高地下水位强流沙层沉箱法施工排水新技术.pdf

厂前区肓沟上层为 0 ． 2 m混凝土，中层为 0 ． a m级配 碎石 ，下层为砂壤土，其间夹着杂填土，含大孤石、钢 管、钢筋 ；开关站盲沟上层为 0 ． 0 3 m沥青混凝土，中层 为0 ． 3 m级配碎石，下层为砂壤土。排水盲沟总长 4 6 0 m， 开挖深度 为 2 ． O ～3 ． 2 m。 2 ． 2 排水盲沟沉箱法施工提出背景 排水肓沟在开关站及厂前区建筑物内，距建筑物基 础的最近距离小于 1 m，多次穿越 电站消防水及排水管 沟、电缆管沟及廊道。德 国咨询工程师、刚方业主及中 方设计人员、总承包商均要求用轻型井点降水至盲沟设 计底面下 0 ． 5 ～1 ． O m后，用模板支挡分台阶开挖施工。 项 目部技术人员结合工地实情与合同条件研究认为：首 先，如用轻型井点降水法施工，则需从 国内新购降水设 备，并新寻求专业分包 队进场完成降排水工作 ，设备与 专业队伍进点施工成本高，且组织周期长，无法满足合 同 1 0 0天内完成的要求 ；其次 ，盲沟属线性工程，设计 开挖底宽 1 。 2 m，用小模板支挡分台阶开挖，内设支撑 多，施工工效低，且需较大超挖造成成品损坏并增加修 复施工成本；再次，盲沟穿越大量管线且距建筑物基础 近，模板支挡施工速度慢、施工干扰大，难 以确保施工 安全。最终 ，项 目部技术人员提出了应用钢沉箱周转法 施工盲沟新技术，极力说服其他各方，并成功应用于该 工程实践 。 3 沉箱法施工盲沟设计理念与沉箱设计、 制作 3 ． 1 沉箱法施工排水盲沟设计理念 盲沟施工在地下水位以下，为强流沙地层，周边环 境复杂，施工危险性大，且盲沟施工作业 为当地劳务， 技能水平低，安全意识淡薄。针对上述特点和难点，技 术人员借鉴类似地层沉井施工对邻近建筑物影响小，操 作安全、简便，无需特殊专业设备的优点，基于沉井设 计与施工原理创新，提 出了钢沉箱法施工排水盲沟。此 法体现了以人和周边建 ( 构)筑物安全为本的思想 ，在 该工程中应用具有适用、可靠、经济、安全、合理等独 特优点。 3 ． 2沉箱设计、制作 沉箱设计参照沉井下沉与抗浮稳定验算公式，下沉 系数为 1 ． 2 ，抗浮安全系数大于 1 ． 2 ，满足要求；并分别 对沉箱进行了水 ( 土)压力、沉箱壁 内力、沉箱结构、 沉箱刃脚、沉箱起吊吊点、沉箱配重等计算。据计算成 果并结合现场材料、设备资源和使用周转次数高确定用 钢沉箱，钢沉箱强度、刚度、稳定性均满足要求。沉箱 由侧钢板、框架、刃脚、对称横梁与端头堵板组成 。侧 钢板与框架由现场废弃的2 0 t 自卸车箱改装，单个车厢宽 2 ． 4 m，长 7 ． 3 m；刃脚高 0 ． 6 m，用 5 mm厚的钢板和 [ 1 6 土 石 方 与 导 截 流 工 程 霾 槽钢加工，与车厢焊接成沉箱两侧板；对称横梁用 l 6号 工字钢加工，并与两侧板焊接；端头堵板为 5 mm厚的钢 板。沉箱外轮廓尺寸为 1 ． 2 m3 ． O m ( 宽 高) ，长有 3 ． 6 、7 ． 3 m两种规格。为便于沉箱连接，在每个沉箱一 端的两侧板上对称焊接 8 0 mm8 0 mm5 mm 的角钢成 槽形 ，槽 内净 宽 1 ． 2 6 m。沉箱 上 、下底 面 为 敞开 式 ，两 端堵板为可抽拔钢板，以便各段盲沟问花管连接。