市政工程顶管工作井预制及下沉施工方案.docx

工作井预制及下沉施工方案
工作井预制及下沉施工程序如下：
施工准备 场地平整 井位放线 开挖浅基坑 砂垫层和素混凝土垫层 沉井制作 布置降水井点或排水沟、集水井 挖土下沉 浇注底板混凝土 施工其它辅助设施。
1. 工作井预制
1.1 工作井浅基坑开挖
首先测量放线，基底开挖尺寸比工作井外廓大1.5m，四周边坡按
1：0.5放坡。为了减少沉井深度，先将基坑开挖至自然地面以下2.8m，基坑坡顶周围平整场地，以利排水。
1.2工作井制作高度的确定
工作井采用钢筋混凝土沉井的方式。根据工程实际情况，拟定工作井采取三次浇筑混凝土，二次下沉的施工方法，本方案以4-1工作井为例叙述。
4-1工作井为圆形钢筋混凝土结构，内径为14.0m，壁厚1000㎜，下沉深度15.32m。考虑到满足D3520防水钢套管安装的稳定性，拟定第一次浇筑套管以下3660㎜刃脚部分，再浇筑至套管以上1.0m（高度4.96m），待刃脚部分混凝土强度达到100%，第二次浇筑混凝土强度达到70%以后，即可开始沉井，沉井深度5.82m。第一次沉井到位以后浇筑上部6.7m钢筋混凝土，待混凝土强度达到70%再进行第二次沉井，沉井深度6.7m，最后沉井深度达到15.32m。要使沉井在自重下顺利下沉，其下沉系数K应大于1.15，可按下式计算：
K=（Q－B）/｛L（H－2.5）ƒ＋R｝≥1.15
式中：Q—沉井自重及附加荷重（KN）；
B—被井壁排除的水重（KN），当采取排水下沉时，B=0；
H—沉井下沉深度（m）；
L—沉井外部周长（m）；
2.5—按摩擦力在深5m时达到最大值，5m以下保持常值；
ƒ—单位面积摩擦力的平均值（KN/㎡）,对粒性土为25～50；
R—刃脚反力（KN）,当挖空时R=0,
本沉井工程分三次浇筑混凝土，两次沉井，高度分别为8.6m、6.7m，其混凝土量分别为384m³和316m³（钢筋分别为54t和42t），
取B=0, R=0 ， ƒ=kN/25㎡,则
第一节：K1=（384×24+540）/｛3.14×16（8.62－2.5）×25｝=1.29
第二节：K2=（700×24+960）/｛3.14×16（15.32－2.5）×25｝
=1.11
从以上计算数据来看，第二节沉井下沉系数略微不足，采取触变泥浆减阻措施，即可滿足沉井下沉要求。
1.3.模板制安
（1）刃脚模板支设
工作井井壁厚，重量大，必须做好刃脚模板支设的基础，即在夯实整平地基上铺300㎜厚石粉碴，并用振动夯夯实，浇筑厚100㎜的C10混凝土，待其达到一定强度以后方可进行刃脚模板支设。采用垫架法支模方案，首先根据设计施工图，将刃脚斜面制作成400㎜宽的定型木模板，模板安装以后采用100×100m立档木方加固，并用对拉螺栓拉紧，刃脚斜模板与立档木方之间用100×50㎜木方斜撑，详见附图4.1-1《刃脚模板支设示意图》。
（2）井壁模板安装
本标段有四个工作井，其中两个圆形和两个方形。
① 方形工作井井壁侧模采用20厚184×92㎝的木模板，立档采用50×100mm木方加固，间距450mm，横档采用脚手架钢管加固，间距450mm。
