顶管与沉井施工.ppt
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1、厦门昊泰通信工程有限公司厦门昊泰通信工程有限公司顶管与沉井施工沉井施工一、概述沉井是修筑深基础和地下构筑物的一种施工工艺。施工时先在地面或基坑内制作开口的钢筋混凝土井身,待其达到规定强度后,在井身内部分层挖土运出,随着挖土和土面的降低,沉井井身藉其自重或在其他措施协助下克服与土壁间的摩阻力和刃脚反力,不断下沉,直至设计标高就位,然后进行封底。沉井施工工艺的优点是:可在场地狭窄情况下施工较深(可达50余米)的地下工程,且对周围环境影响较小;可在地质、水文条件复杂地区施工;施工不需复杂的机具设备;与大开挖相比,可减少挖、运和回填的土方量。其缺点是施工工序较多;技术要求高、质量控制难。沉井工艺一般适
2、用于工业建筑的深坑(料坑、铁皮坑、翻车机室等)、设备基础、水泵房、桥墩、顶管的工作井、深地下室、取水口等工程施工。二、沉井类型沉井类型很多,按材料分,有混凝土、钢筋混凝土、砖石等,但应用最多的还是钢筋混凝土沉井。按平面形状分,有圆形、方形、矩形、多边形、多孔形等,主要取决于其用途。由于圆形沉井受力性能好、易于控制下沉,应用最多。沉井的剖面,有圆筒形、锥形、阶梯形等。为减少下沉摩阻力,井壁在刃脚外缘处常缩进2030mm,呈圆柱带台阶形,井壁表面呈1/1000的坡度。图2-1 沉井平面及剖面形式(a)平面形式;(b)竖剖面形式1-圆形;2-方形;3-矩形;4-多边形;5-多孔形;6-圆柱形;7-圆
3、柱带台阶形;8-圆锥形;9-阶梯形三、沉井制作与下沉 1施工准备工作 沉井施工前的准备工作,除去常规的场地平整;修建临时设施;水、电、风等动力供应外,着重作好下述工作:(1)地质勘察 在沉井施工处需进行钻探,钻孔设在井外,距外井壁距离宜大于2m,需有一定数量和深度的钻孔,以提供土层变化、地下水位、地下障碍物及有无承压水等情况,对各土层要提供详细的物理力学指标,为制订施工方案提供技术依据。(2)编制施工方案 施工方案是指导沉井施工的核心技术文件,要根据沉井结构特点、地质水文条件、已有的施工设备和过去的施工经验,经过详细的技术、经济比较,编制出技术上先进、经济上合理的切实可行的施工方案。在方案中要
4、重点解决沉井制作、下沉、封底等技术措施及保证质量的技术措施,对可能遇到的间题和解决措施要做到心中有数。(3)布设测量控制网 事先要设置测量控制网和水准基点,用于定位放线、沉井制作和下沉的依据。如附近存在建(构)筑物等,要设沉降观测点,以便施工沉井时定期进行沉降观测。2沉井制作沉井的施工程序为:平整场地测量放线开挖基坑铺砂垫层和垫木或砌刃脚砖座沉井浇筑布设降水井点或挖排水沟、集水井抽出垫木沉井下沉封底浇筑底板混凝土施工内隔墙、梁、板、顶板及辅助设施。(1)刃脚支设沉井下部为刃脚,其支设方式取决于沉井重量、施工荷载和地基承载力。常用的方法有垫架法、砖砌垫座和土模。在软弱地基上浇筑较重的沉井,常用垫
5、架法(图3-1a)。垫架的作用是将 上部沉井重量均匀传给地基,使沉井井身浇筑过程中不会产生过大不均匀沉降,使刃脚和井身产生裂缝而破坏;使井身保持垂直;便于拆除模板和支撑。采用垫架法施工时,应计算井身一次浇筑高度,使其不超过地耐力,其下砂垫层厚度亦需计算确定。直径(或边长)不超过8m的较小的沉井,土质较好时可采用砖垫座(图3-1b),砖垫座沿周长分成68段,中间留20mm空隙,以便拆除,砖垫座内壁用水泥砂浆抹面。对重量轻的小型沉井,土质较好时,甚至可用土胎模(图3-1c),土胎模内壁亦用水泥砂浆抹面。刃脚支设用得较多的是垫架法。采用垫架法时,先在刃脚处铺设砂垫层,再在其上铺枕木和垫架,枕木常用断
