陳梓遷，周俊兆，劉靜偉

（1.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430060；2.武漢市規(guī)劃研究院，湖北 武漢 430022；3.中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

市政管網(wǎng)系統(tǒng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，在城市范圍內(nèi)控制好水循環(huán)，離不開(kāi)市政管網(wǎng)的收集和轉(zhuǎn)輸。市政管網(wǎng)設(shè)計(jì)主要包括管道和檢查井的設(shè)計(jì)，為統(tǒng)一檢查井形式，我國(guó)在2006年推出了《市政排水管道工程及附屬設(shè)施》06MS201圖集，該圖集已應(yīng)用10年有余，現(xiàn)今仍為檢查井標(biāo)準(zhǔn)圖集，被廣大設(shè)計(jì)院所采用?，F(xiàn)行檢查井圖集雖已經(jīng)過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)，但還是難以應(yīng)對(duì)工程中日益增長(zhǎng)的品質(zhì)要求和經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的市政用檢查井分為磚砌檢查井、鋼筋混凝土井和塑料檢查井。磚砌檢查井因其對(duì)施工水平要求高，耗時(shí)費(fèi)力，因此除在較淺和不規(guī)則的檢查井中采用外，較多地方已經(jīng)停止使用磚砌檢查井。塑料檢查井，其具有水力條件好、施工工期快、占地面積小、節(jié)約能源、節(jié)約材料的優(yōu)點(diǎn)，但因工藝制造、材料等限制，其總體經(jīng)濟(jì)性較差。鋼筋混凝土井是常規(guī)采用最多的一類檢查井，其具有建造成本低，井體強(qiáng)度高，井身穩(wěn)固性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，本文結(jié)合施工與設(shè)計(jì)剖析現(xiàn)行鋼筋混凝土井，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)解決其在實(shí)際應(yīng)用中的不足。

1 現(xiàn)用混凝土檢查井特點(diǎn)

檢查井是設(shè)置在管線轉(zhuǎn)彎、變徑、交匯、變坡處，同時(shí)兼具檢修功能的一類構(gòu)筑物。以下從檢查井管井接口、井體拼裝、井蓋井體銜接和水力條件等方面進(jìn)行探討。

1．1 鋼筋混凝土井與管道連接

鋼筋混凝土井與管道連接一般采用剛性連接。鋼筋混凝土管道直接插入檢查井預(yù)留孔洞中，再進(jìn)行水泥砂漿封口密實(shí)，對(duì)接口較為平整的塑料管道，如PVC U平壁管等，為增強(qiáng)管材與檢查井的連接效果，需對(duì)管外壁預(yù)先粗化處理，如用膠粘劑、粗砂預(yù)先附于管道外壁，再用水泥砂漿將管端砌入井壁上，對(duì)外壁不平整的管材，如纏繞結(jié)構(gòu)壁管、加筋加肋管等，采用現(xiàn)澆混凝土包封管道并插入井壁上再施做一層包封使之與檢查井形成一個(gè)整體。隨著地面荷載的長(zhǎng)期作用，檢查井與管道發(fā)生差異沉降，如圖1，管道與井連接處附近應(yīng)力過(guò)于集中，達(dá)到管道可承受最大彎矩后，管道被折斷。

1．2 構(gòu)件間的連接

圖1 管道檢查井受力示意圖

現(xiàn)澆混凝土檢查井井體、井蓋板和井筒是分批澆筑成型后拼裝而成，其連接采用水泥砂漿連接，為剛性連接。裝配式混凝土井采用多級(jí)井體和井筒拼裝，接口形式一般采用平口或企口，其銜接形式同樣采用水泥砂漿連接，使整個(gè)多級(jí)構(gòu)件形成一個(gè)剛性整體構(gòu)件。普通水泥砂漿作為砌筑和封口材料，強(qiáng)度低、收縮量大，同時(shí)在水的沖擊和侵蝕作用下，逐漸破碎，產(chǎn)生滲漏。

