彭耀蔣

(廣東省源天工程有限公司，廣東 廣州 511340)

1 工程概況

廣東省西江干流治理工程德慶段整治堤段總長度為7.57km，其中江濱堤位于西江干流左岸，本堤段整治共分3段：樁號分別為JBO+000～JBO+785.098(上)，JBO+785.098(下)～JB6+742.473(上)、JB6+742.473(下)～JB7+286.708拆除涵閘12座，新建涵閘1座。堤頂?shù)缆窞镃25預(yù)制砼路緣石，水泥碎石砂墊層厚200mm，C30砼路面厚200mm。新建涵閘工作井工程是本項(xiàng)目的施工重難點(diǎn)，由于該段地質(zhì)條件惡劣，主要為砂質(zhì)地層，使用沉井法施工出現(xiàn)突然下沉、井體偏移、涌砂等現(xiàn)象。現(xiàn)改用逆作法施工作業(yè)，文章將闡釋該堤段工作井施工的主要技術(shù)流程、方法和優(yōu)劣勢。

2 工作井的逆作法施工工藝

2.1 逆作法的施工工藝原理

涵閘工作井、接收井、地下綜合管廊等工程中，通常采取明挖的方法。而在一些特殊的地質(zhì)環(huán)境中，由于開挖難度大，對周圍環(huán)境影響惡劣；或在一些特殊的地質(zhì)環(huán)境中，采用明挖法已無法滿足工程的需要，此時(shí)就采取更為理想的逆作法施工工藝。在涵閘工作井、接收井和綜合管廊中采用逆作法，可以有效地解決實(shí)際問題，采用適當(dāng)?shù)氖┕し椒?，可以確保工程的安全，還能為項(xiàng)目增收效益[1-3]。

本標(biāo)段在施工過程中，沉井支承在軟弱不均的土壤中沒有進(jìn)行任何加固，在鉆孔灌注水泥后，發(fā)生了不均勻的基礎(chǔ)塌陷，從而導(dǎo)致了井筒開裂。經(jīng)方案對比和專家研究，提出了使用逆作法進(jìn)行涵閘工作井施工的專項(xiàng)對策。逆作法的具體實(shí)施工藝簡單介紹如下：

高壓旋噴樁施工(緊貼著外壁施工，可以作為止水帷幕阻斷地下水進(jìn)入)→分節(jié)土方開挖→分節(jié)綁扎鋼筋→分節(jié)支?！止?jié)澆筑混凝土→底板混凝土澆筑(底板模板、頂部土方回填、周圍交通恢復(fù))

2.2 高壓旋噴逆作法施工

2.2.1主要施工內(nèi)容

該段工程施工過程中，根據(jù)現(xiàn)場情況采用常規(guī)做法和逆作法相結(jié)合的施工手段，接收井內(nèi)徑均為7m，均采用高壓旋噴樁逆作法施工，頂管工作井采用常規(guī)做法(沉井法)施工。井底為300mm厚C15砼，底板厚度400mm，φ600旋噴樁洞口加固四排@350mm×350mm，深入底板以下不小于2m且進(jìn)入不透水層500mm。拱墻水平方向分6段施工，拱軸線沿曲率半徑方向的誤差為±40mm，不平整度小于50mm。

2.2.2主要施工方法

高壓旋噴樁的灌漿固結(jié)體存在著諸多的質(zhì)量問題，在選定了一種特殊的高壓旋噴管后，其灌漿技術(shù)是影響成品樁穩(wěn)定性的一個(gè)主要因素。使用高壓旋噴注漿法噴灌時(shí)，遵循由下至上，連續(xù)進(jìn)行的噴灌規(guī)則。若在施工過程中發(fā)生停機(jī)故障，經(jīng)修復(fù)后繼續(xù)噴灌時(shí)，應(yīng)向下延伸至500mm，以確保成樁的整體性[4]。由于自然基礎(chǔ)地質(zhì)條件復(fù)雜，沿深度變化大，土層種類繁多，其密實(shí)度、含水量、土壤顆粒組成、地下水狀況等各方面都有很大差別，如果只采用一個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行旋噴注漿，就會(huì)產(chǎn)生直徑不均勻的固體顆粒，造成旋噴直徑不均勻，從而影響到成樁的承載力。因此，針對不同的地質(zhì)情況必須采用相應(yīng)的注漿技術(shù)，尤其在較硬、粘性較大的地區(qū)，機(jī)器在較深的土壤中作業(yè)時(shí)，可采取適當(dāng)降低提升速度、轉(zhuǎn)動(dòng)速度、增加旋噴壓力等措施。在不改變旋噴技術(shù)參數(shù)的情況下，重復(fù)灌漿(從上往下、下鉆、再噴)可以增加土壤有效破壞長度，這樣可以增大固結(jié)體的直徑和長度；再次噴射時(shí)，可重復(fù)多次噴射，以使固結(jié)體的直徑加長效果更加顯著[5]。