6、面16cm22cm,垫架数量根据第一节沉井的重量和地基(或砂垫层)的容许承载力计算确定,间距一般为0.51.0m。垫架应对称,一般先设8组定位垫架,每组由23个垫架组成。矩形沉井多设4组定位垫架,其位置在距长边两端0.15L处(L为长边边长),在其中间支设一般垫架,垫架应垂直井壁。圆形沉井垫架应沿刃脚圆弧对准圆心铺设。在枕木上支设刃脚和井壁模板。枕木应使顶面在同一水平面上,用水准仪找平,高差宜不超过10mm,在枕木间用砂填实,枕心中心应与刃脚中心线重合。如地基承载力较低,经计算垫架需要量较多时,应在枕木下设砂垫层,将沉井重量扩散到更大面积上。图3-1沉井刃脚支设(a)垫架法;(b)砖垫座法;(
7、c)土胎模法1-刃脚;2-砂垫层;3-枕木;4-垫架;5-模板;6-砖垫座;7-水泥砂浆抹面;8-刷隔离层;9-土胎模(2)井壁制作沉井制作可在修建构筑物的地面上进行,亦可在基坑中进行,如在水中施工还可在人工筑岛上进行。应用较多的是在基坑中制作。沉井施工有下列几种方式:一次制作、一次下沉;分节制作、一次下沉;分节制作、分节下沉(制作与下沉交替进行)。如沉井过高,下沉时易倾斜,宜分节制作、分节下沉。沉井分节制作的高度,应保证其稳定性并能使其顺利下沉。采用分节制作、一次下沉时,制作高度不宜大于沉井短边或直径,总高度超过12m时,需有可靠的计算依据和采取确保稳定的措施。分节下沉的沉井接高前,应进行稳
8、定性计算,如不符合要求,可根据计算结果采取井内留土、填砂(土)、灌水等稳定措施。井壁模板可用组合式定型模板(图3-2),高度大的沉井亦可用滑模浇筑。分节制作时,水平接缝需做成凸凹型,以利防水。如沉井内有隔墙,隔墙底面比刃脚高,与井壁同时浇筑时需在隔墙下立排架或用砂堤支设隔墙底模。隔墙、横梁底面与刃脚底面的距离以500mm左右为宜。钢筋由人工绑扎,亦可在沉井近处地面上预制成钢筋骨架或网片;用起重机进行大块安装。混凝土浇筑可用塔式起重机或履带式起重机吊运混凝土吊斗,沿沉井周围均匀、分层浇筑;亦可用混凝土泵车分层浇筑,每层厚不超过300mm。沉井浇筑宜对称、均匀地分层浇筑,避免造成不均匀沉降使沉井倾
9、斜。每节沉井应一次连续浇筑完成,下节沉井的混凝土强度达到70%后才允许浇筑上节沉井的混凝土。图3-2 沉井井壁钢模板支设1-下一节沉井;2-预埋悬挑钢脚手铁件;3-组合式定型钢模板;4-28钢楞;5-对立螺栓;6-1003止水片;7-木垫块;8-顶撑木;9-钢管脚手架3沉井下沉(1)下沉验算沉井下沉前应进行混凝土强度检查、外观检查。并根据规范要求,对各种形式的沉井在施工阶段应进行结构强度计算、下沉验算和抗浮验算。沉井下沉时,第一节混凝土强度达到设计强度,其余各节应达到设计强度的70%。沉井下沉,其自重必须克服井壁与土间的摩阻力和刃脚、隔墙、横梁下的反力,采取不排水下沉时尚需克服水的浮力。因此,
10、为使沉井能顺利下沉,应进行分阶段下沉系数的计算,作为确定下沉施工方法和采取技术措施的依据。下沉系数(图3-3)按下式计算:图3-3 沉井下沉系数计算简图(a)下沉时力系平衡图;(b)下沉摩阻力计算简图k0=(GB)/Tf式中 G井体自重;B下沉过程中地下水的浮力;Tf井壁总摩阻力;k0下沉系数,宜为1.051.25,位于淤泥质土中的沉井取小值,位于其他土层中取大值。井壁摩阻力可参考表2-1。井壁摩阻力 表2-1土的种类井壁摩阻力(kN/m2)流塑状粘性土1015软塑及可塑状粘性土 1225粉砂和粉性土1525砂卵石17.729.4泥浆套35当下沉系数较大,或在软弱土层中下沉,沉井有可能发生突沉