单个 沉箱重 4 ． 2 ～8 ． 3 t 。为加快沉箱下沉速度 ，单个沉箱附加 7 ． 8 t 配重块，配重块用工地废弃闸门铸铁配重块加工。 沉箱 、配重块在工地加工完成。 4 盲沟施工程序 施 工准备一 路面凿 除一 沉箱 护壁 挖沟槽 一 达到 设计 断面验槽一反滤料填筑与 P VC管安装一沉箱提升一碎石 每回填 0 ． 7 ～O ． 9 m与沉箱提升循环施工至路面结构底高 程一沉箱提出盲沟，至下一施工段一路 面级配碎石 回填 一 路面施工。 5 盲沟施工 方法 排水盲沟分段，由低到高施工。施工过程加强沉降 观测，确保施工安全。 5 ． 1 路面凿除 液压锤破除路面，人工清理装车，堆放指定地点。 5 ． 2 排水槽开挖 ( 1 )沉箱法施工排水盲沟 ，其开挖断面调整见图 2 。 临时排水管 l O mm 图 2 盲 沟横 断面与新增 临时排 水管示意 图 ( 尺寸单位 ：c m) ( 2 )为减小渗水的影响，施工时在断面底部设计线外 增设一根直径为 1 l O mm的 P V C临时排水管，供盲沟施 工 临时排水 ，排 水盲 沟施 工完 成后 封堵 。新 增 临时排 水 管见 图 2 。 ( 3 ) 人工在沉箱内侧开挖，当沉箱沉人地面的深度不 小于 0 ． 5 m后加上沉箱配重块 ，沉箱随开挖同步下沉到盲 水利水 电施工 2 0 1 1 第 3期 总第 1 2 6期 沟设计底高程。开挖面渗水量较小时，直接引排至临时 排水管排除或人工装渣斗内清除；当渗水量较大时 ，则 用水泵配合降水井管超深开挖底面排水。 ( 4 )盲沟开挖由中部到两侧，开挖面保 持对称、均 匀下挖 ；开挖过程控制好沉箱下沉垂直度，加 强高程 监测 。 5 ． 3 反滤料 、碎石及 P YC管施工 沉箱下沉到设计底高程后，起重机移除沉箱配重块， 立即安装临时排水管，在沉箱内开挖面上敷设土工布， 并按设计断面完成反滤料回填与 P VC管安装，用 5 0 t 履 带式起重机或 2 5 t 汽车式起重机提升沉箱 ，然后依次循环 分层回填碎石并提升沉箱，直至盲沟填筑至路面级配石 底 高程 ，然后提出沉箱至下一施工段 。 5 ． 4 路面结构施工 待盲沟施工完成并预沉一段时间后，按设计断面要 求恢复盲沟顶路面结构。 5 ． 5 特 殊部 位 处理 排水盲沟穿越 已建排水沟、电缆廊道及预埋管施工 段，于该段两侧下沉箱施工。在沉箱达到设计底高程后， 进行排水沟、电缆廊道及预埋管沟下部的钢套管穿管断 面开挖施工，然后穿钢套管及 P VC排水管。 为便于 9 O 。 转弯与 “ 丁”字头排水盲沟连接施工，实 际中设计了一个四侧面板均可抽拔 、用钢棒作为铰连接 的沉箱 。 排水盲沟开挖局部杂填土中遇钢管、钢筋、接地扁 铁、大孤石及小电缆钢管的处理：根据钢管、钢筋在沉 箱下部的预埋情况 ，用沉箱刃 口紧压，外力将钢管、钢 筋折断，或用 5 0 t 起重机将其吊出。大孤石用液压锤或錾 子将其破碎清除或起重机吊出。盲沟穿越接地扁铁或小 电缆钢管时，可将接地扁铁或小电缆钢管截断，待盲沟 回填时恢复。 排水盲沟穿越机修间、油处理室与 3 0 k V开关站等建 筑物 ，施工前在建筑角点设监测 点，施工时加强观测 ， 按不均匀沉降不大于 1 5 mm控制。 