下沉法排水箱涵构造、制作及施工方法.pdf

2 0 1 4年第 9期 9月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C0N CRE T E AND C EME NT P R 0DUC T S 2 01 4 No 9 S e p t e mb e r 下沉法排水箱涵构造、 制作及施工方法 苏国宏 ， 黎晓林 ， 刘建华 ( 洛阳城市建设勘察设计院有限公司， 4 7 1 0 2 3 ) 摘 要 ： 介绍了下沉 法箱涵的构造 、 结构设计 、 制作方法 ， 并对该类箱涵采用逆作法与沉 井工艺相结合的施 工方法 作 了介 绍 。 关键词 ： 排水箱涵 ； 预制箱涵结构 ； 下沉法； 施 工技 术 Ab s t r a c t ：T h e s t r u c t u r e t h e s t r u c t u r e d e s i g n a n d ma n u f a c n l l le o f b o x c u l v e r t f o r t h e s i n k i n g me t h o d a r e i n t r o d u c e d An d t h r o u g h t h e a n a l y s i s o f t h e f e a s i b i l i t y o f s i n k i n g me t h o d f o r t h e b o x c u l v e r t ，t h e c o n s t r u c t i o n me t h o d o f t o p- d o w n me t h o d c o mb i n e d wi t h p r o c e s s o f o p e n c a i s s o n i s a p p l i e d t o s i n k i n g c o n s t ruc t i o n o f t h e b o x c u l v e r t Ke y wo r ： W a t e r d i s c h a r g e b o x c u l v e r t ； P r e c a s t b o x c u l v e r t ； S i n k i n g me o d ； C o n s t ru c t i o n t e c h n i q u e 中图分 类号： T U 5 2 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 4) 0 9 3 4 0 3 0前 言 我国许多城市 旧城区雨水管道修建标准偏低 ， 近几年 ， 随着极端 天气现象 的加剧 ， 都不 同程度地 出现了内涝现象 ， 甚至造成了严重 的损失 。城市排 水 系统 关 系 到城 市 的安 全 城市 内涝 灾害 问题 日益 受 到有关 部 门 的重视 。 改 造 原有 排水 管 道 。 提 高排 水 能 力是 解 决 旧城 区内涝 问题最常用的方法 但其牵涉面较大 ， 工程 造价高 而且 遇到一些特殊地段 ， 采用常规的明挖 法无法进行施工 。目前 已有研究表 明： 修筑地下蓄 水池不仅有集蓄雨水再利用 的功能 ， 而且对缓解排 水压力 、 解决城市内涝具有重要 的作用。混凝土涵 管可作为蓄水池的重要产品 ， 利用涵管较大 的容积 错峰调蓄作用 ， 延缓出流时间 ， 从而减轻下游排水 管 网的压力 ， 是一种有效解决城市 内涝 的好方法【 】 1 。 本 文介 绍 了一种 采用 下沉 法施 工 的排 水箱 涵 。 1 排水箱 涵 下沉 法施 工的可 行性 改造旧城 区雨水管道受到许多条件的制约， 城 市道路下布满 了各种工程管线 。 除了雨水 、 污水排 水管道外 ， 还 有给水管 、 燃气管 、 热力管 、 通信管沟 等。由于雨水管道相对其他管线埋深较深 ， 在地下 管线复杂的路段 。 改造起来施工难度较大。