② 圆形工作井井壁内侧模采用20厚184×40㎝的木模板，外侧模采用20厚184×92㎝的木模板。立档采用100×100mm木方加固，间距450mm，横档采用成型钢筋加固，4-1工作井外侧横档用Φ20钢筋，搭接处焊接，内侧横档用Φ32钢筋，间距均为450mm。4-2工作井外侧横档用Φ22钢筋，内侧横档采用Φ28、Φ22钢筋，间距均为450mm。
③ 采用Ф14mm圆钢筋制作对拉螺栓，间距为450×450mm，对拉螺栓圆钢筋机械性能要符合要求，为了防止对拉螺栓滑丝胀模，可采用双螺帽紧固。4-1工作井第二、三次井壁混凝土的下半部采用Ф16mm圆钢筋制作对拉螺栓。
④ 工作井防水钢套管按测设的中心线和高程准确安装。为了保证安装精度，当刃脚混凝土浇筑以后，用角钢焊接防水钢套管安装基座。
⑤ 固定在模板上预埋件和预留孔洞不得遗漏，安装必须牢固，位置准确。
（3）质量检验
① 所有的模板及支撑必须保证结构的形状，具有足够的强度和稳定性。模板表面平整、接缝严密、不漏浆；
② 模板安装的允许误差，应符合如下规定：

项 目
允许偏差（mm）
轴线位置
5
截面内
部尺寸
底板、基础
＋10
墙、墩
±5
相邻两板表面高差
2
底模上表面标高
±5
底层
垂直
全高不大干5米
6
全高大于5米
8
1.4钢筋制作与安装
（1）钢筋加工要做到除锈、调直后再切断。钢筋弯曲成型时，要根据不同的弯曲角度和相应的调整值用石笔划出各弯曲点位置再弯曲成型，弯曲成型后的允许偏差为：全长±10mm，弯起钢筋起弯点位移20mm，弯起钢筋的弯起高度±5mm，箍筋边长±5mm。
（2）钢筋安装之前，应检查钢筋加工的品种、规格及加工后几何
尺寸是否符合设计和施工规范的要求。
（3）钢筋搭接尽量采用焊接方式，井壁水平钢筋采用电弧焊连接，焊缝长度：对单面焊为10d，双面焊为5d。井壁竖向钢筋采用电渣压力焊。要按《钢筋焊接及验收规程》（JGJ18）的规定对钢筋接头的外观质量进行检查，并由监理见证取样作力学性能检验，其质量应符合有关规程的规定。
（4）根据工作井刃脚垫层上测设的轴线，先用墨斗线弹出刃脚边线，再用石笔画出受力钢筋的位置，以保证钢筋绑扎的几何尺寸。
（5）双向主筋的钢筋网相交点应全部扎牢。绑扎时应注意相邻绑扎点的铁丝扣要成八字形，以免钢筋网歪斜变形。
（6）井壁、底板受力钢筋混凝土保护层50㎜。
（7）钢筋搭接长度：在受拉区，Ⅰ级钢筋为30d，Ⅱ级钢筋为42d，不小于300mm；在受压区，Ⅰ级钢筋为26d，Ⅱ级钢筋为36d。受力钢筋的绑扎接头位置应相互错开，在受力钢筋直径30倍且不小于500mm的区段范围内绑扎，接头受力钢筋截面面积占受力钢筋总截面面积的百分率：受压区不得超过50%，受拉区不得超过25%。
（8） 质量检验
① 钢筋的接头位置和搭接长度是否符合规定；
② 检查钢筋的保护层是否符合要求；
③ 检查钢筋绑扎是否牢固，有无松动、变形现象；
④ 钢筋安装位置和保护层的允许偏差如下表：

项 目
允 许 偏 差（mm）
受力钢筋间距
±10
分布钢筋间距
±20
箍筋间距
±20
受力钢筋排距
±5
钢筋弯起点位移
20
绑扎钢筋网（网眼尺寸）
±20

受力钢筋
保护层
底板、基础、厚墙
±10
梁、柱
±5
板
±3
1.5混凝土浇筑
（1）混凝土强度必须符合设计要求，即所有垫层为C10，顶管工作井底板、侧墙为C30，抗渗标号为W6。其所用原材料必须符合施工规范要求。
