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小型混凝土沉箱在水下管道施工中的应用 S ma l l Co n c r e t e Ca i s s o n Ap p l i e d t o Un d e r wa t e r P i p e l i n e Co n s t r u c t i o n 李伟 民 上海市油脂公司2 0 0 1 2 2 摘 要 ： 以上海外高桥油脂加工区泵房取水 口管道工程为例 ，介绍了施工中遇到的降水和选择何种方案的难题。由此 ，通 过各方分析和论证 ，采用了小型预制钢筋混凝土沉箱整体沉放的方法 ，顺利地解决 了难题 。经施工应用表明 ，该方法质 量可靠、施工简便 、造价低 、工期短，取得了较好的效益。 关键词 ： 降水 管沟小型混凝土沉箱封堵 中图分类号： U 4 5 5 4 6 文献标识码 B 【 文章编号】1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 2 2 0 3 1 工程概 况 1 1 地理位置及施工环境 上海 外高桥 油脂 加工 区项 目位 于 浦东 新 区东 靖路 5 6 5 5 号 ， 北临长 江 口， 西北接赵 家沟 ， 西南临人 民塘 、 随塘 河 ， 南靠规划滨海路 ， 距长江 出海 口 2 5 k m 。本文所述 工程 属外高桥油脂加工区内一个子项 ， 即地下消防泵房( 以下简 称泵房) 取水口管道工程。 该泵房取水口管沟距内河码头岸 线 6 m ，取水口预埋管管底绝对标高为 1 1 m ，位于码头 L 墙底板 ( 以下简称码头底板 ) ， 见图 1 ( a o 4 , 8 0 o 消防泵房取水管道孔 8 0 0 内河取水口预埋管道 图 1 取水 口预埋 管道 示意 作者简介： 李伟民( 1 9 5 3 一 ) ， 大专， 工程师。 作者地址： 上海市张杨路 8 8 号( 2 0 0 1 2 2 ) 。 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 1 1 - 1 2 2 2 I 2 o 1 2 1 B 1m 曲 。 嘶 嘲 似 阻 1 2地质及水文概况 本工程0 0 0 相当于绝对标高 5 2 m ， 自然地坪相对标 高 一 0 6 m 。管沟开挖深度所处的 第层土 ( 属砂 质粉土 层 ) ， 透水性好， 在动力水条件下易产生流砂等不良的地质 现象 。 据五号沟潮位站实测资料分析 ， 河段主要潮位特征值 为： 平均高潮位 3 5 2 m， 实测最高潮位 5 9 2 m ( 吴淞 0 点 ) 。 1 3 施工区情况 施工 区北侧是 已经竣工的码头 ，南侧是已竣工的泵 房 ， 码头和泵房的分段施工竣工时间先后相差 1 a多。 在码 头和泵房竣工后 ， 由于施工人员疏忽 ， 在未将 内河预埋取 水 管道接入泵房取水 口、泵房取水 口管道孔阀门未装的情况 下就向新开挖的内河放水 ，使得 内河水直接通过预埋消防 取水 口管道涌入管沟开挖区 ，因此管道施工作业点处于水 位线以下 2 4 2 m 处 ， 见图 1 ( b ) 。 2工程难点 2 1 降水 由于开挖管沟距河道仅 6 m ，且开挖深度正处在透水 性较好的砂质粉土层， 河水水位高于开挖标高 2 4 2 m ， 所以 对管沟底部形成很大的动力水压。按照正常情况的施工工 艺 ， 首先要将水位降至管沟底以下 ， 才具备施工条件。降水 方法通常有以下几种方案可选择 ： ( 1 ) 布置井点抽水。因管沟南、 北两侧分别是泵房混凝 土底板和码头底板 ， 中间只有宽度为 1 5 m的土体 ， 所以根 据计算， 若在土体范围内布置井点， 则不能满足降水要求。 ( 2 ) 在管沟周边打拉森桩封水。由于管沟两侧分别是 泵房和码头底板 ， 无法形成封闭空间 ， 因此无法封水 。 ( 3 ) 用大功率潜水泵排水。当水位当降低到一定程度 时， 由于动力水压过大而造成码头底板板底大量涌水， 可能 形成流砂且将掏空码头底板下土体，这给码头结构安全埋 下了隐患。 ( 4 ) 沿码头岸线外侧根据管沟降水计算要求筑围堰， 将泵房也作为管沟降水范围 ， 在除围堰之外的 3 面布置井 点抽水 。该方案造价高 、 工期长 ， 有可能造成泵房不均匀沉 降甚至影响码头结构稳定。 2 _ 2施工方案选择 如果能够将地下水位降到管沟底以下，只需把内河取 水口预埋管道接入泵房取水管道孔即可 ， 但因管沟无法降 水， 所以这种方法行不通。而因为同样的原因， 沉井的施工 方案也不能用。 我们从现场的实际情况出发 ， 对水文 、 地质、 现场施工环境等 因素综合考虑 ，经过反复论证和方案的优 化 ， 认 为本案只能采用水下施工方法 ， 即采用小型预 制钢筋 混凝土沉箱整体沉放 的方案。 