下沉法 施工可 以有效解决这一难题阁 它是一种采用逆作 法与沉井工艺相结合的施工方法 ， 先施工箱涵侧墙 及顶部结构 ， 利用它较高的刚度作为支撑 ， 采用沉 井 工 艺 边挖 边 下沉 ，下 沉 到 位 后 再 施 工 箱 涵 的 底 部 ， 提高了施工的安全性 ， 对邻近建筑物、 各种管线 的影响比较小 地表产生的沉降和移位也很少。 3 4 2下沉法 施工 的箱 涵构造 从挖土 、 出土 、 接 口及 防止刃脚外侧土体变形 影响地面建筑等方面考虑 ， 在文献f 2 的基础上做 了 适 当的改进 ，介绍了一种下沉法施工的箱涵构造 ： 顶板中部开孔可采用机械挖土和出土 提高工作效 率 ； 接 1： 3 采用企 口柔性接 IS l ， 提高了接 E l 的密封性 ； 箱 涵外 侧 采用 填 砂后 压 力注 浆 能 够有 效 防 止地 面 变形影响其它管线和建筑物 。 2 1 构造设计 下沉法箱涵分为预制部分和后浇部分 预制部 分包括侧壁 、 下横撑 、 上横撑 、 顶板侧翼。侧壁和两 端 的下横撑 、上横撑构成 上下两端通透 的箱涵框 架 框架长度可根据检查井间距及箱涵 的断面尺寸 确定 ， 一般 5 - 1 0 m一节为宜。 下横撑 、 上横撑起到箱 涵下沉过程 中侧壁的支撑作用。后浇部分包括后浇 底板 和后浇顶板 ， 后浇顶板 与上横撑 、 顶板侧翼共 同组成箱涵顶板。预制箱涵框架示意图见图 1 。 图 1 预制箱涵框架示意图 箱涵框架中部的横断面见 图 2 。侧壁 的下部外 侧设置刃脚 ， 内侧设置后浇底板的凹槽 ， 箱涵下沉 苏国宏 ， 黎晓林 ， 刘建华 下沉法排水箱涵构造 、 制作及施工方法 就位后底板整体浇注 ， 嵌在 凹槽 内。考虑到后浇顶 板搭接 ， 顶板侧翼位于结构受力较小处 。为防止下 沉后涵壁外侧 回填不实造成地面沉降 。 常规沉井施 工是在外侧填充干砂 ，利用干砂的流动性填 实 ； 而 下沉法施工 的箱涵对地面沉降要求一般较高 在侧 壁上设 置注浆 孔 注浆孔 预埋一个 注浆管 ， 注浆管 贯穿箱涵侧壁 ，注浆管箱涵内一侧带有 内螺纹 ， 以 便 与注浆机 连接 注浆孔上下对应 为一组 ， 横 向间 距 2 - - 4 m一组 ，箱涵下沉后采用压力注浆挤实侧壁 与土体之间填充的干砂 ， 减少地面变形。 图 2预 制 箱 涵 框 架 横 断 面 图 ， 箱 涵 接 口采 用企 口、 柔 性 胶 圈 。 箱涵 一 端 为 承 口， 另一端为插 口， 插 口上设置胶圈槽 ， 以便安装胶 圈。箱涵下沉就位后胶 圈挤紧 ， 箱涵内侧接 口留出 2 e m的缝 隙， 内填浸沥青油麻 ， 再采用聚氨酯密封膏 填充 ， 接 口采用 胶圈和密封膏填缝 双重止水 ， 箱 涵 接 口构造见图 3 ( 尺寸单位为 m m) 。 图 3箱 涵 接 口构造 2 2结构设 计 下沉箱涵 的结构设计分 为使用 阶段 和施 工阶 段两部分 ， 使用阶段箱涵上的作用 又分为永久作用 和可变作用。永久作用包括结构 自重 、 土压力( 竖向 和 侧 向 ) 、 重 力 流 管 道 内 的水 重 、 预 应 力 、 地 基 的 不 均匀沉降 ； 可变 作用 包括地面人群荷载 、 地 面堆积 荷载 、 车辆荷载 、 地下水压力 。计算箱涵强度时应考 虑永久作用 和可变作用 的分项系数 ， 箱涵结构设计 应核算承载力极限状态和正常使用极限状态 ， 使用 阶段箱涵结构计算参考文献f 3 1 ， 顶板和底板与侧壁 按照两端 固结 ， 计算箱涵顶板 、 底板、 侧壁的配筋。 箱涵的施工阶段结构设计应结合箱涵的构造 ， 侧壁受两侧主动土压力 ， 施工 阶段上横撑和下横撑 主要受侧壁的轴向压力 ， 上横撑的厚度与顶板厚度 一 致 下横撑是一个 临时支撑构件 ， 厚度取底板厚 度 横撑宽度按照四个横撑受到侧壁的主动土压力 计算， 应考虑可变作用的分项系数 。如果箱涵长度超 过7 m， 计算的横撑宽度过大 ， 或者侧壁的中部受土 压力弯矩不能满足要求时， 可在中部增加上、 下横撑。 