（2）本工程全部采用商品混凝土，使用汽车混凝土输送泵车浇筑，混凝土分层分段浇筑，每层浇筑厚度不得大于75㎝，每段间浇筑长度控制在2～3米。每层浇筑混凝土允许间隔时间：20～30ºC时，普通硅酸盐水泥90 分钟，矿渣硅酸盐水泥120 分钟。
（3）操作人员应有规则的等距离插入振动棒，并深入下层表面5㎝，以保证砼均匀密实，上下层良好结合。
（4）工作井底板、侧墙厚度1.00～1.20m，混凝土体积大，采取如下防裂技术措施。
①选用水化热较低的水泥；
②选择合适的砼配合比；
③降低混凝土的入模温度；
④加强施工过程中的温度控制：
a. 做好混凝土的保温保湿养护；
b. 采取较长时间养护，规定合理的拆模时间，延缓降温的时间和速度，充分发挥混凝土的“应力松驰效应”；
c. 加强混凝土早期养护，提高早期相应龄期的抗拉强度。
（5）混凝土浇筑现场按规范规定留置混凝土试块。浇筑过程中,定时抽检混凝土坍落度,以保证混凝土强度。
（6）侧墙最大厚度1000mm，浇筑高度8.6m，因泵送砼坍落度大，浇筑时，特别注意减小对模板的侧压力。
（7）侧墙应采取分段分层的浇筑方法，不得进行斜坡式浇筑。
（8）混凝土自高处倾落，其自由倾落高度不宜超过3米，如高度超过3米，采用漏斗、串筒进行浇筑，防止混凝土产生分层离析。
（9）在施工缝处继续浇筑混凝土时，已浇筑的混凝土抗压强度不应小于1.2N/mm²。
（10）在已硬化的混凝土表面上继续浇筑混凝土时，应清除垃圾、水泥薄膜、表面松动砂石和软弱混凝土层，同时还应加以凿毛，用清水冲洗干净并充分湿润，时间间隔一般不宜少于24h，残留在混凝土表面的积水应予清除。
（11）混凝浇筑不允许设置垂直施工缝，在水平施工缝处浇筑混凝土之前，宜先铺上10～15㎝厚的水泥砂浆一层，其配合比与混凝土内的砂浆成分相同。
（12）混凝土浇筑完毕以后，要及时覆盖和洒水养护，养护期不少于14天.
2. 沉井下沉
2.1 沉井下沉测量控制与观测
首先在沉井外的地面上建立十字控制点，并在同侧设置照准后视点，同时，在沉井外壁测设垂直中心线（沿井壁的上下垂线），沉井下沉之前，控制点、后视点、井外壁中心点应处在同一直线上，下沉之后，以控制点和后视点为准，检测沉井的倾斜、位移、扭转。沉井的四个方位均按上述检测程序进行，每次观测以后，提出检测成果交沉井施工人员，以此作为沉井纠偏的依据。
为了保证沉井下沉不倾斜，均匀下沉是关键，所以进行水平观测十分重要。下沉之前，在沉井四个方位的外壁测设水平点，並画以红色标尺，用以观测沉井是否均匀沉降。同时应做好沉井周围路面及构筑物的沉降观测。
根据沉井下沉的速度确定中线和水平观测的次数，正常下沉时，每班应进行1～2次，当倾斜值达50㎜时，要及时进行纠偏处理。发现倾斜严重、快速下沉等异常现象时，要求跟班监测，沉井沉至设计标高而封底以前，2～4小时监测一次。
2.2 沉井下沉
（1）井内排水：各工作井下部位于地下水位以下，拟采用排水方法施工。在井内距刃脚 1.5m左右挖排水明沟，明沟隨沉井下沉而不断加深 ，均布集水井，采用2台污水泵将地下水排出井外，使地下水位始终保持比开挖基底面低0.5m以上，保证井内操作人员正常施工作业。
（2） 挖土下沉：垫层混凝土凿除时要求均匀对称，以减少不均匀下沉，并要求速度快，为此采用风镐对称进行，垫层凿除后，及时在踏面下回填砂土，凿除垫层时要加强垂直度、下沉量观测，发现倾斜立即报告，并采取纠正措施。
