排水箱涵逆作下沉法就位施工技术

来源:中国市政建设网 

济南城建集团有限公司  孙杰

1 工程概况
   济南市二环东路地面道路及BRT快速公交系统建设工程为济南市迎全运重点建设项目，包括高架桥施工与地面道路施工两部份。道路西侧为2m×2m钢筋混凝土排水箱涵，全长716m。沟槽东侧有高压电线杆和架空电信、路灯杆、自来水管线，部份管线、线杆距排水箱涵沟槽边缘不足1m；西侧的污水，热力管线距离排水箱涵也很近，施工中虽采取了支护措施，但由于土质差、水位高，塌方现象仍多次发生，造成自来水管线移位并发生泄漏。经多次论证、计算、试验，采用了排水箱涵逆作下沉法就位施工技术，先采用逆作法先施工箱涵侧墙及顶部结构，利用它较高的刚度来作为支撑，再采用沉井工艺边挖边下沉，下沉到位后再施工箱涵的底部，提高施工的安全性，减少对邻近建筑物、各种管线的影响及地表产生的沉降和移位。
2 施工工艺流程
   排水箱涵逆作下沉法就位施工工艺流程如下：
   沟槽开挖1.2米→沟槽平整→铺砂垫层及砖模→铺刃脚垫木→安装内支撑满堂架→立侧墙及顶板模板内模→绑扎底梁、侧墙及顶板钢筋→支侧墙外模→安外支撑→灌注底梁混凝土→灌注侧墙及顶板混凝土并养护→拆支撑及模板→抽垫木→挖淤泥下沉→基底毛石垫层铺设→底梁混凝土剔毛→绑底板钢筋并浇筑钢筋混凝土底板→养护并回填到路床。
3 关键工序
(1) 施工准备
    要认真做好施工准备，详细了解现场工程地质、水文、地下管线和房屋影响情况；监测高压线杆、自来水管线、热力管线位移、倾斜、下沉情况；做好降水或排水设施准备。
(2) 沟槽开挖及场地排水
    由于拟建箱涵在旧雨水暗沟位置，石砌雨水暗沟上游改水后对原有路面结构和旧1m×1m雨水暗沟拆除，拆除后平整槽底；对拟建钢筋混凝土排水箱涵的位置进行精确放线测量，箱涵侧墙及顶部结构在沟槽中预制，沟槽每边比箱涵宽0.5m，并在沟槽四周及沟槽上外缘开挖排水沟及集水坑，以防地下水、地面水流入沟槽。 
(3) 预制垫层
    箱涵下铺砂垫层厚0.3m，宽为3m，长度为整段箱涵开挖长度，采用平板振动器或人工夯实。为了搭设支架牢固，在砂层上用M7.5砂浆砌一层砖地模，随后放置刃角垫木防止在预制时下沉，承垫木断面0.15m×0.15m，两根一组，组间净距0.4m，沿箱涵墙壁及横梁下垫放，标高允许误差＜8mm。
(4) 刃脚成形及箱涵制作
    支设刃脚砖内模和箱涵钢内模，然后绑扎钢筋、支立外侧钢模，浇注混凝土后形成钢筋混凝土刃脚和箱涵墙壁。
① 钢筋加工绑扎
钢筋在加工场地机械成型。钢筋表面应洁净，不得有锈皮、油渍、油漆等污垢。调直后的钢筋表面伤痕及锈蚀不应使截面减小；弯曲成形的钢筋，表面不得有裂纹、鳞落或断裂。钢筋工人根据技术交底在现场人工绑扎。墙壁竖筋和水平筋及顶板钢筋一次绑成型；底板钢筋在箱涵沉到位后，剔除钢筋混凝土底梁上部混凝土后绑扎钢筋网，浇筑成整体。绑扎成型时，铁丝必须扎紧，不得有滑动、折断、移位等情况；绑扎成型的网片或骨架必须稳定、牢固，在安装及浇筑时不得有松动或变形。
② 模板制作支搭
模板支立必须牢固，在施工荷载作用下不得有松动、跑模、下沉等现象。施工现场采钢管支撑，考虑到浇筑速度快，对模板产生很大的侧压力，箱涵内采用满堂架支撑顶牢，外侧用双排脚手架固定模板并结合螺栓拉结，防止模板侧向变形，确保模板整体的刚度、稳定性和不变形；模板拼缝必须严密，不得漏浆；在浇筑前对模内进行清扫，使模内保持洁净，以保证混凝土的几何尺寸和外观。
③ 混凝土浇筑
箱涵采用C25商品混凝土,钢筋模板验收合格后浇筑混凝土。浇筑刃脚、侧墙混凝土时，要分层浇筑，每层30cm，保证对称均匀下料，防止一侧受压而使模板产生位移、变形，在混凝土浇筑过程中，应经常观察模板、支架，发现问题应及时采取处理措施。
(5) 箱涵下沉施工