顶板受到上部土和地面荷载的作用 ， 跨 中产生 最大正弯矩 与侧壁衔接处为最大负弯矩 ， 顶板侧 翼的边缘设置在正弯矩变为负弯矩处 ， 此处受力最 小。 顶板侧翼设置企 口， 便于后浇顶板搭接 。 按照前 述 的设计配筋 。顶板侧翼和底板凹槽 预留锚 固钢 筋 ， 锚 固长度应满 足规 范要求 ， 后浇顶板和后 浇底 板钢筋与预留钢筋焊接。 刃脚 的底 宽应 根 据地 质情 况确 定 ，凹槽 深 1 5 0 ra m， 如需下沉减阻应设置刃脚外挑台阶 ， 宽度为 1 0 0 2 0 0 mm。否则可以设成直壁。刃脚和凹槽参考 文献f 4 1 进行设计。 3箱涵 框架 的预 制方 法及 注意 事项 3 1 预 制方法 t 箱涵框架 的预制方法应根据箱涵的尺寸 、 施工 现场条件 、 构件的运输 、 吊装能力等因素确定。原则 上箱 涵框 架重 量 在 2 0 t 以内采 用工 厂预 制 工厂 预 制质量容易控制 ， 不需现场养护 ， 可缩短施工周期 。 箱涵 的长度应根据具体情况确定 ， 一般长宽比不宜 大于 2 。工厂预制考虑到运输和吊装 ，箱涵长度 以 5 m为宜 ， 如箱涵尺寸过大 为了减轻重量也可缩短 至 3 m， 缩短长度会增加接 口数量 ， 长宽 比不宜小于 1 5 。 尺寸较大的箱涵框架可采用现场原位预制 省去 运输 和吊装 ，但施工周期较长 。经计算 ：净 宽为 2 5 m、 净高为 2 0 m、 顶板和侧壁厚为 0 2 2 m 长度 5 m 的箱涵框架一节重量为 1 9 7 6 t ，现有 吊装设备和运 输机械可满足要求 。因此 ， 可以以此规格作 为预制 方法选择的参考。 预制箱涵框架宜采用钢制模具 ， 并且具有足够 的刚度。现场预制应先在刃脚下放置垫木 ( 工厂预 制的可卸至现场时放置垫木 ) 箱涵框架预制流程 如下 ： 安 装 内模 一 检查 内模 尺寸 及对 角线一 绑 扎 钢 筋 骨 架一 安放 注浆 管 安 装 外 模 检 查 壁 厚 一 内 外模 固定牢 固- + 浇筑混凝土 混凝土养护一拆模 。 混凝土强度达到设计强度的 7 0 时方可拆模。 工厂预制的箱涵框架 为了减轻重量 混凝土 强度等级不低于 C 3 0 ，受力钢筋采用 HR B 4 0 0高强 钢筋 ， 配筋计算应根据受力特征 ， 顶板和底板设置 弯起钢筋 ， 优化结构设计。 3 2 注 意事 项 一 3 5 2 0 1 4年第 9 期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 1 期 箱涵 的企 口对接有较高的尺寸要求 ， 无论是工 厂预制还是现场预制 都应严格控制箱涵尺寸偏差 在允许范围内。为了保证企 E l 的几何尺寸 ， 箱涵两 个端部应采用整体钢模 ， 即箱涵企 口的承 口、 插 口 模具是侧壁和上 、 下横撑为一个整体 并有很高 的 连接刚度 ， 不会在混凝土振捣过程中发生变形 。内 膜应采用横撑 、 竖撑 、 斜撑支撑牢固， 并用螺栓 与内 膜连接 ， 使 内模形成向内、 向外不产生变形 的整体 。 外模端部与企 口模具采用螺栓 固定 ， 中部采用内外 模螺栓牵拉固定 ， 并辅以适当的外支撑。 内模安装后应检查组装尺寸 ，承 口和插 口处 箱涵 宽和高允 许偏 差为+ 2 ram。 对 角线允许 偏差 为+ 3 ra m， 涵身部分宽和高允许偏 差为+ l O m m， 对角 线允许偏差为+ 1 5 m m。外模安装后检查壁厚 ，允许 偏 差为+ 5 ram。 混凝 土 浇筑 时 下料 应 均匀 ，每 4 0 e m左 右 为一 层 ， 分层采用振 动棒振捣 ， 也可在模板外设 置附着 式振动器 ， 混凝土应充分振捣 ， 不产生气 泡和离析 现象。混凝土养护对混凝土质量至关重要 ， 工厂预 制有较好的养护条件 。 还可采取蒸汽养护加快拆模 时间。现场预制应根据气温 ， 采取覆盖 、 洒水等适当 的养护方法 ， 气温低时还应采取保温措施。 