1．3 檢查井井座與井口圈的連接及井蓋標(biāo)高調(diào)整

井座與井口圈的連接采用螺栓連接。預(yù)先將螺栓埋入井口圈的設(shè)計(jì)位置和深度，在井座安裝時(shí)以螺母鎖緊。井座安裝時(shí)難以調(diào)整到設(shè)計(jì)標(biāo)高，安裝困難，勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量難以保證。很多學(xué)者通過(guò)病害調(diào)查和理論分析，認(rèn)為檢查井出現(xiàn)病害的主要原因是車輛荷載的沖擊和檢查井與路面的沉降差異引起。同時(shí)在運(yùn)輸、存放、安裝帶有預(yù)埋螺栓的井口圈時(shí)，易損傷螺紋，在保護(hù)螺栓的同時(shí)，井口圈堆疊放置受限。

1．4 井內(nèi)流槽制作

檢查井流槽是保證水由管道進(jìn)入井體后仍舊具有良好的水力條件，同時(shí)減少水對(duì)檢查井的沖擊，提高井結(jié)構(gòu)的耐久性?，F(xiàn)階段檢查井流槽一般為現(xiàn)澆制作，待檢查井體安裝完成和管道銜接結(jié)束后，在吊裝蓋板和連接井筒前進(jìn)行現(xiàn)澆制作。采用這種方式制作的流槽控制精度較低，對(duì)工人操作性要求高。

1．5 檢查井體配筋

國(guó)標(biāo)圖集GB 06MS201 5，第8頁(yè)，φ700檢查井井體配筋，720mm高井室配筋面積為785.40mm2，箍筋環(huán)數(shù)為10環(huán)。類比鋼筋混凝土管道配筋計(jì)算，初設(shè)條件定為DN700鋼筋混凝土圓管，埋深5m，120°砂石基礎(chǔ)，采用C30混凝土制管，鋼筋設(shè)計(jì)強(qiáng)度采用300N/mm2，計(jì)算配筋量如表1所示。

φ700檢查井井室配筋量與埋深5m的DN700鋼筋混凝土圓管配筋量相當(dāng)，而橫向放置的混凝土管承受豎向荷載遠(yuǎn)大于豎向的檢查井體承受的水平土壓力，根據(jù)圖集進(jìn)行配筋的井室配筋量偏大。

表1 φ700鋼筋混凝土圓管配筋表

2 混凝土井優(yōu)化改進(jìn)措施

2．1 連接方式優(yōu)化

調(diào)整剛性管井連接為柔性連接，防止地基不均勻沉降引起管道破裂。管井柔性連接的做法主要有3種，可根據(jù)實(shí)際情況采用，如圖2所示。（1）以特種密封橡膠套圈套于管道接口上，插入井室預(yù)留孔洞，以管井之間的擠壓力壓縮橡膠套圈，使接口嚴(yán)密。（2）井室與管道間填充防水泥膏代替水泥砂漿。（3）預(yù)先澆筑完整的檢查井承插口，管道與檢查井采用橡膠密封圈承插連接。

圖2 檢查井與管道柔性連接設(shè)計(jì)圖

檢查井各構(gòu)件間采用普通水泥砂漿易破碎滲漏問(wèn)題和管道與井的剛性連接可采用同一思路解決。在構(gòu)件連接處采用柔性膠圈接口，提高接口密封性；采用新材料，可在普通水泥砂漿連接料中添加 混凝土密封增強(qiáng)劑形成環(huán)氧樹(shù)脂水泥砂漿，在連接部位形成一種半剛性結(jié)構(gòu)，減小收縮裂縫緩解水力沖擊，具體設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 檢查井各構(gòu)件間柔性連接設(shè)計(jì)圖

2．2 井座、井口圈設(shè)計(jì)優(yōu)化

針對(duì)水泥砂漿調(diào)整層性能弱，耐久性差等缺點(diǎn)，可換用不同厚度鋼板插入井座底部，調(diào)整井蓋頂面高程與路面的標(biāo)高一致。路面沖擊荷載不再作用在水泥砂漿層上，路面平整度得到保證，行車不受檢查井蓋的影響。為提高井口圈的運(yùn)輸效率，可預(yù)先在井口圈預(yù)制時(shí)埋入螺栓套筒，將螺栓與井口圈分離，安裝時(shí)將螺栓擰入預(yù)埋套筒中，再行加蓋井座并擰緊螺母，如圖4所示。

圖4 井座、井口圈連接及加固措施優(yōu)化設(shè)計(jì)圖

2．3 檢查井內(nèi)流槽制作

預(yù)制檢查井流槽或制作裝配式流槽，減少現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆制作，采用預(yù)制和裝配式的流槽可以保證外觀提高結(jié)構(gòu)的精密度?，F(xiàn)階段檢查井室主要為圓形和矩形檢查井，可考慮設(shè)計(jì)多邊形井室，如六邊形、八邊形等，在確保水力條件的前提下，滿足多角度多管線的合理接入問(wèn)題。