下沉前，必须保证刃脚处混凝土达到设计强度的100%，上部混凝土达到75%，才能拆除所有模板，并依次对称同时抽除承垫木，并用砂填实，以防倾斜。然后，开始挖土下沉，挖土必须对称、均匀进行，使箱涵均匀下沉。从箱涵中间开始逐渐挖向四周，每层挖土厚0.4～0.5m，在刃脚处留台阶，然后沿箱涵侧壁每2～3m一段，向刃脚方向逐层全面、对称、均匀的开挖土层，每次挖去5～l0cm，当土层经不住刃脚的挤压而破裂，箱涵便在自重作用下均匀破土下沉。当箱涵下沉很少或不下沉时，可再从中间向下挖0.4～0.5m，并继续向四周均匀掏挖，使箱涵平稳下沉，刃脚下部土方应边挖边清理。
(6) 封底和回填
① 封底
箱涵到位后底部横梁上部钢筋混凝土要剔除20cm，底板处的刃脚混凝土表面做凿毛处理，并洗刷干净，铺35cm毛石基础后铺设底板钢筋，浇筑C25混凝土，振捣密实。
② 箱涵周围灌缝          
箱涵下沉结束后，周围缝隙用中粗砂进行灌隙处理，用振捣棒振捣。
③回填
每层回填检验合格后,进行下一步回填。
(7) 现浇连接段施工
每段箱涵长度为10m，每段箱涵之间预留1m的现浇连接段，人工挖土下沉箱涵时将土弃至连接段，再由小型挖掘机配合挖至地面，箱涵下沉到位后与连接段同时施工毛石基础及封底，然后现浇钢筋混凝土连接段，箱涵与连接段之间设1道1cm沥青软木板沉降缝。
4 下沉施工监测要点
(1) 监测控制内容
    箱涵下沉过程的控制主要包括：刃脚高差控制；下沉速度控制；平面位移控制。其中平面位移控制是通过刃脚高差控制和下沉速度控制来实现的。
1) 刃脚高差控制
    下沉时，测量时可用水准仪测量箱涵四角高差来有效地控制井底漏底的大小、深浅和平面位置，以此来实现对刃脚高差的控制。
2) 箱涵下沉速度控制
箱涵下沉速度要均匀；箱涵下沉每次不超过15～30cm。
3) 箱涵平面位移控制
① 箱涵哪个角下沉得快(即刃脚较低)，则箱涵就会向哪个方向移位；
② 箱涵刃脚高差大时，箱涵位移量大； 
③ 箱涵始终在同一个方向的刃脚高差下沉时，箱涵位移量较大。施工过程中需要具体情况具体分析，以决定采取相应的方法和措施。
(2) 箱涵下沉就位监控测量应符合下列规定：    
    在箱涵下沉前，将每个箱涵各个角点处的高程及箱涵轴线放样并做好标记，记录测量原始数据，绘制测量监控平面图，计算下沉具体高度。下沉分3个阶段，即首沉、中沉、最后下沉阶段。
    首沉阶段必须每30min观测1次并记录数据,及时计算偏差情况，确定挖沉部位及下沉速度等；中沉阶段进入正常下沉，正常下沉时，可每2h测量1次；最后下沉阶段必须增加观测频率，一般为30min左右观测1次。
    通过对各阶段观测数据的分析，必须使箱涵的对角高差不超过15cm，并观察箱涵周围土质变化情况，将地下水位、涌土、沉降、沉速随时记入历时曲线表。最后下沉阶段要减小开挖深度，防止突沉及超沉事故发生，控制开挖深度及速度，以下沉为辅，纠偏为主。当沉速8h不超过1cm即认为箱涵已趋稳定。
(3) 管线监测      
    施工过程中对高压线杆、自来水管线、热力管线随时监测，一但发现有移位或下沉要立即停止施工，采取加固措施。
5 实施效果与展望
    经施工检验，工程进展顺利，两侧土方没有塌方，线杆及给水、热力管线没有移位，保证了管线安全。
排水箱涵逆作下沉法就位施工技术在城市道路改造的排水工程中应用，能确保施工的安全性，对邻近建筑物、各种管线的影响比较小，地表产生的沉降、移位少，能降低成本、缩短工期。该工艺比其它工艺比较，施工费用低且工程拆迁量小，特别在距离专业管线较近，施工空间小无法采用常规施工方法时采用，具有良好的社会效益和经济效益, 排水箱涵逆作下沉法就位施工技术有广阔的发展前景。
6 社会经济效益评价
    排水箱涵逆作下沉法就位施工技术与打桩支护方法相比受施工工作面、空间的影响较小，全线可同时施工，能缩短工期；施工占地面积小，与大开挖相比较挖土量少，对邻近建筑物的影响比较小，地表产生很小的沉降和移位；操作简便，无需特殊专业设备。经测算开槽支护方案造价为6949.33元/m，排水箱涵逆作下沉法就位施工技术造价5682.74元/m，比开槽支护方案节约1266.59元/m。降低施工成本906878.44元。如果采用明挖法施工，迁移高压线杆费用为3636239.45元，自来水管线改线重建费用为153713.71元。