嘉兴市污水处理工程排海顶管工程高位沉井施工.pdf

第 2 4卷第 6期 20 0 7正 非 开 挖 技 术 tr e nc h l e te c h no l o gy v0 1 2 4 n o 6 de c ， 20 0 7 2 3 嘉兴市污水处理工程排海顶管工程高位沉井施工 杨转运 ( 四川建筑职业技 术学院， 四川 德 阳 ， 6 1 8 0 0 0 ) 摘要 ： 本文介绍 了嘉兴市污水处理顶管工 程中高位沉井 ( 沉井深 3 8 9 m) 的施工方 法 ， 重点讨论 了沉井分段下沉施工 和沉井水下混凝 土封底施工及偏差处理措施 ， 水力吸泥设备 、 触变泥浆助沉 等主要技术措施 。 关键词 ： 顶管工程 、 高位沉井 、 纠偏措施 1 工程概述 嘉兴市污水处理工程排海工程系浙江省重点工 程 。位于嘉兴市海盐县海塘乡海边 ， 排放管在海 底顶进 ，伸人杭州湾 2 0 0 0 m。排 海泵 站设计 流量 3 0 m3 d ， 排海管道及 高位井设计流量为 5 0万 m3 d ， 装机容量 9 9 0 k w。高位井是连接污水泵站和污水出 海管线的建筑物， 同时兼作顶管工作井 ， 采取沉井法 施工 ， 平面外形尺寸 1 1 7 x 1 5 4 m。内设十字型隔墙 ， 井 壁 从 下 到 上 厚 度 分 别 为 1 5 m、 1 2 m、 0 9 m 和 o , 6 m， 沉井沉放到位后刃脚底标高一 2 5 5 5 m， 高位井 顶标高 1 3 3 4 m。沉井位于海堤内侧 ， 井位处地质条 件如表 1 。地下水 ， 受潮汐涨落影响， 水位变化较大， 属潜水型。 2 施 工过 程设 计 在分析了沉井结构 、地质条件、设计及招标文 件 、 技术规范中的有关要求后 ， 拟对高位井施工作如 下安排。 首先进行沉井施工基坑处理开挖。 井位处于 虾塘 内，抽干塘水 ，清除淤泥 ，工作 面标高定 为 3 8 m， 基 坑 四周 开 挖 6 0 x 6 o c m 明 沟 排水 ， 在 两 对 角 设集水坑并配备水泵。铺筑砂垫层和混凝土垫层。 根据沉井井壁厚度 ， 考虑到软基承载力限制 ， 沉 表 1沉井地质条件列表 土层厚度 编号 地层名称 性状 备注 ( m ) 1 素 填 土 蓑 高 盍 集 茬 奎 疆 袭 量 毳 拿 趁 嫠 鏊 至 稍 密 ， 4 5- 6 0 2 望 羹 豁 震 褰 舅 孚 罄 墓 伏 较 大 属 高 压 缩 性 、 强 度 1 3 5 - 1 9 9 粘 土 3 篁 麦 磊 灰 色 ， 松 散 稍 密 ， 令 云 母 片 ， 风 化 壳 ， 该 层 属 35- 3 7 中 、 高 压 缩 性 土 ， 强 度 一 般 ， 工 程 力 学 性 质 一 般 4 淤泥质粉质 灰色，饱和，欹塑流塑、含恩化贝|壳， 该层属中、 1 5 -2 0 粘土 高压缩怔，强度一般，工程力学性质一般 5 一砂质 灰黄一灰色，饱和，中密， 局部夹薄层状粘性土， 沉井到 位 含云 母 片 ， ， 该 层 顶 板 高 程 一 2 2 0 一 一 8 6 3 m _ 该 层 属 6 2 - 1 2 9 圣 窟 犟 位 中 、 低 压 缩 性 土 ， 强 度 较 高 ， 工 程 力 学 性 质 尚 可 。 饱和、硬望_可塑， 含氧化铁、少量夙化贝壳、云 6 粉质粘土 量胜 ， _碌板高程一 9 ： 9 o - z 7 9 ， 属中低高缩性， 7 0 该肇作为 强度较高，i程力学性质较 , 2好 。 