旋噴時(shí)，井口經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些土壤微粒，當(dāng)一些泥漿從注漿管的管壁處冒出時(shí)，觀測冒漿程度能及時(shí)掌握地層情況，由此判斷出旋噴的大致效果和參數(shù)設(shè)置的合理性。經(jīng)驗(yàn)表明，冒漿(含土粒、水、漿液)低于注漿20%是很正常的現(xiàn)象，如果大于20%以上或者根本觀察不到冒漿現(xiàn)象，則必須找出原因并采取相應(yīng)的處理[6]。通常有兩種情況：當(dāng)流量保持恒定，壓力驟降時(shí)，應(yīng)對該位置進(jìn)行檢查，如有需要，拔去灌漿管道，檢查密封效果；發(fā)生不發(fā)漿、間歇冒漿、周圍土松軟等，均視為正?，F(xiàn)象，噴漿量可適當(dāng)增加。如果周圍有空洞、暗道，此時(shí)不能將注漿管提起，而是繼續(xù)注漿，直到噴漿結(jié)束，或?qū)⒆{管拔出，等待漿液固化后再注漿，直到噴漿結(jié)束。

造成冒漿率過高的主要原因，通常是由于有效噴出區(qū)域與注漿不匹配、注漿量遠(yuǎn)大于旋噴加固所需要的漿量?？赏ㄟ^3種方法減少冒漿量：提高旋噴壓力(噴漿量不變)；適當(dāng)縮小噴嘴直徑(旋噴壓力不變)；加快提升和旋轉(zhuǎn)速度；

3 井體護(hù)壁施工

3.1 施工過程

在灌注樁施工完畢后，首先進(jìn)行一次開挖，將樁頭多余的部位鑿掉，清除至一層的設(shè)計(jì)高程，再進(jìn)行鋼筋綁扎。接著是井壁鋼板的安裝，最后進(jìn)行井壁混凝土、井口圈梁混凝土的施工和養(yǎng)生。為加快施工進(jìn)度，在第一次澆筑混凝土后，立即用遮陽網(wǎng)將沉井包裹起來，并在里面安裝電熱空氣罩，利用熱氣進(jìn)行加熱，使水泥凝固的速度更快。按照上述方法，通常在24h后就能完成模具的內(nèi)部拆卸，進(jìn)行下一階段的施工。施工工藝流程如圖1所示。

從2段起，分層開挖，縱向上各段的長度不得超過1.7m。在普通的土壤中，每個(gè)節(jié)段的高度是1000～1700mm，而一次的基坑深度是1.7m。在井壁頂端增設(shè)錨固筋，采用電鉆鉆孔與鋼筋籠組合，這種工藝能有效地防止因自身重量增加而導(dǎo)致的井壁下沉。根據(jù)挖掘深度，將土方開挖分為機(jī)械挖掘和手工挖掘兩種。挖掘方法是通過起重機(jī)將土體送到地表，然后由自卸車運(yùn)出。施工過程中要做到分層、均勻、對稱，不得超挖，不得在基坑周圍堆土。值得注意的是，上一層的混凝土強(qiáng)度應(yīng)大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%方可進(jìn)行下一層土方開挖。

第一模基坑施工完畢后，即可進(jìn)行首模鋼筋、模板制作。在對井壁進(jìn)行加固時(shí)，應(yīng)特別注意預(yù)留鋼筋的長度不能低于10d。施工時(shí)，應(yīng)在預(yù)留出一節(jié)第二段的井壁鋼筋，預(yù)留筋長度需滿足規(guī)范要求。主鋼筋的連接全部為焊接，在相同的截面上，焊縫的數(shù)目不大于50%，兩個(gè)焊縫之間的間隔大于30cm。如果是最后一道模具，則要將鋼筋彎曲90°，然后與基材進(jìn)行焊接，且在每個(gè)截面上都分別布置三層錨桿，間隔50cm，錨桿長度30cm。開挖第二模、第三模以及最后一模的深度應(yīng)該視土壤條件而定。通常情況下，若此時(shí)土質(zhì)為粘土，按照1.0～1.5m深度開挖，若是淤泥，則按照1.2～2.0m的深度開挖[7-8]。鋼筋做加工處理時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保上一模有清潔的表面，并完整清除預(yù)留的插筋，此后方可進(jìn)行焊接。