沉井采用机械挖掘与人工清理相结合的方法。拟定采用一台W150型挖掘机在井内挖土，从中间开始挖向四周，均匀对称的挖土，每层挖掘深度控制在1.0m左右，刃脚前留1.2m宽度由人工分层、对称、均匀地向刃脚削薄土层，每次削土20㎝，当刃脚前的土层挡不住刃脚的挤压而破裂时，沉井便会在自重作用下破土下沉。人工削土时，应沿刃脚全面、分层、对称地进行，并做到边挖边清理。
土方吊运采用25T汽车式起重机。挖掘机将井内土方装于预先制作的钢制吊斗内，然后用汽车式起重机吊至井外，采用自卸汽车运至弃碴场。在吊运过程中，吊斗要偏离井下挖土机械，吊斗下严禁站人，确保交叉作业安全。
2.3 沉井下沉过程中的纠偏和预防
（1）倾斜：倾斜一般在初沉或入土不深时发生，所以纠偏也
应在入土不深时完成，若入土一定深度还未完成纠偏，沉井下沉就难以纠偏了。若沉井已经倾斜，可采取在刃脚高的一方加强挖土，而在较低的一方适当回填砂石，可使偏斜得到纠正。如果是阻力不均产生的倾斜，可在阻力较大的一方局部偏心压载，使倾斜得到纠正。本沉井外壁与刃脚平齐，要充分考虑土体摸擦力对沉井下沉的影响。
（2）水平位移：位移产生多由于倾斜导致的，要求尽量保持沉井基本垂直下沉，避免过多的纠偏。位移纠正措施一般是有意使沉井向位移相反的方向倾斜，再沿倾斜方向下沉，至刃脚中心与设计中心位置吻合时，再纠正倾斜。
（3）扭转：沉井下沉产生扭转的原因是多次不同方向倾斜和位移的复合作用引起的，可按上述纠正位移、倾斜方法先纠正位移，然后纠正倾斜，使偏差在允许范围以内。
（4）沉井不沉或超沉的预防：沉井不沉的原因有：沉井倾斜严重、土质异常和下沉系数不足，为此，在沉井下沉过程中，应严格监测，及时纠偏，确保沉井的正常下沉，防止倾斜严重而无法下沉。若遇土质异常，应分析原因，研究方案，采取措施确保顺利下沉。当下沉系数不足时，可采取触变泥浆减阻措施，沉井预制时，于井壁内预埋注压膨润泥浆管，采用注浆润滑可减少井壁与土层之间的摩擦阻力，保证沉井顺利下沉。
当沉井下沉接近设计标高时，为防止超沉，应控制好挖土速度和挖土量，以降低下沉速度。距设计标高0.3m时应停止挖土，并采用加载下沉使之达到设计标高，达到设计标高后，及时卸载防止超沉。
2.4 沉井封底及底板浇筑
当沉井下沉到位稳定后，根据设计施工图要求，及时封底并浇筑混凝土。
本工程采取排水封底方案，分两步进行。第一步进行土形整理，使之呈锅底形，自刃脚向中心挖放射形排水沟，填以石子做成滤水暗沟，在中部设2个集水井，井深1.5m，插入直径0.8m、周围有孔的钢套管，四周填以卵石，使井底的水都汇集到集水井中，用潜水泵排出，使地下水位保持低于井底面30～50㎝。刃脚混凝土凿毛处应洗刷干净，然后，在井底对称均匀浇筑一层混凝土垫层，强度达到30%后，绑扎钢筋，浇筑上层防水混凝土底板。混凝土浇筑应在整个沉井底板范围内分层由四周向中央进行，每层厚40～50㎝，并捣固密实。在封底的集水井中应不间断地抽水，待底板混凝土达到70%设计强度后，进行第二步操作，对集水井逐个停止抽水，逐个进行封堵，方法是在抽除井筒水后，立即向滤水井筒中灌入C30早强干硬性混凝土，装上法兰，使之与底板一平，详见附图4.1-1《封底构造与方法》。