朱艷薇 夏秀麗

中國市政工程中南設計研究總院有限公司南京分院 210012

引言

隨著城市建設的發(fā)展，人們對城市環(huán)境的要求越來越高——舒適、便捷、清潔、環(huán)保?；谝陨蠋c，國家在建筑行業(yè)內正逐步推廣預制裝配式建筑。對于市政行業(yè)來說，因為體量小、不規(guī)則結構形式較多，預制裝配式結構應用還沒有廣泛開展。

一般來說，頂管工作井、接收井的主要結構形式是沉井結構。沉井施工長期以來采用現(xiàn)場現(xiàn)澆結構，待沉井混凝土達到設計強度后，邊（井內）挖土邊下沉，直至到達設計標高，進行封底作業(yè)。沉井結構的特點有：不需要額外的支護結構，就能到達相對較深的地下空間；整體剛度好；不足之處是施工時間較長，如位于現(xiàn)狀道路上則會對城市交通產(chǎn)生較大影響。

為了找尋一種簡單、高效、環(huán)保的沉井結構形式，我們一直在做各種項目試點：2010 年～

2011 年，在南京市城北污水收集系統(tǒng)完善工程和燕路段試點采用裝配式鋼筋混凝土預應力拼裝沉井；2019 年，嘗試采用鋼制裝配式沉井。本文主要就裝配式鋼筋混凝土預應力拼裝沉井做探討。

1 設計方案

2010年，南京市城北污水收集系統(tǒng)完善工程和燕路段試點（W13 井、W15 井）采用預制預應力拼裝沉井［1，2］，該預制預應力拼裝沉井預制部分平面分四塊（兩塊U 型塊，兩塊一字塊），豎向分為三節(jié)，總共12 塊。平面形式如圖1 所示。

圖1 預應力拼裝沉井平面布置（單位： mm）Fig.1 The layout plan of assembled prestressed sinking well（unit：mm）

U型塊和一字塊之間是現(xiàn)澆帶，內設豎向鋼筋及兩側預制構件的水平連接鋼筋，沉井結構水平向的止水、傳力，主要靠該現(xiàn)澆混凝土實現(xiàn)。預應力筋分布在豎向，主要起到豎向拉結形成整體的作用。立面圖如圖2 所示。

圖2 現(xiàn)澆帶、 預應力筋立面布置（單位： mm）Fig.2 The elevation layout of post-pouring strips and prestressed bars（unit：mm）

豎向環(huán)與環(huán)之間設置剪力鍵與遇水膨脹橡膠條，在預應力作用下，各預制井片聯(lián)系緊密，既提高了橫向拼縫處的抗剪性能，又解決了拼縫處的滲漏問題。

2 受力分析

沉井的計算主要分為穩(wěn)定計算和強度計算。穩(wěn)定計算主要包括以下幾個方面：沉井下沉穩(wěn)定計算、抗浮穩(wěn)定計算、抗滑移（傾覆）穩(wěn)定計算。強度計算包括：施工階段的井壁豎向抗拉強度計算、下沉階段井壁強度計算、封底混凝土沖剪驗算、底板受力計算、使用階段井壁強度計算等。

在穩(wěn)定計算方面，鋼筋混凝土預制預應力拼裝沉井與傳統(tǒng)沉井是一樣的；在強度計算方面，與原整澆鋼筋混凝土沉井相比，預制沉井的不同在于：井壁豎向抗拉由預應力鋼筋承擔；水平方向雖然設置了后澆帶，但截面配筋率并沒有減少，所以水平方向預制沉井的承載能力與傳統(tǒng)整澆沉井無區(qū)別，同樣滿足實際需求。

預應力筋為直徑25mm的精軋螺紋鋼，為了避開斷面中間的剪力鍵構造，豎向預應力筋布置在結構斷面的內外兩側，兩層豎向筋距離結構內外側邊緣分別為100mm。鋼筋的錨下張拉控制應力為650MPa。