圖1 井體護(hù)壁施工施工工藝流程

考慮到混凝土的澆注及混凝土的振動(dòng)，沉箱模板使用鋼模板，其模板直徑為4.45m×1.5m，在接頭處進(jìn)行了膠漿密封，以確?；炷帘砻婀饣?，延長了模板的使用壽命。在模板外側(cè)，用三角斜拉法支撐，為提高斜拉柱與基礎(chǔ)的接觸面，在立柱下方加一塊木板，以保證其與斜撐的穩(wěn)定。另外，為保證模板的側(cè)向強(qiáng)度，在斜拉桿與模板接觸面處設(shè)置有肋板，以加強(qiáng)模板的穩(wěn)定。為了保證混凝土的外觀顏色，脫模劑的型號需相同。在進(jìn)行安裝前，首先要檢查模板材質(zhì)是否滿足要求，然后將模板吊裝到適當(dāng)?shù)奈恢?，接著安裝斜撐，最后連接相鄰的模板。為了便于澆筑和振動(dòng)，在安裝過程中，模板必須與豎直方向保持一定的傾斜[9]。為保證井身垂直，在每個(gè)井段注漿時(shí)，必須對井壁的中心和垂直度進(jìn)行檢查，使井眼的半徑誤差不大于40mm，不平整度不大于50mm。

在上道拱墻封閉后，其混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上才能進(jìn)行下道拱墻的施工；上下拱墻體采用豎向排列時(shí)，兩墻體應(yīng)設(shè)不少于2m的間隙。拱墻施工講究施工的連續(xù)性，每一拱墻至少需要保證24h施工時(shí)間，并視混凝土速凝劑的作用和溫度確定拆模時(shí)間節(jié)點(diǎn)，每道拱墻的施工時(shí)間一般均低于24h。在施工過程中，要關(guān)注氣象預(yù)報(bào)，如遇惡劣天氣，應(yīng)立即停止施工。如果在施工過程中遇到正常的細(xì)雨，在已經(jīng)挖好的拱墻部位，采用編織布罩，并開啟水泵，防止雨水長期浸漬。如果出現(xiàn)大的變形，則采用碎石對已經(jīng)開挖的拱腳進(jìn)行回填。此外，必須建立監(jiān)測點(diǎn)，嚴(yán)密監(jiān)測井的水平位移、相鄰建筑物的變形以及地下水位等。若在施工中發(fā)現(xiàn)與測量數(shù)據(jù)有很大差異，應(yīng)立即與業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位進(jìn)行協(xié)調(diào)。

3.2 護(hù)壁受力分析

工作井的施工工藝主要有以下兩種：一種是分層挖土，分段磚砌或現(xiàn)澆混凝土護(hù)墻，一步一步地往下挖，直到承力層，即護(hù)壁法；在澆注混凝土之前，墻外土層和地下水的水平壓力會(huì)影響到井眼護(hù)壁的應(yīng)力狀態(tài)。在此對第一種方式進(jìn)行分析。

近幾年，在排水工程中，施打止水樁技術(shù)是一種很重要的施工技術(shù)。這是由于護(hù)壁井施工簡單，施工質(zhì)量好，施工噪音小，施工設(shè)備簡單易操作，施工速度快的優(yōu)點(diǎn)。在工作井建造中，盡管在成井質(zhì)量和安全作業(yè)方面已經(jīng)取得了一些成功的經(jīng)驗(yàn)，但是仍然存在著許多問題，特別是井筒容易受到破壞，造成了工程建設(shè)的浪費(fèi)。因此，井下護(hù)壁止水樁的設(shè)計(jì)越來越受到關(guān)注。根據(jù)墻體的構(gòu)造條件及墻體內(nèi)土體的應(yīng)力狀態(tài)，確定荷載分析方法。據(jù)此，可以將護(hù)壁視為各單元墻體背后的平均土壓[10]。在沒有地下水的情況下，土壤的壓力是：

Q1=γHtg2(45°-φ/2)

(1)

當(dāng)有地下水時(shí)：

Q2=γhtg2(45°-φ/2)+(γ-γw)(H-h)
tg2(45°-φ/2)+(H-h)γw

(2)

式中，Q1、Q2—在沒有地下水和地下水情況下，最大側(cè)壓強(qiáng)度，kN/m2；γ—壁后土的天然容重，kN/m3；γw—水的容重，kN/m3；H—井的護(hù)壁深度，m；h—地面至地下水位深度，m；φ—坑壁土內(nèi)摩擦角，(°)；tg2—tan2，在數(shù)學(xué)“tg”與“tan”同義。

有時(shí)地表上會(huì)產(chǎn)生施工荷載，例如開挖棄土、砂石材料等，因此，在計(jì)算水平壓時(shí)，必須把地表荷載轉(zhuǎn)換為相當(dāng)厚的土層。假定在地面上施加的每一單位面積的荷載是P，那么換算的土的厚度就是P/y，因此Q1也可以寫成：