3 2 m 一。 持如珐 维普资讯 非 开挖技术t r e n c h l e s s t e c h n o l o g y 2 0 0 7 年 井分六节制作， 三次下沉 。 第一次浇筑高度 ， 从刃脚到结构- 2 0 8 5 m高度 ， 高 4 7 m。待混凝土到达强度后拆除混凝土垫层 。 第二次浇筑高度 ，从结构一 2 0 8 5 m 到一 1 6 m， 高 4 8 5 m。以上两次混凝土浇筑完成后， 进行沉井第一 次下沉。 第一次下沉后的每次沉井混凝土浇筑前 ， 均 需作下沉稳定系数计算 ， 需满足下沉稳定系数 k1 1 。若不满足 ， 需采取井 内灌水 、 回填等措施使之满 足。第一次下沉到达适当位置后 ， 浇筑壁厚 1 2 m 部 分沉井 ， 该段沉井从结构一1 6 m 至一 4 m， 高 1 2 m， 分 二节浇筑，每节浇筑 6米高。完成这部份沉井制作 后 ， 进行沉井第二次下沉 。第二次下沉到位后， 浇筑 壁 厚 0 9 m 部 份 沉井 ，该段 沉井 从结 构一 4 m 至 6 m， 先浇注+ 4 m 以下部分 ， 分二次浇筑 ， 每节浇筑 4米 高 。 完成这段沉井制作后， 进行沉井第三次下沉 。 沉 井内的隔墙 ， 垂直顶管方向的一道 ， 考虑顶管施工需 要 ，只浇筑踏脚部分 ，墙体部分顶管施工完毕后浇 筑 ， 顺顶管方向隔墙与沉井壁一起制作。 沉井下沉到 位 、 稳定后 ， 浇筑水下封底混凝土及混凝土底板 ， 供 作顶管工作井使用。+ 4 m标高以上部份井壁及顶部 施工在顶管完成后进行 。 圈 鬃 庐 ， l 逆 作 诘 钢 筋 砼 护 壁 霹 j l 簧 譬 现鞲银筋砼井壁 墨 。_一 钢 筋 砼 底 板 i 图 1高位井剖面图 3 施工要点 3 1 沉井 制作 3 1 1 刃脚 垫层嘲 沉井处地基承载力较差 ， 在刃脚处浇筑条形素混 凝土垫层 ， 混凝土垫层下设置砂垫层。混凝土垫层 、 砂垫层的厚度 由首期混凝土重量 ，施工荷载和地基 承载力计算确定 ， 混凝土垫层厚度计算 h 1 g p ( b + 2 h ) ( 1 ) 式 中 g单位长度刃脚处的荷载 ，计算得 g= 1 6 5 k n m ； p 砂垫层承载力 ， p = 1 5 0 k n m2 ( 中粗砂压密) ； b刃脚宽 ， b = 0 4 。 所 以式 ( 1 ) 可变为 h i 1 g _ b ) ( 一 0 4 ) = 0 3 5 m ( 2 ) 混凝土垫层厚度 3 5 c m。 砂垫层厚度计算 h h 2 ：( g f k b h 1 ) ( 2 t a n ) = o 8 4 m ( 3 ) 式中 f k 地基承载力 ， 地勘资料提供 f k = 8 5 k n m2 ； 砂应力扩散角 o t = 2 7 。 ； 砂垫层宽度 ： b = b + 2 h 1 + 2 h 2 + t a n o t = 1 9 6 m ( 4 ) 砂垫层厚度 0 8 4 m， 宽 1 9 6 m， 刃脚 内斜面， 采取 砖砌侧模 ， 表面用水泥砂浆粉平 。 3 1 2 钢 筋加 工 、 绑扎 钢筋加工在现场钢筋房完成 ，在绑扎前搭好脚 手架 ， 以后兼作支模和混凝土浇筑脚手架。 钢筋绑扎 严格按设计和规范要求控制好编差。 3 1 3 模 板 采用普通钢模组拼成大块模板， 异型模板定制 ， 正式拼装前在地面上予拼 、检查。