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1、一、基本情况二十一号路再生水管道工程中顶1顶2节点间中水管道穿越外环河及环线中水管道采用顶管，管径为1650cm，内穿DN1000钢管，顶进长度为115m，埋深8.4m，我项目部计划60个工作日完成此段顶管施工（施工计划详见附表）。二、顶管施工方法图2.1施工工艺流程图图2.2顶管施工断面图1.施工计算1.1工作坑的尺寸计算1.1.1工作坑的宽度计算：W=D1+2B+2b式中 W工作坑底部宽度(m)D1管道外径(m)2B+2b管道两侧操作空间及支撑厚度。1.1.2工作坑的长度计算：L=L1+ L2+ L3+ L4+ L5式中 L矩形工作坑的底部长度(m)；L1工具管长度。当采用管道第一管为工具
2、时，钢筋混凝土管不宜小于0.3m；金属管不宜小于0.6。L2管节长度(m)；L3出土工作长度(m)；L4千斤顶长度(m)；L5顶管后背的总厚度(m)；1.1.3工作坑的深度计算：H1=h1+h2+h3式中 H1顶进坑地面至坑底的深度(m)；h1接收坑地面至坑底的深度(m)；h2管道外缘底部至导轨地面的高度(m)；h3基础及其垫层的厚度。但不应小于该初井室的基础及垫层厚度(m)。1.1.4根据管径、埋深及以上公式，计算可得其尺寸如下：主顶坑（d1650）7 m4 m 接收坑（d1650）6m4 m。1.2本工程基坑深度为8.6m左右，此处的土为粘性土,可以采用“等值梁法”进行强度验算。首先进行最
3、小入土深度的确定：确定土压力强度等于零的点离挖土面的距离y，因为在此处的被动土压力等于墙后的主动土压力即：如图6.3.3图1.3式中：Pb 挖土面处挡土结构的主动土压力强度值，按郎肯土压力理论进行计算即 土的重力密度 此处取18KN/m3 修正过后的被动土压力系数（挡土结构变形后，挡土结构后的土破坏棱柱体向下移动，使挡土结构对土产生向上的摩擦力，从而使挡土结构后的被动土压力有所减小，因此在计算中考虑支撑结构与土的摩擦作用，将支撑结构的被动土压力乘以修正系数，此处=28则K=1.78 主动土压力系数 经计算y=1.5m挡土结构的最小入土深度t0:x可以根据P0和墙前被动土压力对挡土结构底端的力矩
4、相等来进行计算：挡土结构下端的实际埋深应位于x之下，所以挡土结构的实际埋深应为： k2 经验系数（此处取1.2）经计算：根据抗倾覆稳定的验算，36号工字钢需入土深度为3.5 m，实际入土深度为3.8m，36号双合工字钢需入土深度为5 m，实际入土深度为5.5m，故：能满足滑动稳定性的要求1.3支撑结构内力验算主动土压力：被动土压力：最后一部支撑支在距管顶0.5m的地方，36b工字钢所承受的最大剪应力 d=12mm,经计算 36b工字钢所承受的最大正应力经过计算可知此支撑结构是安全的。1.4管涌验算：基坑开挖后，基坑周围打大口井，在进出洞口的位置，可降低地下水按距坑底1米计算，地下水形成水头差，
5、使地下水由高处向低处渗流，坑底下的土浸透在水中，土里可能处于浮动状态，坑底会产生管涌现象，为避免此类事故的发生，必须满足以下条件t挡土结构的入土深度此处为3.8m（由抗倾覆稳定性验算所得3.5m，实际为3.8m）地下水位至坑底的距离此处为1 m地下水重力密度此处为1KN/m3土的浮重力密度此处为19KN/m3抗管涌安全系数一般取经计算因此此处不会发生管涌现象。1.5顶力的计算 工程采取注浆减阻的方式来降低顶力。考虑到顶管长距离顶进中摩擦力为主要阻力，正面土体被动土压力影响小，故忽略不计。例如：2000注浆后总顶力为：F=F0+ f0 LF0=Pe D2 /4 f0=(Dq+W)u+DCF总顶力