2．4 檢查井配筋優(yōu)化

檢查井井體上的作用力有：（1）車輛荷載或地面堆積荷載的作用；（2）豎向土荷載對(duì)井筒的側(cè)向土壓力。忽略井中水和井外地下水對(duì)井體的作用。荷載對(duì)井體的作用分為直接作用在井蓋上和井蓋邊。

地面車輛荷載直接作用在井蓋上時(shí)對(duì)檢查井只產(chǎn)生正壓力，根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60 2015）取車輛單輪輪壓為140kN，車輪對(duì)井筒豎向壓力＜1MPa，C25～C30強(qiáng)度混凝土足以承受。地面車輛荷載作用在井體附近，則會(huì)對(duì)井體產(chǎn)生側(cè)向土壓力與水平土壓力一同對(duì)井產(chǎn)生彎矩作用。

車輛荷載產(chǎn)生的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值：

式中，qvk為輪壓產(chǎn)生的豎f向壓力標(biāo)準(zhǔn)值，KN/m2；Qvk為地面車輛荷載單個(gè)輪壓標(biāo)準(zhǔn)值，kN；a1為單個(gè)車輪著地部分長(zhǎng)度，m，取為0.6m；b1為單個(gè)車輪著地部分寬度，m，取為0.2m；c為輪壓傳遞擴(kuò)散系數(shù)，收口井取為0.7，直口井取為1.4；ud為動(dòng)力系數(shù)，按表2取值；H為荷載傳遞深度，m。

表2 動(dòng)力系數(shù)表

式中，qhzk為側(cè)向土壓力設(shè)計(jì)值，KN/m2；ka為主動(dòng)土壓力系數(shù)，取為1/3γG為車輛荷載或堆積荷載的分項(xiàng)系數(shù)，取為1.40；土荷載分項(xiàng)系數(shù)，取為1.27。

豎向土荷載對(duì)井筒的側(cè)向土壓力：

式中，F(xiàn)sv·k為側(cè)向土壓力設(shè)計(jì)值，kN/m2；γs為回填土重力密度，kN/m3，取為18kN/m3計(jì)算；Cd為開(kāi)槽施工土壓力系數(shù)，取為1.2。

經(jīng)計(jì)算可繪制荷載分布曲線，如圖5所示。

圖5 組合荷載分布曲線圖

分析可知，距地面越近，檢查井所受側(cè)向土壓力越大，最大作用值位置在檢查井頂，深度在2.0m處最小，深度在10m處，側(cè)向土壓力荷載仍小于頂端處。因?qū)z查井的井筒受力應(yīng)以頂端位置為控制點(diǎn)。

式中，Km——彎矩系數(shù)，取0.125；γ0——井筒計(jì)算半徑，m。

式中，r1為井筒內(nèi)徑，mm；r2為井筒外徑，mm。

經(jīng)計(jì)算可繪制彎矩分布曲線，如圖6所示。通過(guò)計(jì)算可得：直口和收口檢查井在上部彎矩大小接近，設(shè)計(jì)時(shí)可采用同一配筋形式，采用C30混凝土澆筑的井筒，抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度為1.43N/mm2，因此除構(gòu)造配筋外，可在1.5m以下井筒范圍內(nèi)不配鋼筋。

3 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合檢查井實(shí)際使用中的情況，在現(xiàn)行國(guó)標(biāo)圖集的基礎(chǔ)上，提出對(duì)現(xiàn)階段檢查井施工和設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案，以期為市政排水用檢查井圖集的修編工作提供借鑒意義。優(yōu)化方案如下：（1）管與井、井體構(gòu)件建議采用柔性連接；（2）井座墊層建議采用鋼制調(diào)節(jié)塊代替水泥砂漿調(diào)節(jié)層；（3）為提高井口圈運(yùn)輸效率和保護(hù)螺栓螺紋，建議井口圈預(yù)制過(guò)程中埋入螺紋套筒；（4）對(duì)井體進(jìn)行受力分析，結(jié)果表明在1.5m以下范圍除構(gòu)造筋外可不再配置鋼筋。

圖6 彎矩分布曲線圖