横带用 2 ff 4 8 钢 管， 竖带用 2 1 4槽钢 ， 对拉螺杆固定 ， 斜撑稳固。在 首节沉井浇筑时 ， 考虑到后继混凝土施工的需要 ， 在 井壁侧面设置预埋件 ， 以后焊接钢牛腿 ， 作为模板的 支承 ， 沉井接高时模板的支撑不直接作用于地面 ， 以 免混凝土浇筑过程中沉井的沉降损坏模板 。 3 1 4 混凝 土 浇筑 混 凝 土浇筑 采 取 现场 拌 制 ，现场 配 备 两 台 2 5 m h强制式混凝 土搅拌机 ，用 吊车料斗输送布 料 ， 混凝土搅拌严格按实验配比进行 ， 确保强度 、 抗 渗指标满足要求 ， 入模时 3 0 c m一层分层浇筑 ， 振捣 用插入式振捣棒 ， 为确保振捣质量 ， 工人应进入模板 振捣 ， 最后一段 0 6 m 厚墙体人下不去时 ， 在模板一 侧 2高处开一定数量的振捣窗 ， 浇筑完窗下部分后 ， 立即封闭窗 口， 混凝土下料对称均匀进行。 节与节之 间施工缝采用凹型槽处理 ，在新浇混凝土前将施工 缝凿毛， 洗刷干净 ， 先铺一层与混凝土砂浆成分相同 维普资讯 第 2 4 卷 第 1 期 杨转运 ： 兴市污水处理工程排海顶管工程 高位沉井施工 2 5 的砂浆 ， 然后 浇筑 混凝 土 。 3 2 沉 井下沉 3 2 1 下沉工艺和主要技术措施 本工 程 沉 井 为深 沉 井 ， 下沉 深 度 近 3 0 m， 且 地 基 土层承载力和稳定性都较差 ，选择合适 的下沉工艺 确保下沉质量 ， 下沉到位是沉井施工的关键 ， 本工程 拟采取不排水水力吸泥法取土下沉 ，触变泥浆套助 沉。不排水下沉 ， 通过控制好井内水位 ， 可避免井底 流砂和涌土现象 ， 减缓井底隆起 ， 避免由此引起的突 沉和沉井倾斜。 在沉井下沉中采取 的主要技术措施 ： ( 1 ) 控制好水力吸泥机水下井底挖土范围几何 进尺和挖土顺序 ，适 当地减少刃脚处的土体阻力 ， 便沉井稳步均匀下沉。 ( 2 ) 井壁外侧设触变泥浆套 ， 减小摩 阻力和防止 周围土体坍塌， 并使周边阻力分布均匀 ， 使控制井底 挖土的措施在控制沉井下沉中发挥显著作用。 ( 3 )合理控制井 内水位 ，井底取土和触变泥浆 套 ， 这些措施相辅相成 ， 确保沉井稳步下沉。 3 2 2 水 力吸泥 设备及 其使 用 水力吸泥设备主要有高压水泵 、水力冲泥吸泥 机 ， 射水管和排泥管构成 。 高压水泵流量满足射流泵 和水枪使用要求 ，在射流泵喷嘴处 的有效水头与射 流泵泥浆扬程之 比应达到 7 5 ， 在下沉过程中 ， 一 台 高压泵的供水量和水压不能满足要求时，通过并联 或串联同类型水泵解决。 采用 2套水力吸泥机， 分别 安放在井 中心对称的两个方格 内，两套水力吸泥机 同时工作， 均衡取土下沉， 完成一个区格吸泥后换另 一 格。冲吸泥从沉井 区格 中央开始对称扩向刃脚附 近 ， 分 层 冲挖 ， 不 能将 沉井 锅 底 冲成 深 坑 或壕 沟 ， 施 工中勤测井底土高度 、 撑握好分层取土深度。 根据沉 井下沉过程 中开挖土层的具体特性 ，适当掌握好冲 泥和吸人泥浆的稠度 ， 提高吸泥的效率。 排泥管排出 的泥浆排放到泥浆池 内，沉淀下的泥土用反铲式挖 掘机捞 出， 漓干后外运。临时堆土点周围挖沟 ， 将泥 水引至沉淀池 ， 防止泥水外溢污染周围场地和道路。 3 2 3 触 变泥 浆 助 沉 在沉井外壁与土壤之间充填触变泥浆 ，形成一 泥浆套 以减小外壁摩阻力 ， 并使阻力均匀分布 ， 同时 起防止地面坍塌作用。 