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1、大口径砼管道穿越河道的施工技术张喜一（南通市建筑安装工程总公司，南通 226001 ）提要：本文以上海水产路辟建工程600mm 污水管道跨越北泗溏河为例，介绍并总结了施工单位综合运用沉井和顶管技术完成大口径砼管道穿越河道的施工难题，为长期从事土建施工任务的单位进入市政施工领域摸索出一套行之有效的施工方法和技术。1 概述目前建筑市场竞争日趋激烈，各施工单位在稳固原有建筑市场和份额的同时，积极开拓新市场和涉足新的领域，尤其是随着近年来国家在市政基础设施建设投资方面的进一步增加，长期从事房屋工程建设以土建施工为主的施工企业逐步进入市政施工领域，将长期从事土建施工的一系列经验和成熟技术与市政建设的特点
2、相结合，做到融会贯通、互为补充，较好地解决了市政建设中的一些难题，也打破了土建施工单位不能从事市政建设的误区。2 工程概况上海市杨浦区水产路道路辟建工程系吴淞工业区环境综合整治工程的配套项目之一。工程建设单位为上海市吴淞工业区环境综合整治领导小组办公室、上海溥绿蓝环境建设有限公司，工程设计单位为上海市政工程设计研究院。水产路辟建工程总长约4.5Km，整个工程共分为六个标段，我公司投标建设的四标段工程为从江杨北路同济路的路段，工程范围为K4+925K5+719.79，新建工程在原水产路向两边拓展新建，全长794.75m，包括新建跨北泗塘河北泗塘桥一座，拆除老桥，及新建段内道路工程,雨水管道及排污
3、管道工程。其中本工程排污管道在K5025K5090间穿越北泗溏河，该段排污管采用直径为600mm的预应力砼管道，管道埋置于距道路面以下7.46m9.23m标高，距河床底约4m。北泗溏河河面宽阔，河面宽度近50m，水深达34m，水面交通繁忙，为上海市东北水路交通要道之一。3 应用施工技术简介根据该段排污管道所处地理环境的特殊性，为保证本标段工程的顺利进展，我们采用沉井和顶管技术进行管道穿越河道的施工，在北泗溏河两岸构筑两只沉井分别作为顶管工作井和顶管接收井，管道穿越河道时利用沉井进行顶管作业。沉井采用钢筋砼沉井制作，顶管则采用我公司自行研制的NTJZ-D3型水平钻式专用顶管设备，即进行二次顶进作
4、业，先将水平钻顶入土中，然后反方向顶进预应力砼管段，从接收井顶进砼管段时容易控制方向，也不需出土，因而顶进速度较快，此外，顶进砼管段时所需顶力较小，结构不易被压碎。4 沉井施工技术4.1沉井概况和施工流程本工程排污管道在K5025K5090间穿越北泗溏河，在两侧河岸分别构筑沉井作为顶管施工时的工作井和接收井，二个沉井均为钢筋砼结构形式，其中工作井平面尺寸为9m5.5m（外口尺寸），壁厚为750mm，沉井高度（包括刃脚）9.6m，沉井底距地面约10.6m；接收井平面尺寸为6.2m5.2m（外口尺寸），壁厚为600mm，沉井高度（包括刃脚）10.9m，沉井底距地面约12.3m。沉井砼为C25，抗渗
5、标号为S6。针对本工程沉井具体形式、沉井高度、埋置深度、地下水位情况、周边环境情况，沉井施工采用分段制作、分段下沉、排水下沉、触变泥浆（即膨润土泥浆）助沉、干封底等工艺。沉井的施工工艺流程见图1。场地平整设垫层立模首段沉井制作拆模养护沉井下沉泥渣排出接高井壁（即制作二段沉井）拆模养护沉井下沉（触变泥浆助沉）泥浆排出至设计标高后封底、浇底板顶管施工浇顶板。图1 沉井施工工艺流程4.2施工准备沉井施工前，提前获取与沉井施工有关的资料，如水文地质资料、地下水和地面水的分析、地下障碍物和地下老管线的分布情况等，并根据施工坐标和水准点控制网准确定位，定位轴线保证能随时可以检查沉井的下沉位置，并将检查沉井