11、时,除在挖土时采取措施外,宜在沉井中加设或利用已有的隔墙或横梁等作防止突沉的措施,并按下式验算下沉稳定性:式中 R沉井刃脚、隔墙和横梁下地基土反力之和;k0沉井下沉过程中的下沉稳定系数,取0.80.9。当下沉系数不能满足要求时,可在基坑中制作,减少下沉深度;或在井壁顶部堆放钢、铁、砂石等材料以增加附加荷重;或在井壁与土壁间注入触变泥浆,以减少下沉摩阻力等措施。(2)垫架、排架拆除大型沉井应待混凝土达到设计强度的100%始可拆除垫架(枕木、砖垫座),拆除时应分组、依次、对称、同步地进行。抽除次序是:圆形沉井先抽除一般承垫架,后拆除定位垫架,矩形沉井先抽除内隔墙下垫架,再分组对称抽除外墙两短边下的
12、垫架,然后抽除长边下一般垫架,最后同时抽除定位垫架。抽除时先将枕木底部的土挖去,利用绞磨或推土机的牵引将枕木抽出。每抽出一根枕木,刃脚下应立即用砂填实。抽除时应加强观测,注意沉井下沉是否均匀。隔墙下排架拆除后的空穴部分用草袋装砂回填。(3)井壁孔洞处理沉井壁上有时留有与地下通道、地沟、进水口、管道等连接的孔洞,为避免沉井下沉时地下水和泥土涌入,也为避免沉井各处重量不均,使重心偏移,易造成沉井下沉时倾斜,所以在下沉前必须进行处理。对较大孔洞,在沉井制作时在洞口预埋钢框、螺栓,用钢板、方木封闭,中填与空洞混凝土重量相等的砂石或铁块配重(图2-4a、b)。对进水窗则采取一次做好,内侧用钢板封闭(图2
13、-4c)。沉井封底后拆除封闭钢板、挡木等。图2-4 沉井井壁堵孔构造(a)大廊道口堵孔;(b)管道孔洞堵孔;(c)进水窗堵孔1-沉井井壁;2-50mm厚木板;3-枕木;4-槽钢内夹枕木;5-螺栓;6-配重;7-10mm厚钢板;8-槽钢;9-100mm100mm方木;10-50mm100mm方木;11-橡皮垫;12-砂砾;13-钢筋箅子;14-5mm孔钢丝网;15-钢百叶窗;16-15mm孔钢丝网;17-砂;18-510mm粒径砂卵石;19-1560mm粒径卵石4沉井下沉施工常遇问题和预防处理方法 a.下沉困难(沉井被搁置或悬挂,下沉极慢或不下沉)下沉困难(沉井被搁置或悬挂,下沉极慢或不下沉)1
14、井壁与土壁间的摩阻力过大;2沉井自重不够,下沉系数过小;3遇有地下管道、树根等障碍物;4遇流砂、管涌。1继续浇筑混凝土增加重量,在井顶均匀加铁块或其他荷重;2挖除刃脚下的土,或在井内继续进行第二层碗形破土;用小型药包爆破振动,但刃脚下挖空宜小,药量不宜大于0.1kg,刃脚应用草垫等防护;3不排水下沉改为排水下沉,以减少浮力;4在井外壁装置射水管冲刷井周围土,减少摩阻力;射水管亦可埋于井壁混凝土内,此法仅适用于砂及砂类土;5在井壁与土间灌入触变泥浆或黄土,降低摩阻力,泥浆槽距刃脚高度不宜小于3m6清除障碍物;控制流砂、管涌。b.下沉过快(沉井下沉速度超过挖土速度,出现异常情况)下沉过快(沉井下沉
15、速度超过挖土速度,出现异常情况)1遇软弱土层,土的耐压强度小,使下沉速度超过挖土速度;2长期抽水或因砂的流动,使井壁与土间摩阻力减小;3沉井外部土体液化。1可用木垛在定位垫架处给以支承,并重新调整挖土,在刃脚下不挖或部分不挖土;2将排水法下沉改为不排水法下沉,增加浮力;3在沉井外壁间填粗糙材料,或将井筒外的土夯实,加大摩阻力,如沉井外部的土液化发生虚坑时,可填碎石处理;4减少每一节筒身高度,减轻沉井重量。c.突沉(沉井下沉失去控制,出现突然下沉的现象)突沉(沉井下沉失去控制,出现突然下沉的现象)1挖土不注意,将锅底挖得太深,沉井暂时被外壁摩阻力和刃脚托住使处于相对稳定状态,当继续挖土时,土壁摩