泥浆套 内泥浆补给 ， 采取两种 方式 ， 自流渗入式和强制压人方式。 自流渗入是沿井 壁 四周地 面 上开 挖宽 度 约 5 0 c m 的贮 浆槽 ，在 沉井 下沉过程中及时向槽 内注入泥浆 。强制式压人通过 管道系统。在刃脚 台阶面上沿井壁外周预埋一根水 平通道管 ，管道上每隔 3 m 设一出浆支管通向泥浆 套 。在沉井 四周各预埋一根竖向供浆管直通井顶供 浆总管。 供浆总管联接泥浆泵、 泥浆池。 触变泥浆用 优质膨润土 、 水和外加剂配制。 3 2 4 沉井分段 下 沉 每次沉井下沉前均要按规范沉井下沉计算 ， 需 满 足下沉 系数 k1 0 5 。每次下沉时都要注意惧有 关下沉 的技术参数 ， 如井壁实际阻力等， 供下次下沉 系数计算时参考 。 ( 1 ) 首次 下沉 在沉井分两次浇筑至结构一 1 6 0 m 标高后 ， 开始首次 下沉 ， 初沉是沉井下沉的关键工序 ， 此时四壁无约束 力 ， 全部重量靠垫层承担 ， 下沉系数很大 ， 沉井重心 又高， 垫层混凝土凿除要均匀对称进行 ， 凿除速度要 快 ， 对 已凿 除垫 层混 凝 土 的 ， 要及 时 回填砂 垫 层 ， 混 凝土凿除用风镐。初沉阶段 ，沉井容易发生倾斜移 位 ， 井内开挖必须分层均匀进行 ， 为防止突沉 ， 靠近 刃脚处尽可能少取土 ， 如发生倾斜 ， 应及时纠偏 ， 初 沉地面下一 1 0 m标高 以上部份开挖利用抓斗取土 ， 而后开始采用水力吸泥机开挖取土。在第一次下沉 接近预定标高时 ， 调平沉井 ， 防止沉井偏斜增加接高 工 作难度 。 ( 2 ) 第二 、 第三次下沉 第二次下沉在沉井接高至结构一 4 0 m标高后进 行。第三次下沉在沉井接高至结构+ 4 0 m标高后进 行。 以上两次下沉均采用水力 吸泥机开挖排泥， 施工 过程中， 保持井内水位略高于井外地下水位 ， 这样可 避免或减缓井底土隆起。沉井在下沉过程中是以踏 步式下沉的 ，每次吸泥深度和沉井下沉量存在一定 的关 系， 在做好观测 ， 分析刃脚压力变化、 吸泥深度 与沉井下沉量关系的基础上， 确定合理的开挖深度 ， 让沉井缓缓“ 穿刺” 下沉， 防止因开挖过深形成突沉 ， 特别是沉井最终接近设计位置时，尽量控制好井底 开挖 量 。沉井 下沉 至设 计 标 高后 ， 2 4小 时 内 累计沉 降量 不 大于 1 0 mm 即认 为 沉井 稳 定 了 ， 可 以进行 水 下封底施 工。 3 2 5 沉 井水 下混凝 土封 底施 工 沉井下沉至设计标高后 ， 为使沉井稳定 ， 用水泥 砂浆置换触变泥浆 ， 检查井底泥面高度， 清除高出部 分土体， 潜水员下井用高压水枪清洗刃脚斜面泥土， 确保封底混凝土与刃脚接触紧密。经检查井底泥面 维普资讯 2 6 非开挖技术tr e n c h l e s s t e c h n o l o g y 2 0 0 7 年 符合要求后 ， 在井底铺一层 3 0 c m 厚粗石子 ， 潜水员 整平 ， 然后浇筑水下封底混凝土 ， 水下封底混凝土用 漏斗导管浇筑。根据水下混凝土浇筑时的有效影响 半径和井底区格的尺寸 ，在 4 5 x 5 2 m 和 3 4 x 5 2 m 区格各 布置一根 下料导 管 ，在 4 5 x 6 4 m 和 3 4 6 4 m 区格各布置两根下料导管。