6 施 工资源配置 成立～支排水盲沟施工队，有中方队长 1人、班组 长 4名 ，刚方劳工 7 2人。施工设备有 2 0 t自卸车 2台， 5 0 t 、2 5 t 起重机各 1台，Z X 2 0 0反铲 2台，3 m。 装载机 2 台，设备均为工地 已有设备；钢沉箱 4 个 ，用工地旧材 料就地制作。 7 钢沉箱法施工效果评价 ( 1 )经济效益。据工地现场施工条件，如采用井点降 水法施工，则至少需从国内新购 3台井点降水设备空运 至现场，专业降水队伍需施工 3 ～5个月 ，同时增加设备 1 2 购置费、运输费及降水施工人员进退场费、劳务工资等， 费用估算需人民币 4 0 0 万元 以上；采用模板支挡法超挖 量大，施工造成更多成品建 ( 构)筑物损坏与二次恢复， 需施工成本人民币 1 0 0万元 以上。现用钢沉箱法施工， 用现场已有设备、废 旧材料及大量本地工人施工，合计 节 约施 工成本人民币 5 0 0万元以上 。 ( 2 )安全方面。用模板支挡法施工 ，支模与开挖相交 叉、干扰大，且支模须在挖到位后进行 ，盲沟侧壁易坍 塌，对作业人员与周边建筑构成较大安全隐患。用钢沉 箱法新技术施工，钢沉箱 刚度大、强度 高、稳定性好 ， 且开挖前沉箱一次就位，人在沉箱内施工安全。盲沟开 挖沉箱下沉同步，盲沟侧壁始终由沉箱传递受力而处于 相对稳定状态 ，不易坍塌，对周围建 ( 构)筑物影响很 小 ，不会产生隐患。 ( 3 )质量方面。盲沟平面位置、尺寸很容易由沉箱外 沿平面尺寸控制，盲沟底高程由沉箱下沉过程外露高度 控制，有利于盲沟开挖断面质量控制；钢沉箱法开挖， 侧壁不容易坍塌，不会对路面结构及周边建筑物造成质 量缺陷，有利于保证工程施工质量。 ( 4 )进度方面。现场实践模板支挡法施工，因其工序 烦琐、干扰大、管理控制要求高、超挖超填工程量 大， 其施工效率仅为钢沉箱法的 5 O 。盲沟用钢沉箱周转法 施工，1名中方员工带 1 5名当地劳务为一组，平均每班 可完成盲沟 1 ． 5 ～2 ． O m；盲沟施工共 4个班组，平均每 天可完成 7 ． O ～1 0 ． O m排水盲沟。排水盲沟共 4 6 0 m，施 工历时约 6 O天，仅为合同工期的 6 o ，较合同工期提前 4 O天 。 8 结束 语 ( 1 )该工程排水盲沟在高地下水位、强流沙地层、复 杂环境条件下施工，通过技术人员独立创新，别出心裁 地运用钢沉箱法施工新技术，保证了施工人员和周边建 ( 构)筑物的安全。 ( 2 )钢沉箱法施工高地下水强流沙层排水盲沟 ，取消 了人工降水施工工序，并使开挖质量易于控制，使施工 过程简易化 、程序化，有利于中方人员施工管理，有利 于在国际工程施工 中劳务本土化 ，在类似工程施 工中 ( 包括流沙地层人工挖孔桩)具有较高的推广使用价值。 ( 3 )排水盲沟沉箱法施工新技术，其技术经济、安 全、快捷、适用、操作简便 ，受到了刚方业主、当地施 工劳务、德国咨询工程师及设计人员的一致好评，彰显 了我国水电发展的技术水平，为我们拓展 国际市场，实 施 “ 走出去”战略创造 了良好的社会效益。 ( 4 )基于沉井法设计与施工原理，将沉箱周转法成功 应用于该工程，解决了国际工程实际难题，并创造 了很 好的效益，充分体现了知识理论灵活运用、举一反 三、 创新思维的无穷魅力和价值。