16、阻力达极限值,井壁阻力因土的触变性而突然下降,发生突沉;2流砂大量涌入井内。1适当加大下沉系数,可沿并壁注一定的水,减少与井壁的摩阻力;2控制挖土,锅底不要挖太深;刃脚下避免掏空过多;3在沉井梁中设置一定数量的支撑,以承受一部分土反力;4控制流砂现象发生。d.倾斜(沉井垂直度出现歪斜,超过允许限度)倾斜(沉井垂直度出现歪斜,超过允许限度)1沉井刃脚下的土软、硬不均;2没有对称地抽除垫木或没有及时回填夯实;井外四周的回填土夯实不均;3没有均匀挖土,使井内土面高差悬殊;4刃脚下掏空过多,沉井突然下沉,易于产生倾斜;5刃脚一侧被障碍物搁住,未及时发现和处理;6排水开挖时,井内一侧涌砂;7井外弃土或堆
17、物,井上附加荷重分布不均,造成对井壁的偏压。1加强沉井过程中的观测和资料分析,发现倾斜要及时纠正;2分区、依次、对称、同步地抽除垫木,及时用砂或砂砾填夯实;3在刃脚高的一侧加强取土,低的一侧少挖土或不挖土,待正位后再均匀分层取土;4在刃脚较低的一侧适当回填砂石或石块,延缓下沉速度;5在井外深挖倾斜反面的土方,回填到倾斜一面,增加倾斜面的摩阻力;6不排水下沉,在靠近刃脚低的一侧适当回填砂石;在井外射水或开挖,增加偏心压载,以及施加水平外力等措施。e.偏移(沉井轴线与设计轴线不重合,产生一定的位移)偏移(沉井轴线与设计轴线不重合,产生一定的位移)1大多由于倾斜引起的,当发生倾斜和纠正倾斜时,井身常
18、向倾斜一侧下部产生一个较大的压力,因而伴随产生一定位移,位移大小,随土质情况及向一边倾斜的次数而定;2测量定位差错。1控制沉井不再向偏移方向倾斜;2有意使沉井向偏位的相反方向倾斜,当几次倾斜纠正后,即可恢复到正确位置或有意使沉井向偏位的一方倾斜,然后沿倾斜方向下沉直至刃脚处中心线与设计中线位置相吻合或接近时,再将倾斜纠正;3加强测量的检查复核工作。f.遇障碍物(沉井被地下障碍物搁置或卡住,出现不能下沉的现象)遇障碍物(沉井被地下障碍物搁置或卡住,出现不能下沉的现象)沉井下沉局部遇孤石、大块卵石、地下沟道、圬工、管线、钢筋、树根等,造成沉井搁置、悬挂,难以下沉。1遇较小孤石,可将四周土掏空后取出
19、;较大孤石或大块石、地下沟道、圬工等,可用风动工具或用松动爆破方法破碎成小块取出,炮孔距刃脚不少于50cm,其方向须与刃脚斜面平行,药量不得超过200g,并设钢板防护,不得用裸露爆破;钢管、钢筋、树根等可用氧气烧断后取出;2不排水下沉,爆破孤石,除打眼爆破外,亦可用射水管在孤石下面掏洞,装药破碎吊出。g.遇硬质土层(沉井破土遇坚硬土层,难以开挖下沉)遇硬质土层(沉井破土遇坚硬土层,难以开挖下沉)遇厚薄不等的黄砂胶结层、姜结石,质地坚硬,用常规方法开挖困难,使下沉缓慢。1排水下沉时,以人力用铁钎打人土中向上撬动,取出或用铁镐、锄开挖,必要时打炮孔爆破成碎块;2不排水下沉时,用重型抓斗、射水管和水
20、中爆破联合作业,先在井内用抓斗挖2m深锅底坑,由潜水工用射水管在坑底向四角方向距刃脚边2m冲4个400mm深的炮孔,各用200g炸药进行爆破,余留部分用射水管冲掉,再用抓斗抓出。h.封底遇倾斜岩层(下沉到设计深度后遇倾斜岩层,造成封底困难)封底遇倾斜岩层(下沉到设计深度后遇倾斜岩层,造成封底困难)地质构造不均,沉井刃脚部分落在岩层上,部分落在较软土层上,封底后易造成沉井下沉不均,产生倾斜。应使沉井大部分落在岩层上,其余未到岩层部分,如土层稳定不向内崩坍,可进行封底工作;若井外土易向内坍,则可不排水,由潜水工一面挖土,一面以装有水泥砂浆或混凝土的麻袋堵塞缺口,堵完后再清除浮渣,进行封底。井底岩层