Q1=γ(H-P/γ)tg245°-φ/2

(3)

4 逆作法與常規(guī)做法優(yōu)勢比較

4.1 工期比較

本項(xiàng)目同時(shí)使用了逆作法施工和常規(guī)沉井法法施工，逆作法不僅更能適應(yīng)該標(biāo)段的環(huán)境，而且在工期成本上還具有相當(dāng)大的優(yōu)勢，其對比分析如下：

(1)沉井逆作法工期分析

旋噴樁部分共計(jì)花費(fèi)11d，第一層井壁(壁高1.40m)施工完成共計(jì)5d，二層以上井壁均為標(biāo)準(zhǔn)層，層高都為1.7m，施工耗時(shí)總共為25d。井底使用素砼封底，其中包括模板架設(shè)、混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)及拆模，此工序總共耗時(shí)3d，工期合計(jì)：養(yǎng)生3d+旋噴樁11d+倒掛井31d=42d。

(2)常規(guī)沉井施工法工期分析

常規(guī)沉井法在本工程中由于地質(zhì)條件較差，其施工所耗費(fèi)時(shí)間比常規(guī)時(shí)間更多。經(jīng)過測算，使用常規(guī)沉井法施工總共耗時(shí)56d，其中，1d放樣、11d高壓旋噴樁、1d基坑開挖及墊層混凝土1d、立井5d、鉆孔內(nèi)模及支架、6d鋼筋綁扎、6d立外模及支架、澆注混凝土2d、養(yǎng)護(hù)及拆模5d、封砌預(yù)留孔1d、鑿除墊層1d、挖土下沉12d、鋪設(shè)碎石層及C15素混凝土墊層1d、綁扎底板鋼筋1d、澆搗底板混凝土及養(yǎng)生3d。通過與傳統(tǒng)方法的比較，可以看出，逆向施工在工期上的優(yōu)越性是顯而易見的。

4.2 適用范圍比較

逆作法采用高壓旋噴樁反作頂管工作井，由于在施工全過程中不會(huì)產(chǎn)生沉井沉降，因此可以不設(shè)刀腳和素砼墊層。逆作法可以直接使用旋噴樁作為外膜，可大大節(jié)省外膜材料使用量，還能減少工期。在混凝土養(yǎng)護(hù)中，采用逆作法施工作業(yè)井，可以將井口封閉，使井內(nèi)溫度升高，在較低的溫度下，能較好地提高施工進(jìn)度。此外，逆作法使用的定型鋼模具可以有效防止模板上漲情況的出現(xiàn)。

4.3 費(fèi)用比較

采用逆作法施工的時(shí)候，鋼筋的使用率會(huì)有所提高，一般來說每一口沉井的鋼筋用量都會(huì)增加3t，而混凝土的使用量也會(huì)相應(yīng)的提高，這對節(jié)省投資來說不是一件好事，但因?yàn)樗慕ㄔO(shè)周期會(huì)大大的縮短，而且所節(jié)省的人工費(fèi)、機(jī)械費(fèi)和管理費(fèi)用也會(huì)大幅度的降低，因此成本基本保持不變，可以大大的節(jié)省時(shí)間，而逆作法的整體效益卻是十分可觀的，這也是為什么它的“生命力”如此之強(qiáng)。兩種做法的比較情況見表1。

5 結(jié)語

逆作法施工技術(shù)是近年發(fā)展較快的一項(xiàng)新的施工工藝，具有造價(jià)低、對周圍環(huán)境影響小以及施工周期短等特點(diǎn)，因此其被廣泛的應(yīng)用于水利工程。根據(jù)不同的工程實(shí)際情況，逆作法施工應(yīng)用技術(shù)有相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)，本文以廣東西江干流治理工程肇慶段的逆作法施工技術(shù)為例，對逆作法施工技術(shù)的重要施工節(jié)點(diǎn)問題進(jìn)行了探討，包括高壓旋噴逆作法施工的主要方法及工作井護(hù)壁施工的主要工序。此外，通過對比常規(guī)方法和逆作法的優(yōu)劣勢，認(rèn)為該項(xiàng)目涵閘工作井使用逆作法施工是切實(shí)可行的，雖然在費(fèi)用方面較常規(guī)方法高，但其簡短的工期優(yōu)點(diǎn)和廣大的適用范圍足以彌補(bǔ)這點(diǎn)費(fèi)用差。實(shí)踐表明，本工程在利用逆作法施工技術(shù)下獲得了顯著增益，希望本研究能夠?yàn)轭愃频墓こ烫峁┫鄳?yīng)的經(jīng)驗(yàn)。

表1 逆作法與常規(guī)沉井法的比較