逆作井在給排水工程中的應(yīng)用

肖雪華，劉桂鑫，李冕貴

（廣東省源天工程有限公司 廣州 511300）

0 簡(jiǎn)介

逆作法施工是指在地下結(jié)構(gòu)施工時(shí)，不架設(shè)臨時(shí)支撐，而以結(jié)構(gòu)本身既作為擋土墻，又作為支撐，從上而下依次開挖和構(gòu)筑結(jié)構(gòu)體的施工方法，其施工順序與順作法相反。逆作法頂管井類似于人工挖井，施工工藝同人工挖孔樁。適用于穿越土層有一般粘性土及其填土、粉土；淤泥和淤泥質(zhì)土以及砂土需采取止水結(jié)構(gòu)加固措施后才能采用；如存在碎石土層則不適合選用逆作法頂管井結(jié)構(gòu)形式。持力層可以選擇在硬塑粘性土、軟質(zhì)巖石或風(fēng)化巖石等。當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況不符合逆作法頂管井適用條件時(shí)，應(yīng)超前對(duì)不適合的地質(zhì)層進(jìn)行加固或采取可靠的止水等措施后才能使用。逆作法頂管井施工，項(xiàng)目各參建單位必須按照《廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳關(guān)于限制使用人工挖孔灌注樁的通知（粵建管字〔2003〕49 號(hào)）》的要求執(zhí)行，以確保施工全過(guò)程的安全。

1 工程實(shí)例

茂名市水東灣片區(qū)城鎮(zhèn)支次管網(wǎng)完善工程中，頂管井按逆作井進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工。逆作法頂管井深度為9.0 m，井外部直徑為5.6 m，內(nèi)部直徑為5.0 m，井壁厚為300 mm。依據(jù)勘察單位提供該區(qū)域地質(zhì)勘察資料鉆孔編號(hào)ZK30，鉆探深度10.0 m，鉆孔柱狀圖揭示：①▽4.510 m～▽1.108 m為填筑土，紅褐色，稍壓實(shí)，稍濕主要由粘性土、碎石、砂等回填而成，頂部0.5 m為路面混凝土，硬質(zhì)物含量約30%。②▽1.108 m～▽-0.292 m為中粗砂，褐黃色，灰白色，濕-飽和，松散，顆粒成分為石英、長(zhǎng)石，分選性好，級(jí)配差，粒間充填少量粘粒，5.4～6.2 m 為粉砂。③▽-0.292 m～▽-1.292 m 為砂質(zhì)黏性土，青灰色，可塑，以粉粘粒為主，含較多石英顆粒，粘性一般，為花崗巖風(fēng)化殘積而成，遇水易軟化、崩解。④▽-1.292 m～▽-5.492 m為微風(fēng)化花崗巖，青灰，粗粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖質(zhì)新鮮、堅(jiān)硬，巖芯呈塊狀-柱狀為主，節(jié)長(zhǎng)5～25 cm，RQD約90%，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)分類為Ⅱ級(jí)。

地下水位標(biāo)高取場(chǎng)地地面標(biāo)高。逆作法頂管井持力層為④工程地質(zhì)層微風(fēng)化花崗巖層。

逆作法頂管井每節(jié)井環(huán)混凝土護(hù)壁的設(shè)計(jì)高度為1.0 m，護(hù)壁厚度為150 mm；護(hù)壁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30［1］，抗?jié)B等級(jí)為P6，混凝土凈保護(hù)層厚40 mm，采用HRB400 鋼筋。逆作法頂管井不僅可以縮短工期、降低工程造價(jià)，而且施工質(zhì)量可以滿足設(shè)計(jì)施工圖及相關(guān)規(guī)范要求。逆作法頂管井尺寸如圖1～圖3所示。

圖1 逆作法頂管井剖面Fig.1 Profile of Reverse Well （mm）

圖3 逆作法頂管井護(hù)壁大樣Fig.3 Detailed Drawing of Reverse Well Wall Protection （mm）

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

為防止基坑土方坍塌，保證井內(nèi)作業(yè)人員操作安全，逆作法頂管井采取分段挖土、分段護(hù)壁的方法進(jìn)行施工。分段現(xiàn)澆混凝土護(hù)壁厚度，一般取受力最大處，即地下最深段護(hù)壁所承受的土壓力及地下水的側(cè)壓力，通過(guò)計(jì)算確定護(hù)壁厚度，設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

⑴逆作法頂管井井深適用于≤10.0 m。

⑵井環(huán)應(yīng)按不同的深度進(jìn)行環(huán)向偏心受壓計(jì)算及豎向受拉計(jì)算。

⑶井環(huán)護(hù)壁厚t估算［2］

①當(dāng)挖井有地下水時(shí)：

②當(dāng)挖井無(wú)地下水時(shí)：

③t≥K×p×D/（2fc）

式中：t為井環(huán)混凝土護(hù)壁厚（mm）；K為安全系數(shù)，取2；p為土和地下水對(duì)護(hù)壁的最大總壓力（kN/m2）；γ為土的重度（kN/m3）；γw為水的重度（kN/m3）；H為逆作井護(hù)壁深度（m）；h為地面至地下水位深度（m）；D為逆作井外直徑（m）；fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）；④復(fù)核護(hù)壁厚度t是否滿足構(gòu)造要求的最小厚度。⑷逆作法頂管井應(yīng)對(duì)不同施工階段進(jìn)行整體穩(wěn)定、坑底抗隆起、抗突涌等穩(wěn)定驗(yàn)算［3］。

⑸適合用于地下水位以上；地下水位以下需采取有效止水措施。

⑹當(dāng)上節(jié)井環(huán)的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)85%時(shí)才能開挖下節(jié)井環(huán)的土石方。