6、(kN)；F0初始顶力(kN)；f0每米管与土的综合摩擦阻力；综合系数，取1.5；Pe土仓压力（kPa）;q管周边的均布荷载；L最大顶进长度，取最长150mD管外径，2000管外径为2.4mu 管与土的摩擦系数（u=tan（/2）;土的内摩擦角，取15 W每米管子的重力（kN/m）;C 管与土之间的粘着力（kPa）.算得F=6300KN1.6后背的计算式中：K稳定系数；Kp被动土压力系数=tan2（45o+/2）;土的内摩擦角，取20;r平均土的天然重度；B后背宽度(m);P最大顶力值；h1地面至后背墙顶部的深度(m);h2后背墙的高度(m);h3工作坑地面至桩尖的深度(m)算得，K=2.61
7、;所以，后背稳定。2.工作坑施工2.1工作坑的支护2.1.1水泥搅拌桩制作工作坑的支护采取外打水泥搅拌桩内打钢桩。水泥搅拌桩长为12m，桩径500,咬合200,水泥含量15%。主坑距离河边较近一侧设置为双排搅拌桩，其余三面为单排。水泥按加固土重量掺入20%，改善其封的物理力学性能，使渗透系数降低在10-710-8cm/s以下。副坑采用四周间隔桩，直径700 mm，桩长12m，中心间距500mm，四面均做单排搅拌桩。水泥搅拌桩固化后进行钢桩施工。如图2.1和2.2。图2.1 顶管坑（主坑）平面布置图图2.1顶管坑（副坑）平面布置图2.1.2水泥搅拌桩质量控制（1）抄平放线 施工前应平整场地，并测
8、量施工范围的自然地面标高，放出水泥土墙位置的灰线，确定桩位。在铺设好导轨后，测出桩机底盘标高，以此确定搅拌桩机悬吊提升及下降的起讫位置，控制桩顶、桩底标高，若采用步履式机架则可根据立柱底标高确定。（2）样槽开挖 由于水泥土墙是由水泥土桩密排（格栅型）布置的，桩的密度很大，施工中会出现较大涌土现象，即在施工桩位处主体涌出高于原地面，一般会高出18115桩长。这为桩顶标高控制及后期施工带来麻烦。因此在水泥土墙施工前应先在成桩施工范围开挖一定深度的样槽，样槽宽度可比水泥土墙宽增加 300500，深度应根据土的密度等确定，一般可取桩长的110。（3） 清除障碍 施工前应清除搅拌桩施打范围内的一切障碍，
9、如旧建筑基础、树根、枯井等，以防止施工受阻或成桩偏斜。当清除障碍范围较大或深度较深时，应做好覆土压实，防止机架倾斜。清障工作可与样槽开挖同时进行。2.1.3打设钢板桩钢桩选用工子钢，长为8 m，型号为I36b、I40，主坑工字钢后备密排，其余间距为0.5m，副坑为0.8m，出洞口位置钢桩距管外皮50，水泥搅拌桩与钢桩净距为10，2.1.4钢板桩施工前的准备工作（1）钢板桩检验 钢板桩材质检验和外观检验，对焊接钢板桩，尚需进行焊接部位的检验。对用于基坑临时支护结构的钢板桩，主要进行外观检验，并对不符合形状要求的钢板桩进行矫正，以减少打桩过程中的困难。（2） 钢板桩的矫正钢板桩为多次周转使用的材料
10、，在使用过程中会发生板桩的变形、损伤，在以后工程使用前应进行矫正与修补。（3）钢板桩施工顺序 在钢板桩的打设前，应先进行基坑的测量放线，并在打桩处挖桩沟防止破坏地下管线。将机架移动到位，挂好控制线，经反复核对无误后方可打桩。打桩机选用振动打桩机。2.1.5工作坑的支撑宜形成封闭式的框架，四角增加斜撑。工作坑按坑深分三步支撑，支撑采用I40工子钢作顺水，顺水托架用三角形钢板制成焊接在钢桩上，每一个面上两个，并用16钢筋将顺水与钢桩焊接牢固。顺水安装时采取以长边顶住短边，并在4个交角处用钢管（120、t=1.2）或短工子钢做角撑，与顺水焊接。图2.3工作坑断面示意图2.2工作坑降水工作坑采用打设大