6、标高的临时水准点设在沉井施工影响范围以外，且安全可靠的地方。4.3沉井制作4.3.1制作沉井应在平整的场地上进行，本工程两个沉井均在河岸上制作，首先垫平夯实场地，施工时发现现场地下水位较低，采取先挖部分基坑的办法，坑底标高高出地下水位0.5m左右。4.3.2刃脚支设：沉井下部的刃脚支设应视沉井重量、施工荷载和地基承载力等情况而确定，采用垫架法时间距一般为0.5m1m，垫架铺设应对称，当地基强度较低时，应在垫木下设砂垫层加固。沉井下的承垫，可在夯实砂基上平铺20cm20cm的长短垫木，使垫木的标高一致，方向与刃脚垂直，沿沉井刃脚顺序排列，垫木的数量、位置应按受力情况计算，必须使承托沉井的土壤所承
7、受的压力不大于0.1Mpa。4.3.3矩形沉井的四个固定承垫位于两长边上，当沉井的长短边之比L/B1.5（本工程为工作井）时，固定承垫间的距离等于0.7L。4.3.4井壁制作：本工程沉井的井壁分段制作，第一段的制作高度应视拆除承垫时沉井抵抗纵向破裂的强度而定，沉井底为松软土壤时，第一节的高度不得超过0.8倍沉井宽度，我们考虑第一段高度为4.5m，其余井壁在第二段一次作完。4.3.5沉井外壁应尽量作成平滑，不得向外倾斜，以利下沉的顺利进行。所以制作井壁时模板应具有很高的质量和适当的强度，并应顺垂直方向装置，模板施工时应按清水砼的要求组织施工，考虑采用高强度覆塑竹胶合板，此种模板强度高，幅面大，重
8、量轻，易脱模，耐水，耐磨，耐腐蚀，平整光滑，可确保达到清水砼的效果，模板接缝处均粘贴防水塑胶带。4.3.6模板施工时还应按水下结构砼的要求进行抗掺处理，所有对拉螺栓全部采用止水螺栓，分段交界处应支成外低内高的企口状，或在井壁中央部位预埋钢板止水带，并加设橡胶止水条。4.3.7钢筋绑扎与架立模板应相互协调进行，施工程序是先架立内壁模板，然后绑扎钢筋，最后再架立外壁模板。4.3.8在浇筑井壁砼前应详细检查所用排架、模板和钢筋等。浇筑砼时必须保证砼的密实，分段交界处应凿毛并清刷干净，以保证井壁的整体性，同时应使后接进壁的中轴线与前一段的中轴线相重合，当沉井在偏斜状态下不得浇筑上层砼井壁。4.3.9沉
9、井井壁浇筑应均匀分层对称进行，每层厚度不大于30cm，以防地基产生不均匀下沉。砼应连续一次完成。4.3.10新浇筑的砼应经常洒水养护，使砼保持一定的湿润状态，不承受砼重量的模板，可于砼达到设计强度的25%以上时拆除，承受砼重量的刃脚斜面模板，应于砼达到足以承受恒载的强度，但不小于设计强度的70%时拆除，模板拆除后应以草帘或席等覆盖，并经常洒水养护。4.3.11沉井拆除模板后，应仔细检查砼的表面，下沉前必须将发现的蜂窝、麻面等缺陷加以修整。4.4沉井下沉4.4.1沉井下沉前，应在井壁四面中心对称处画出标尺，该标尺从刃脚起每10cm为一格，以便掌握下沉规律。4.4.2井壁砼达到设计强度，且下沉准备
10、工作全部作好后，才能拆除承垫垫木，拆除垫木前，应先用油漆将其固定承垫标出。拆承垫时应从四边对称进行，防止沉井偏斜，先拆除井壁两短边下的承垫，再拆除井壁两长边下的承垫，以四个固定承垫为中心，由较远的承垫开始顺序对称拆除其余各承垫，最后再拆除固定承垫。拆除承垫时应及时于沉井刃脚下用砂填实。4.4.3首段下沉可采用排水挖土下沉法，下段下沉可采用触变泥浆助沉。排水下沉采用轻型井点排除地下水。4.4.4挖土下沉时，应分层、均匀、对称进行，保持沉井均匀垂直下沉，如在下沉时，发生井壁外侧塌陷，应及时采取填土措施，以减少下沉时四周土体开裂塌陷的影响，下沉时每8h至少测量2次，当下沉速度较快时，应加强观测，发现