1.預應力損失量

（1）錨具變形和預應力鋼筋內縮引起的預應力損失σl1

（2）預應力鋼筋與孔道壁之間的摩擦引起的預應力損失σl2

（3）預應力鋼筋的松弛損失σl4

（4）混凝土收縮徐變引起的預應力損失σl5

因此，中間有效預應力

2.預應力筋承載驗算

（1）下沉階段，預應力筋受拉驗算

考慮下沉階段時，上環(huán)壁板與下兩環(huán)壁板有脫空可能性，此時，預應力筋承受下方兩環(huán)的壁板重力。

n為沉井的豎向預應力筋數(shù)目，其計算如下：

即預應力筋配置超過6 根就能滿足下沉階段的受拉承載力要求。

（2）正常使用狀態(tài)，壁板豎向正截面受彎承載力驗算

沉井壁板豎向預應力筋的布置方案［1，2］如圖3 所示，長邊向豎向預應力筋按內外兩側配置，內側兩邊共12 根，外側兩邊共10 根。短邊向豎向預應力筋內側兩邊共4 根，外側兩邊共8 根，洞口區(qū)域布置在截面中間共12 根。此外在四個腳點處共配置4 根豎向筋，整體結構總共配置50根豎向預應力筋。

圖3 預應力筋平面布置（單位： mm）Fig.3 The layout of prestressed reinforcement distribution（unit：mm）

正常使用狀態(tài)，封底混凝土、底板已澆筑到位，沉井壁板按三邊固定、頂邊自由的雙向板計算豎向受力：lx＝6.5m，ly＝5.5m，lx／ly＝6.5／5.5 ＝1.18；井壁外水、土荷載分布為梯形，梯形荷載上部計算：p1＝10／3 ＋2.5 × 20／3 ＝20kPa；梯形荷載下部計算：p2＝20 ＋5.5 ×10／3 ＋7.5 ×10 ＝114kPa。

根據(jù)雙向板計算圖表查得各計算系數(shù)，豎向彎矩計算如下（標準值）：豎向支座處（單位長度）Mk＝［0.0562 ×20 ＋0.033 ×（114 －20）］×6.52＝178.5kN·m；豎向跨中處（單位長度）Mk＝［0.037×20 ＋0.0095×（114－20）］×6.52＝69kN·m。

根據(jù)配筋情況，校驗沉井平面長方向壁板豎向支座處，正截面受彎承載力是否滿足《混凝土結構設計規(guī)范》（GB 50010—2010）（2015 年版）第6.2.10 條的規(guī)定：

滿足規(guī)范要求。

3 施工應用

施工技術要點：1）為控制預制精度，滿足安裝工藝要求，采用節(jié)段匹配預制技術；2）單塊預制板最重26t，選用70t 汽車吊；3）預應力張拉按照對稱均布、先中間后端部的順序進行。

拼裝施工工藝如下：下環(huán)沉井預制片就位→綁扎、焊接現(xiàn)澆帶鋼筋→支模→澆筑現(xiàn)澆帶C40混凝土→中環(huán)沉井預制片就位→綁扎、焊接現(xiàn)澆帶鋼筋→上環(huán)沉井預制片就位→綁扎、焊接現(xiàn)澆帶鋼筋→支?！鷿仓F(xiàn)澆帶C40 混凝土→預應力施工，施工過程如圖4 所示。

圖4 鋼筋混凝土預應力拼裝沉井現(xiàn)場Fig.4 The scene of assembled prestressed concrete sinking well

4 結語

1.鋼筋混凝土預制沉井的優(yōu)勢是受氣候條件制約小，節(jié)約勞動力，可有效提高構件質量，減少場地占用時間，綠色環(huán)保。局限性在于，構件的體量較大，需要大噸位的起重設備及一定的操作空間，對于主城區(qū)的狹小道路不能適用，適合應用在新建道路或空曠地帶。

2.本次試點鋼筋混凝土預制預應力沉井擬合傳統(tǒng)鋼筋混凝土沉井設計而成，通過后澆帶和預應力筋將各預制塊體組合形成整體，共同受力。

根據(jù)計算及實際運用效果來看，此種結構形式與現(xiàn)澆沉井的工作狀況很接近，結構的最大應力符合材料的承載力要求，構造設計滿足使用的要求，具有較好的安全性，既能滿足頂管施工需要，也能作為永久構筑物使用。