21、的倾斜面,应适当做成台阶。i.遇流砂(井外土粉砂涌入井内的现象,造成沉井突沉、偏斜或下沉遇流砂(井外土粉砂涌入井内的现象,造成沉井突沉、偏斜或下沉过慢或不下沉等现象)过慢或不下沉等现象)1井内锅底开挖过深,井外松散土涌入井内;2井内表面排水后,井外地下水动水压力把土压入井内;3爆破处理障碍物,井外土受振进入井内;4挖土深超过地下水位0.5m以上。1采用排水法下沉,水头宜控制在1.52.0m;2挖土避免在刃脚下掏挖,以防流砂大量涌入,中间挖土也不宜挖成锅底形;3穿过流砂层应快速,最好加荷,如抛大块石增加土的压重,使沉井刃脚切入土层;4采用深井或井点降低地下水位,防止井内流淤;深井宜安置在井外,井
22、点则可设置在井外或井内;5采用不排水法下沉沉井,保持井内水位高于井外水位,以避免流砂涌入。j.超沉(沉井下沉超过设计要求的深度)超沉(沉井下沉超过设计要求的深度)1沉井下沉至最后阶段,未进行标高观测;2下沉接近设计深度,未放慢挖土下沉的速度;3遇软土层或流砂,使下沉失去控制。1沉井至设计标高,应加强观测;2在井壁底梁交接处设置承台(砌砖),在其上面铺方木,使梁底压在方木上,以防过大下沉;3沉井下沉至距设计标高0.1m时,停止挖土和井内抽水,使其完全靠自重下沉至设计标高或接近设计标高;4避免涌砂发生。顶管施工一、概述 顶管施工是继盾构施工之后发展起来的一种土层地下工程施工方法,主要用于地下进水管
23、、排水管、煤气管、电讯电缆管的施工。它不需要开挖面层,并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等,是一种非开挖的敷设地下管道的施工方法。地下管线的非开挖施工法主要内容包括:地下管线的铺设、更换和修复。顶管施工技术近年来在我国发展迅猛。市政工程中采用顶管施工可以将作业面移入地下,从而避免了对地面交通的影响。只要施工前选线合理,施工方法恰当,构筑物并不妨碍施工的正常进行。本次就顶管施工工艺作简要阐述,并展望以后顶管法日渐成熟,可成为市政建设中的一种常用工艺。顶管施工具体涉及到电力电缆管道、通信电缆管道、给排水管道、煤气管道等各系统的管道工程。具体工艺就是在管线的一端做一
24、个工作井,另一端做一个接收井;然后将顶管机安装在工作井内,借助工作井后座主顶油缸及管道间中继环等的推力,把顶管机及紧随其后的管道从工作井穿越土层一直推到接收井内,最后在接收井内将顶管机吊起。这样就完成了整个管道的铺设。非开挖施工工法1 顶管施工的基本原理顶管施工的基本原理 先在工作坑内设置支座和安装液压千斤顶,借助先在工作坑内设置支座和安装液压千斤顶,借助主顶油缸及管道间中继间等的推力,把工具管或掘进主顶油缸及管道间中继间等的推力,把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内吊起,与此机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内吊起,与此同时,紧随工具管或掘进机后面,将预制的管段顶入同时,紧随工
25、具管或掘进机后面,将预制的管段顶入地层。地层。边边顶进,顶进,边边开挖地层,开挖地层,边边将管段接长的管道埋设方法。将管段接长的管道埋设方法。施工时,先制作顶管工作井及接收井,作为一段顶管施工时,先制作顶管工作井及接收井,作为一段顶管的起点和终点,工作井中有一面或两面井壁设有预留孔,的起点和终点,工作井中有一面或两面井壁设有预留孔,作为顶管出口,其对面井壁是承压壁,承压壁前侧安装作为顶管出口,其对面井壁是承压壁,承压壁前侧安装有顶管的千斤顶和承压垫板(即钢后靠),千斤顶将工有顶管的千斤顶和承压垫板(即钢后靠),千斤顶将工具管顶出工作井预留孔,而后以工具管为先导,逐节将具管顶出工作井预留孔,而后
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