11、偏移及位移时，及时纠正，在建（构）筑物附近下沉时，应注意下沉和抽水对附近环境的影响，加强观测，发现异常情况，及时采取措施，当沉井接近设计标高，应暂停下沉，约23d，下沉已稳定，或经观测在8h内累计下沉量不大于10mm时，即应进行沉井封底。4.4.5如基底为坚实土壤，先沿刃脚开始，挖掘深度为刃脚深度，待沉井下沉后，再挖出井内中部的土壤；如基底为松软的土壤，应从沉井内的中部开挖，当井内边坡挖至一定深度时，刃脚即挤入边坡土壤逐渐下沉。4.4.6下沉过程中因土壤摩阻力过大，使下沉困难时，采用水冲设备将刃脚下及井壁外侧的土冲松的办法。4.4.7在下段沉井下沉过程中考虑采用触变泥浆助沉，即采用膨润土泥浆，
12、在沉井外墙周围与土壁之间设置触变泥浆隔离层，以减少土与井墙之间的摩擦阻力，保证沉井顺利下沉。4.4.8触变泥浆的配比（重量比）见表1。触变泥浆的配比（重量比） 表1膨润土的胶质价膨润土水碱（碳酸钠）60701005242370801005241.52809010061423901001006141.524.4.9灌浆可用空压机通过压浆罐进行，输浆管一般可选用直径60mm左右，喷浆管可选用直径25mm左右，喷浆管根数一般可用24个，均匀布置。4.4.10膨润土在使用前应测定其胶质价。4.4.11为防止在下沉过程中发生流砂现象，应采取措施稳定土层，从改变水头梯度的大小或方向着手。1）减少水头梯度的
13、大小，改变的条件，式中为临界水头梯度，为土的浮容重，为水的密度，从而稳定土层，具体做法是沉井排水下沉时，如发生流砂现象应向井内灌水，以减少水头梯度，破坏产生流砂现象的条件。2）改变水头梯度的方向使土层稳定，当动水压力向上，对土就产生浮托力，使土颗粒处于悬浮状态，土就容易失去稳定，在井内抽水时砂应会随水流入井内，可采用喷射井点，加大降水的深度。4.4.12沉井在下沉过程中，如发现有中心偏移或倾斜情况时，必须立即纠正。如中线位置向一侧偏移，可先沿这一侧刃脚周围挖土，使这一侧继续下沉，造成适当的刃脚高差，然后纠正高差，使两侧刃脚恢复同一水平上，一次不行，可重复几次，直至纠回为止。4.4.13当沉井入
14、土深度未超过最小边的1.52倍时，可将沉井较高的一边刃脚旁的土，顺水平和垂直方向削去一部分，而较低一边刃脚的土保持不动，使较高的一边逐渐下落，至纠正高差为止。4.4.14在沉井下沉后期发生偏差，纠偏时，在刃脚高的一边多掏土，低的一边少掏或不掏，两边掏挖高差应以刃脚高差决定，这样沉井下沉时，高差即可消除。4.4.15沉井的下沉方向应铅直及位置正确，每下沉一米，即应检查一次，同时记录下沉深度及有关情况。4.5封底施工4.5.1当基底涌水量不大，地基稳定时采用干封底，为了减少水压对封底砼的作用，应在封底砼中设置集水井，并不断抽水，待砼强度达到设计强度后，方可封住集水井。4.5.2沉井封底砼强度达到设
15、计强度的50%后，方可浇筑沉井底板。4.5.3沉井沉到设计标高时应检查基底情况，鉴定是否满足设计要求，如地基检验合格，方可封底，封底前应在地基上铺以碎石到刃尖以上20cm外，并应先沿刃脚周边在其下以碎石填实。4.5.4为防止底板渗漏，封底施工时应将井底地下水引流集中排除，浇筑时在底板下埋置一个潜水泵，外接泄水钢管，对于泄水钢管外边应焊好止水片，管外表面油、泥等要清除干净。底板范围内井壁砼表面凿毛、清洗质量要保证。4.5.5要事先进行抗浮验算，达到抗浮要求后才可封堵底板泄水管孔和关闭降水井点。4.5.6在沉井封底完成后，结合顶管所要求的后背土体加固，及时用水泥砂浆等材料将井周触变泥浆置换。4.5.7如土层不稳定，沉井下沉过速易歪斜时，可采用垂直导管法浇筑水下砼进行封底。4.6质量标准4.6.1沉井的制作质量见表2。沉井的制作质量 表2序号项 目强度与允许偏差1砼抗压强度必须符合GBJ107-87的规定2砼抗渗强度必须符合GBJ82规定3沉井长、宽504沉井高度505沉井壁厚156两对角线长度差757垂直度0.25%H，且不大于258平整度59麻面1%4.6.2沉井下沉质量见表3。沉井下沉质量
