封底沉井封底沉井在顶管法施工中的应用secret.doc

封底沉井在萧山南片供水取水口工程中的应用摘要：萧山南片供水取水口工程位于钱塘江上游的浦阳江左岸许贤传雅沙附近。工程采用两根直径为1.4m的钢管作为输水管，由于管基下流砂现象严重，故采用顶管法施工。本文介绍了为实施权威性管法施工而须先施工的工作井（封底沉井）的设计、预制和沉放。工作井的成功沉放为该工程的顶管法施工奠定了良好的基础，从而确保了该工程施工质量和工期。关键词：顶管法 封底沉井 流砂1 工程概况萧山南片供水取水口工程位于钱塘江浦阳江左岸上游许贤传雅沙附近-1.45淤泥质粉质粘土高程/m粘质粉土淤泥质粉质粘土粘质粉土夹粉砂粘质粉土粘质粉土夹细砂粉质粘土地下水位线7.25.04.351.950.45-2.55-5.05图1 地层分布图。工程地面高程7.2m，地下水位高程5.0m，场区地下水的主要补给水源为浦阳江，工程区地层主要为粉土、粉质粘土及粉砂土（见图1）。工程原计划采用大开挖方法施工，但由于地下水丰富，水压大，工程区域土质条件差，在开挖到4.5m高程时，虽采用了管井和双排井点排水，仍出现了严重的流砂现象，流砂量达（150200）m3/h，含砂量为20%左右，为保证工程顺利施工和确保周围民房安全，故改用顶管法施工。顶管管道全长185m，由堤内泵房穿越大堤至钱塘江，工作井中心线离取水口（浦阳江）35m（图2），管道在工作井处中心线高程为0.1m，钢管直径1.4m，两根并排布置，间距4.4m。2 工作井设计由于流砂现象比较严重，按常规办法制作工作井难度较大，故采用封底沉井作为工作井。工作井的内部净宽为管道的外侧边缘距离、管两侧操作空间、撑板厚度之和。根据工程实际情况，两管道外侧边缘距离取5.6m，管两侧操作空间取1.2m，由于采用混凝土沉井作工作坑，取撑板厚度C=0。工作井的内部长度为管节长度、顶镐机长度、出土工作间长度、后背墙厚度、稳管时已顶进的管节留在导轨上的最小长度之和，本工程中管节长度为5m，顶镐机长度为1.2 m，因采用沉井壁作为后背墙，后背墙厚度取为0，稳管时已顶进的管节留在导轨上的最小长度一般为0.30.6m，最终取定工作井的内部尺寸为8m8m（见图3）。工作井底板厚度不宜过厚，以防工作井下沉时出泥较慢，影响下沉速度。底板配筋计算虽与一般水工建筑物底板配筋计算相同，但必须在井壁与底板连接处增设加强筋，以确保底板与井壁的牢固结合，在安装顶管导轨的相应位置按受弯构件配置暗梁钢筋。底板上预留冲沉孔，孔径20cm（图3），每孔控制底板下冲沉面积10m2左右。底板四周高中间低，高差约为20cm，以利于冲出的泥砂能汇集在一起，及时排出。工作井壁厚根据工作井下沉时所需的重量和下沉到位后不上浮两种状态所需的重量确定，并按下沉时和下沉到位并封冲沉孔后抗浮两种状态验算（工作井的底板厚度和壁厚见图4）。井壁配筋计算充分考虑了顶进时的后座力，且不少于按构造要求的配筋率，本工程经计算后按构造配筋。在井壁穿管处预埋直径为142cm钢管，在沉井下沉过程中，内侧钢管口用铁板封堵，待顶管顶进时再割去钢板，钢管内空腔用泥土填实。钢管四周混凝土中预埋螺栓，以便在顶管顶进时安装止水橡皮圈。本工程工作井结构如图3、图4所示。3 工作井预制工作井底板与刃脚一次性浇筑，井壁混凝土在底板混凝土达到70%强度时浇筑。工作井原设计混凝土强度等级为C20，为加快施工进度，故将混凝土配合比提高二级按C30配制，并掺入早强剂。4 工作井沉放沉井沉放应在混凝土达到100%强度后进行。沉井下沉前，先在沉井四角每10cm划标尺线，以利于及时测量沉井的下沉速度和倾斜程度。沉井冲沉时配备5台17kW高压水泵，5台2.2kW离心泵，2台7.5kW泥浆泵，5支水枪，沉井四角每孔一支水枪，另1支机动在下沉较慢侧冲。沉井下沉速度要均衡。高压水枪在冲沉孔中冲蚀土体，以360o缓慢旋转，使四周土体缓慢向中心移动。忌冲刃脚，防止刃脚挂空。在冲沉过程中随时检测沉井下沉速度及倾斜度，发现异常时，及时调整冲沉孔的冲蚀力。在流砂地基中，周围土体能很快涌向冲蚀坑，沉井下沉较为均衡。封底沉井与不封底沉井相比，地基单位面积所承受的荷载较小，且需将井下土体排出，下沉速度较慢，根据观测，工作井下沉速率平均为6.5cm/h（图5）。与不封底沉井相比，封底沉井在停止冲沉后，下沉量较少，故在即将达到设计高程需停止冲沉时，要比不封底沉井少留下沉余量，本工程仅为5.5cm。沉井下沉时，会在井壁四周土体形成漏斗水坑，在沉井沉放到位时，应在井壁外侧四周回填石碴混合料等材料，以增大摩擦力，防止沉井上浮，并用圆木塞紧冲沉孔，防止沉井下土体在流砂作用下进入沉井，而造成沉井进一步下沉。4 综合评价在顶管法施工中，工作井一般采用开挖基坑，在基坑内浇筑工作井的的施工方法，也有采用不封底沉井作工作井的方法，本工程采用封底沉井作工作井，它与上述两种方法比较具有如下优点：与开挖基坑相比：（1）不需要开挖基坑，避免大方量土方开挖，也避免了基坑塌方；（2）工作井在干地施工，保证了砼的质量；（3）避免了在基坑开挖和砼浇筑、养护期间的施工排水；（4）由于不需开挖基坑和基坑排水，也就节约成本。与不封底沉井相比：（1）封底简便。封底沉井的底板在冲沉前已浇筑，封底时，用木帖帖入冲沉孔即可，而不封底沉井要在大量地下水涌入的情况下，完成封底工作，难度可想而知；（2）容易控制高程。不封底沉井在停止总督宙后，在流砂作用下，周围土体涌入井内，沉井继续下沉，不易控制高程，而封底沉井可及时完成封堵工作，防止沉井进一步下沉。5、结语由于