11、口井降水，在工作竖井四角做内径为500mm深为16m的大口井，利用水泵进行降水。大口井的水平间距应根据土层性质、渗透系数、涌水量等确定，一般不大于40m。2.2.1大口井的施工方法井筒的沉设方法，采用回转钻机，或冲击钻机冲击成孔，孔径比管外径（包括过滤层）大于30厘米以上。钻冲成孔后，孔内的泥浆应稀释、置换，而后沉设井筒。井筒的底部用草袋片或土工布加粗砂砾石作反滤层，厚度约20厘米。井筒与孔之间的空隙，用粗砂、砾石等滤料回填至地下水位。大口井施工完成后应立即进行排泥及试抽水，防止淤塞。若试抽水6小时后出水仍含有大量土颗粒呈混浊水时，应立即检查井筒封底、管口连接、过滤层等，如发现问题应及时修复或
12、拔出井筒，重新沉设。在大口井开始抽水至基坑回填到地下水位前，不得中断抽水。使用水位自动开关控制井内水位。在抽水期间应经常检查水泵出水、地下水位变化、井底回淤等情况，防止潜水泵或水泵进水管被回淤掩埋。大口井停止抽水后，应立即拆除抽水设备，并将井孔回填密实。大口井应在基坑开挖前抽水，提前降低地下水，这有利于基坑（槽）的开挖及坑壁、坑底的稳定。2.2.2大口井沉设深度的计算H = h h l h 2 I*B式中：H 大口井的深度h 基坑（槽）深度 井筒封底厚度h1 抽水泵吸水头高度h2 井筒内预留回淤高度 一般取 0.51.0米 I 降水坡度，一般取1/10；B 大口井与基槽的水平距离（rn）； 根
13、据经验，打井深度一般为基坑深度加上4-6m。2.3工作坑开挖工作坑开槽施工采用1m3挖掘机挖土，土方运至业主指定地点。先挖距地平1.5m深处，焊扎钢架组成框架，焊接牢固再继续挖土至槽底0.2m处座砖砌集水井一座，钢桩内侧做排水沟并通入集水井，用3寸潜水泵排入河道内。最后用人工清至设计槽底。采用机械配合人工挖土，挖土顺序为首先用挖掘机挖至第一步顺水处，然后做第一步顺水，再用挖掘机挖至第二步顺水处，做第二步顺水。并用木板卡在工子钢槽口做基坑四面的挡土撑板，中间用16钢筋做横肋与钢桩焊住，再挖第三步土。当挖掘机挖到够不着土时，改用人工挖土装入土斗，用吊车吊车将土吊到地面上，装入运行车拉走。2.4工作
14、坑清底做排水沟当挖至基坑底时（设计的井底垫层下平），用人工清底。坑底四边挖排水沟深0.3m、宽0.3m。在工作坑两角处做水窝子，对角布置共计两个，直径0.8m、深1m，周圈及底面用红砖干砌，外压草帘子。水窝子内设1台潜水泵，以备坑内的排水，基坑地面应清平，遇有腐软的地方要挖掉软土回填片石或混渣石料以加固土体。待监理验过基坑底后，进行垫层的施工。2.5工作坑垫层的施工工作坑底板采用C30混凝土，地板厚度为30cm(根据土质情况进行调整)。混凝土浇筑前，要做好各项准备工作，保证现场的用电、照明、振捣器、振捣棒、平板振捣器能正常使用，以及混凝土溜管连接可靠，无漏口及破损。为保证工程质量和加快施工进度，本工程中所涉及的混凝土全部采用商品灰。混凝土运到现场后，先由现场的施工技术人员和质量负责人对其进行检查，包括观察其外观、测塌落度，如不符合要求，应立即要求搅拌站换混凝土，待自检和监理检验均合格后方可浇筑，浇筑时混凝土溜管应自始至终垂直垫层的平面。浇筑顺序应先从垫层的中央浇筑，均匀由里向外周圈式扩散。由于垫层的混凝土用量较少，可一次浇齐。振捣时先用平板振捣器将垫层的大面平整一遍，后用插入式振捣棒对垫层的边角振捣，最后瓦工用木抹子对其表面抹平搓毛。浇筑后覆盖工程专