4 施 工方 法 下沉法箱涵的施工流程如下 ： 预制箱涵框架一 箱 涵 下 沉 调 整 位 置 高 程一 接 口对 接 一 封底 一 浇 筑 底板 浇筑 顶板一 箱 涵外 侧 注浆一 现 浇合 拢 段一 十 涵 顶 回填 。 下沉 法 箱涵 施 工可 按 检查 井 划 分施 工 段 。 在 施 工段 的中间先施工一节标准节 ， 控制好标准节两端 的平面位置和高程 ， 再 以标准节为基准分别 向箱涵 的上 、 下游依次施工 ， 第二节 下沉 时利用挖土结合 千斤顶顶撑调整到设计的平面位置和高程后 ， 采用 牵拉 的方法将箱涵与前一节接 口对接 ， 挤紧接 口胶 圈 另一端作为下一节对接的基准 ， 第二节施工完 毕将 其 封底 固定 ， 第 三节 与 第二 节对 接 ， 以此 类 推 。 两个施工段对接合拢处 调 整最后一节箱涵 的长 度 ， 使合拢处流 出 1 0 1 5 m的合拢段 ， 合拢段采用 现浇箱涵对接 此处设置检查井 口。下沉时挖土应 均匀对称 下沉过程 中应对箱涵的形态实时监测 ， 及时调整沿着设计的位置均匀下沉 。 接近设计高程 时停止挖土 ， 调整平面位置和高程达到设计要求 。 在下沉控制水平趋于成熟后 ， 也可将一个施工 段 的若干节箱涵在下沉前承插 口对接 ，但不插入 ， 各节箱涵协调配合同时挖土下沉 ， 待接近设计高程 时先调整好一节箱涵封底 固定 ， 其余各节依次调整 一 3 6一 就位 ， 再牵拉挤紧接 口。 应根据地质情况确定封底形式 。 如土质较好可 采 用碎 石 填充 超挖 的涵底 ， 如 果 存在 软 弱 地基 应 根 据地质资料计算基底承载力 先抛填块石 ， 再采用 碎石找平至底板底面。封底完成后焊接底板和顶板 钢筋 ， 浇筑后浇底板和后浇顶板 ， 可大大提高施工 效率。箱涵下沉就位后 ， 应及时采用干砂填充箱涵 侧壁的外侧 ， 最后再 向注浆孔内注浆 。 挤实两侧箱 涵与土体之间的缝 隙， 可 以有效地防止后期因箱涵 外侧不密实造成地面变形 ， 影 响地面建筑物或其它 管线 。箱涵完成后的断面图见图 4 。 图 4完 成 后 的 箱 涵 断 面 图 5结语 近年来 ， 为 了解决城市 内涝问题 ， 许 多城市采 用改造原有排水管道的方法提高排水能力 ， 但一些 特殊地段受到地面 、 地下构 筑物 的限制 ， 无法进行 改造 或投入更多的资金做相应 的管线迁移 、 地面 建筑保护等。而下沉法箱涵在城市排水系统改造中 具有独特优势 。 不需另外采用支护措施 ， 可在施工 场地狭窄的地段完成 明挖无法完成的排水箱涵施 工 。下 沉法 箱 涵可 以 按不 同的宽 度 、 高 度设 计 成 不 同的系列 ，再按不 同的覆土厚度分为不 同的规格 ， 以适 应 不 同流 量 和埋深 的需要 ，形 成产 业 化 生产 ， 可作为一种新型的建筑材料和施工工艺推广应用。 参 考 文 献 ： f l 1 曹生龙 用 于城市地下 蓄水池的新型混凝土涵管 预制 混凝土盖板式涵管 J 混凝土与水泥制品， 2 0 1 3 ( 9 ) ： 2 6 - 3 1 【 2 】 孙杰排水箱涵下沉法就位施工技术 J 市政 技术， 2 0 1 l ( S 1 ) ： 7 8 - 8 0 【 3 】 北京市 市政工程设计研究 总院 C E C S 1 4 5 2 0 0 2给水排水 工 程埋地 矩形 管管道结 构设计 规程 S 1 北 京： 中 国计 划 出版 社 ， 2 0 0 3 【 4 】 上海市政 工程设计 院C E C S 1 3 7 2 0 0 2给水排水工程钢筋 混凝 土沉井结构设计规程 s 1 北京： 中国建筑工业 出版社，2 0 0 3 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 0 7 2 7 作者简介 ： 苏 国宏 ( 1 9 7 1 一 ) ， 男 ， 高级 工程师。 E - ma i l ： ly lj h 0 6 2 5 1 2 6 c o m