上为上部结构的载荷，取值为500k N;G其他为配重，取值为121k N。

将各参数代入式中，得到使用阶段反摩阻力和浮力的比值为1.49，大于1.0，说明抗浮性满足要求。

3 沉井施工关键技术

3.1 工艺流程

该项目沉井施工整体分为3个阶段，分别为第一节沉井制作与下沉、第二节沉井制作与下沉、沉井封底。施工工艺流程可细分为：测量放样→刃脚地基处理→第一节沉井制作（6.2m）→刃脚砼、墙体砼养护（至100%砼强度）→沉井下沉→第二节沉井制作（5m）→墙体砼养护（至100%砼强度）→沉井下沉→沉井封底。

3.2 测量放样

以项目图纸为依据，在沉井施工区域四周设置定位桩，利用石灰粉划出井中心“十”字轴线和基坑的边线，放样时应做到测量精确。将放样结果作为围护桩、基坑开挖、沉井施工的依据。

3.3 刃脚地基处理方法

为保证沉井的标高控制效果，需对其刃脚地基进行强化处理，加固方案为设置砂垫层和素砼垫层。砂垫层以中粗砂铺设而成，压实系数不低于0.95，砂垫层分4次铺设完成，每层厚度为25cm，再以平板振捣器分层夯实。砂垫层上方铺筑一层厚度为10cm的C15素砼垫层。

3.4 沉井制作

3.4.1 脚手架搭设

在搭建脚手架的地基上浇筑100mm厚的C15砼，凝固后作为脚手架基础。搭建流程为：铺设垫板→立杆定位→设置扫地杆→设置立杆、连接扫地杆→连接扫地小横杆→安装第一步大横杆→安第一步小横杆→安第二步大横杆→安第二步小横杆→安第三、四步大横杆和小横杆→安装上层立柱拉杆→接立杆→加设剪力撑→铺设脚手板，绑扎防护及挡脚板、立挂安全网。

3.4.2 脚手架安全性验算

沉井外侧设置双排落地脚手架，内侧设置满堂式脚手架，其管材为∅48×3.5mm钢管，弹性模量E=2.06×105N/mm2，惯性矩I=1.215×105mm4。脚手架的抗压、抗弯强度设计值为f=205N/mm2。

脚手架载荷分为结构自重、脚手板自重、施工活载荷以及风载荷。经计算，载荷如表2所示。其中，风载荷的计算。

其中，μz为风压高度变化系数，取值为0.62；μs为脚手架风载荷体型系数，取值为1.2;w0为基本风压值，取值为0.2k N/m2。

以脚手架上的小横杆为例，在脚手架强度验算中，要求应力值不超过抗压强度设计值，进行脚手架应力计算。

同样以小横杆为例，根据技术规范，挠度应不超过10mm。进行小横杆在载荷作用下的挠度计算。

其中，Vqmax为小横杆的计算挠度；P1为小横杆自重标准值；取值为0.038k N/m;P2为脚手板载荷标准值，取值为0.175k N/m;Q为施工载荷标准值，取值为1.5k N/m。

因此，杆件计算挠度为1.848mm，小于10mm，小横杆强度满足要求。另外，大横杆、立杆、扣件的计算结果均满足安全性要求。

3.4.3 钢筋和井身接高预留件安装1）钢筋绑扎与焊接

钢筋绑扎顺序为：先设置2～4根竖筋，并且与插筋绑扎牢固。在竖筋上设置水平筋分档标志，绑扎定位横筋，然后在横筋上标记竖筋分档标志，根据相关标志依次完成竖筋和横筋的绑扎。部分钢筋需要以焊接的方式进行延长，当钢筋直径大于16mm时，必须进行焊接，焊接方式为双面施焊，焊接部位的长度应达到钢筋直径的10倍。斜向钢筋与横向主筋之间也通过焊接方式进行连接。

2）井身接高预留件安装

在绑扎钢筋的过程中，应同时预留井身接高位置处的钢棒孔，相应钢棒的直径为100mm，长度为1.0m。

3.4.5 混凝土浇筑1）浇筑前的准备工作

钢筋验收合格、模板验收合格、模板内杂物清理干净、涂刷脱模剂、各类预埋件位置和标高复核无误、预留孔洞复核无误、机械设备合格、混凝土材料抽检合格。

2）分层浇筑技术要点

该项目混凝土采用分层浇注方案，每一层厚度控制为30cm，每浇筑完成一层，应进行充分振捣，振捣上一层混凝土材料时，应将振捣棒插入至下层混凝土，深度为5cm左右，防止因振捣不充分而产生明显的层间接缝。彻底浇筑完成后按照规范进行养护，如果为普通硅酸盐水泥，养护时间应大于7d，若混凝土中添加了外加剂，则养护时长不得低于14d。

3.5 沉井下沉

1）第一节沉井下沉时，要求沉井混凝土强度达到设计值的100%，下沉前凿除刃脚处的砖胎膜和素砼垫层，同时将碎砖、渣土清理干净。

2）开展井内挖土作业时，应划分若干个工作面，按照分层、对称、均匀的要求实施挖土作业。挖土顺序从中间向四周逐层进行，每层的挖土厚度为0.4～0.5m，刃脚周围设置土堤，高度为0.5～1.5m。

3）完成挖土后，即可实施沉井下沉施工。在第一次下沉之前，校核沉井的初始标高、轴线位移，记录相关数据。沉井下沉之后，观测其沉降情况，每8h内至少观测2次。沉井下沉深度达到5m以上时，应严格控制其垂直度，避免发生倾斜和偏移。当沉井下沉深度接近设计标高10cm时，停止挖土作业，使沉井在重力作用下沉降到位。

3.6 沉井封底

待沉井接近设计底部标高时，不再挖土和排水，使其依靠自重完成最后的沉降，待下沉稳定之后，观测8d，如果累计沉降量不超过10mm，即可实施封底作业。在封底施工阶段，应修正井底，使其呈现出锅底的形状，从刃脚向中心挖设放射形排水沟，中间设置2m深集水井，井间布设0.3m×0.3m码盲沟。封底包括两层结构，分别为C20混凝土填充层（厚度为1 100mm）和C30钢筋混凝土底板（厚度为600mm）。

结语

在市政给排水系统施工中，可将沉井作为大型管道的基础，预留入水口和出水口。沉井施工的核心工序为沉井制作、沉降下沉、沉井封底。该项目中的沉井分为一、二两个节段，需要进行分段下沉。在具体施工阶段，应该强化沉井钢筋预制、预埋件安装、混凝土浇筑与养护、土方开挖、沉降控制、垂直度控制等内容，通过过程监测、工程验收、工后监测全面提高沉井的施工质量。

参考文献

[1]黄永铵．软土层大直径沉井施工方法研究[J]．工程技术研究，2023,8(18):63-65.

[2]魏小军．水处理厂扩建工程中沉井施工关键技术研究[J]．城市建设理论研究(电子版)，2023(24):199-201.