3 構(gòu)造要求

⑴逆作法頂管井宜做成圓形。圓形工作井井環(huán)厚度不應(yīng)小于300 mm，矩形工作井井壁厚度不宜小于400 mm，陰角處宜設(shè)置腋角［4］。

⑵混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C25，抗?jié)B等級(jí)不小于P6，并應(yīng)振搗密實(shí)。井壁混凝土模板應(yīng)采用鋼制模板。

⑶井環(huán)按環(huán)向偏心受壓和豎向受拉計(jì)算，一般應(yīng)按最小配筋率構(gòu)造配筋。

⑷井環(huán)豎向鋼筋應(yīng)上下焊接（單面焊10d），豎向鋼筋不得采用綁扎連接，受到穿墻孔削弱或被截?cái)嗟木?，需要設(shè)置井外或井內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)措施［5］。

⑸上下節(jié)井環(huán)護(hù)壁的搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于150 mm，第一節(jié)井環(huán)護(hù)壁應(yīng)比場(chǎng)地高出150 mm。

⑹井口周邊應(yīng)設(shè)置防護(hù)欄桿，高度不小于1.2 m。

⑺逆作法頂管井作為市政給排水工程頂管工作井的凈空應(yīng)符合安裝后座、千斤頂、環(huán)形頂鐵、穿墻止水和井內(nèi)作業(yè)操作空間的要求，取安裝頂管機(jī)長(zhǎng)度和安放管材節(jié)段長(zhǎng)度的大者，寬度應(yīng)考慮安裝設(shè)備的需要。矩形平面時(shí)，其長(zhǎng)短軸之比不宜大于1.5［6］。

4 施工要點(diǎn)

工程地質(zhì)巖土勘察報(bào)告若揭示拋石及孤石沉井困難時(shí)或施工區(qū)域地下環(huán)境較為復(fù)雜時(shí)，可以考慮采用逆作法頂管井，逆作法可預(yù)見性較高，且綜合單價(jià)比沉井低，同時(shí)也存在受地質(zhì)條件限制的缺點(diǎn)，逆作法頂管井穿越局部穩(wěn)定性較差的土體，如回填土、淤泥質(zhì)土、砂土等，或地下水位高于開挖深度等不利地質(zhì)區(qū)段時(shí)，開挖面會(huì)出現(xiàn)塌方、隆起、涌水、涌沙等現(xiàn)象，則應(yīng)在逆作法頂管井開挖之前就采取可靠的超前固土及止水措施進(jìn)行預(yù)先處理，當(dāng)確認(rèn)超前固土及止水措施滿足要求后，才能進(jìn)行逆作法頂管井的開挖，必要時(shí)，應(yīng)進(jìn)行單井的試驗(yàn)性開挖［6］。逆作法頂管井因其受力特點(diǎn)、連接構(gòu)造所限，不能作為永久結(jié)構(gòu)使用。逆作法頂管井是分節(jié)從上往下開挖土石方，其豎向連接僅依靠豎向鋼筋，因此，每節(jié)井環(huán)豎向鋼筋必須留出足夠的焊接長(zhǎng)度，并確保各節(jié)井環(huán)豎向鋼筋的焊接質(zhì)量［7］。由于逆作法頂管井必須在井壁上后開孔，當(dāng)管網(wǎng)管道直徑較大時(shí)，開孔直徑可能超過(guò)上下兩節(jié)甚至三節(jié)井壁，將導(dǎo)致井壁結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面局部受到較大削弱甚至整節(jié)截?cái)?，因此一般采取在井下段做一部分現(xiàn)澆鋼筋混凝土內(nèi)襯進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，防止頂管施工時(shí)，井壁發(fā)生強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性破壞，防止井壁變形過(guò)大、連接失效等現(xiàn)象［8］。挖出的土石方應(yīng)及時(shí)運(yùn)走，不得堆放在井口周邊1 m 范圍內(nèi)，井外機(jī)動(dòng)車輛的通行不得對(duì)井壁的安全造成影響。并應(yīng)按國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求做好施工監(jiān)測(cè)［9］。逆作井施工現(xiàn)場(chǎng)如圖4所示。

圖4 逆作法頂管井施工現(xiàn)場(chǎng)Fig.4Reverse Construction Method for Top Pipe Well Construction

5 結(jié)語(yǔ)

逆作法頂管井類似于人工挖井，施工工藝同人工挖孔樁［10］。作為一種傳統(tǒng)的施工工藝，逆作法頂管井具有工程造價(jià)低、所需施工設(shè)備簡(jiǎn)單、成井直徑大、施工質(zhì)量容易保證等特點(diǎn)。本項(xiàng)目（茂名市水東灣片區(qū)城鎮(zhèn)支次管網(wǎng)完善工程）在污水管網(wǎng)頂管施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有地下管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，地下管線相關(guān)權(quán)屬主管部門確認(rèn)無(wú)法遷改管線；有大量拋石、孤石，且井底微風(fēng)化花崗巖面較淺，微風(fēng)化花崗巖飽和抗壓強(qiáng)度高達(dá)150 MPa。經(jīng)項(xiàng)目各參建單位多次研究方案、討論對(duì)比，認(rèn)為此類頂管工作井采用逆作井結(jié)構(gòu)及施工工藝可預(yù)見性高，施工現(xiàn)場(chǎng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)采取施工措施保護(hù)現(xiàn)有地下管網(wǎng)不受影響和破壞。開挖逆作井土石方過(guò)程如遇微風(fēng)化花崗巖可以及時(shí)申請(qǐng)監(jiān)理單位配合旁站見證，提高了施工效率?？晒╊愃乒こ添?xiàng)目借鑒參考。