封底混凝土浇筑 前 ， 在井顶搭设操作平台， 布置好下料导管 ， 首次浇 注的混凝土量要能确保导管下筑堆 。在混凝土浇筑 过程中， 要均匀下料， 经常测量水下混凝土面的上升 情况 ， 分析混凝土的扩散半径和进展情况 ， 算出导管 下口埋人混凝土的深度 ， 确保混凝土浇筑质量。 导管 在混凝土浇筑前， 进行水密试验 ， 检查节点部位是否 漏水 ， 封底混凝土达到一定强度后 ， 排水清理井底 ， 清除混凝土表面 l o , 2 0 c m松软层 。 封底混凝土表面 清理整平后 ， 进行底板施工， 调整井壁预埋钢筋。底 板钢筋塔接和绑扎按设计和规范要求进行 ，底板混 凝土现场拌制 ， 吊车送配料 ， 混凝土分层浇筑 ， 插入 式振捣棒振捣密实。 3 2 6 沉 井施 工偏 差 处理措 施 ( 1 ) 倾斜处理 沉井下沉过程中， 倾斜率要控制在 1 2 0 0 m 内 ， 超过 1 2 0 0时要及时纠偏 ，纠编方法是在倾斜的相 反一侧刃脚偏除土。 ( 2 ) 水平位移处理 纠正位移时 ，可先有意偏除土使沉井向偏位的 方向倾斜 ， 然后沿倾斜的方向下沉 ， 直至沉井的底面 中心与设计 中心位置接近时， 再将倾斜纠正。 该处理 方法只能在沉井人土不深时， 控制在小范围内进行。 ( 3 ) 沉井位置扭转的纠正 在两对角偏除土 ，借助干刃脚下不相等的土压 形成扭矩， 使沉井在下沉过程 中逐渐纠正 。 沉井下沉 过程中， 每班至少两次观测下沉量 ， 垂直度和中线位 移 ， 分析下沉情况 ， 对 出现的偏差及时采取措施 ， 确 保各项偏差值控制在正常范围。 4 结束语 总之， 高位沉井施工是一个不断调整的过程 ， 对 沉井过程 中倾斜的处理要做到次数勤、 测量勤、 少量 纠偏 。 注意加强沉井软弱地基加 固处理， 与传统意义 上 的加 固有着 不 同的 目的 ，通 过沉井设 计 时的构 造 措施 、 外围堆载、 软弱地基加固等各种手段来控制下 沉过程 中可能出现超沉、 突沉 、 偏沉滑移 、 喷水 冒砂 等施工难题。对于沉井设计和施工中还存在土压力 计算理论与实际有出入 ，会 出现突沉现象如何有效 地处理等问题有待在实践中进一步探索。 参考文献 ： 【 1 】刘稚红 嘉兴 市污水处理排海工程超 长距离顶管施工 】 特种结构， 2 0 0 4 ， v o 1 2 1 ( 2 ) ： 7 2 7 4 【 2 】 陆斌 嘉兴市 污水排海工程 的设计 】 中国给水排水， 2 0 0 4 ， v o 1 2 0 ( 1 ) ： 5 8 “- 61 【 3 】 王罗程， 杨转运， 刘会 顶管人孑 l 检查井沉管施工工艺 】 非 开挖技术， 2 0 0 7 ， v o 1 2 4 ( 2 ) ： 1 0 1 1 0 5 de e p ca i s s o n co n s t r u c t i o n o f p i p e - j a c k i n g o f j i a x i n g ci t y s e wa g e tr e a t me n t w o r k s ya n g zhu a n y u n ( s ic h u a n c o l l eg e ofa r c h i t e c t u r e t e c h n o l o g y ， de y a n g 6 1 8 0 0 0 , c h i n a ) ab s t r a c t ： de e p c a i s s o n c o