本工程 的土方施工采用的是大开挖 ，在开挖过程中 ， 水通过泵房的取水 口涌入泵房内 ，所以这时的泵房内与基 坑水位是相同的 ， 消防设备 的安装工程根本无法施工。 3 沉箱的预制和沉放 3 1预制混凝土沉箱( 以下简称沉箱 ) 由于沉箱基本为竖立的长方体 ， 且 由 2 道侧壁 、 2 道端 壁及底板构成 ， 所以我们在端壁上开 1 个 9 0 0 r ll ll l 的预留 孔 ， 并在距泵房远端的端壁预留孔上安装闸阀( 沉箱外形尺 寸完全根据现场定位需要设计 ) 。根据潜水员水下测绘发 现 ，取水预埋管与泵房取水 口位置存在上下左右的正负偏 差 ，因此沉箱侧壁之间的尺寸必须要把正负误差均包含进 去才能满足使用要求构造 ( 图 2 ) 。由于根据沉箱的作用 ， 沉 箱的 A 面与泵房底板 上表面之间、 C面与码头底板斜侧面 之间是不能漏水的 ， 所以本案采用厚 5 0 m的软橡胶垫并用 强力胶分别贴在沉箱 A 面和 C 面上 ，其在沉放中可利用沉 箱的自重将软橡胶垫压紧来起到封水的作用。 A面 (b 】 图 2沉箱设计示意 3 2 沉箱的沉放 沉箱的沉放步骤为：清淤一标注位置一沉放就位一复 核修整。 ( 1 ) 清淤。由于沉箱无法进行管道基座施工， 因此沉 放是通过将沉箱 A面搁置在泵房底板上面、 B 面搁置在码 头底板上面就位固定的 ( 图 3 ) 。本案管沟范围小 、 水位高、 被开挖土体属砂质粉土， 且又是在水中挖掘的， 因此当基坑 挖成后 ， 泵房底板和码头底板上表面积於的厚达 1 0 0 m m余 的淤泥会影响沉箱的准确就位 ， 且 会使橡胶垫不能发挥封 堵的作用。对此 ， 我们在沉箱沉放前 ， 应派潜水员对相关部 位清淤 ， 以确保沉箱就位准确性， 提高橡胶垫的封堵效果。 ( 2 ) 标注位置。由于沉箱沉放的准确位置是在水下 ， 所 以我们在水上无法确定 。 本案的方法是 ： 派潜水 员将预埋水 管和泵房取水 口的管道孔中心线分别引到水面以上 ，标志 到地面的固定点上 ，并在沉箱上露出水面的部分分别标 明 定位标志 ， 同时 ， 还 应在水上将沉箱宽度位置引入水 下 ， 复 核取水 口预埋管和泵房取水 口方位 、尺寸是否 包含在沉箱 方位、 尺寸内， 以确保沉箱沉放到位准确、 通水管路不发生 错位 。 ( 3 ) 沉放就位。根据现场的场地情况和沉箱重量进行 沉放作业 ，需要使用 1 台 6 0 0 k N 轮式起重机和 2 台卷扬 机。 起重机负责沉箱垂直移动 ， 卷扬机负责沉箱水平移动。 3 台设备先呈等腰三角形布置， 然后以较慢的速度沉放沉箱。 沉放过程中，要用经纬仪通过沉箱上的标志来监控下沉位 置并不断调整 ， 力求准确。 ( 4 ) 复核修正。 沉箱就位后， 应派潜水员下水对沉箱位 置、 标高 、 沉箱 A 面与泵房底板上表面、 沉箱 C面和码头底 板斜侧面 3 者之间的橡胶垫密封情况进 行复核 ，如有误差 就要重新修正 ， 直至符合要求( 图 3 ) 。 口 预埋管道 预埋管道 管道孔 图 3沉箱 复核 修正示意 4 封堵 D面空隙 根据沉箱的设计意图， 沉箱 D 面与消防泵房外墙之间 的预留空隙约为 1 0 0 m m ， 以此作为沉箱定位时与现场尺寸 误差的调节空间( 图 4 ) 。 由于沉箱D 面与消防泵房外墙空间 ( 下转第 2 6页) 1 1 1 1 1 1 1 第 3 4 卷第1 期I 2 3 7 0 0 m m 、 h = l 0 m m的旋喷桩 ，这样能更好地起到堵泥的 效果。 5结语 4 基坑监测 结果 3 段基坑的实施效果和基坑监测结果详见表 1 。 表 1 3段基坑 监测结果 监测项 目 第 1 段 第 2段 第 3段 围护体最大水平位移 h n m 6 4 4 8 4 5 0 9 围护顶最大沉降 ， mm 3 8 9 5 3 6 8 9 2 8 围护顶最大位移 mm 1 9 3 9 9 6 8 支撑轴力最大变化量 k N 4 6 7 9 2 8 4 7 7 厂房柱基最大沉降 r a m 2 0 7 8 无 无 光缆管最大沉降 mm 4 1 0 8 2 4 9 未测 光缆管最大位移 ,s a m 4 8 9 1 5 6 未测 支撑立柱最大沉降 r a m 6 8 7 3 7 8 8 由于施工期间对基坑的监测， 实现 了信息化施工 ， 为设 计和施工提供 了准确、 可靠 、 及时的监测结果 ， 故确保 了工 程和周围环境的安全 ， 使施工得以顺利进行。 通过对本工程 的监测数据分析 ， 我们认为本次监测所得到的数据， 总体上 反映了基坑开挖过程 中基坑和 周边环境 ，因基坑 内土体 的 挖除而产生的一系列变化 ( 监测数据变化在可控范围之 内， 部分数据超过报警值 ) 。 本项 目周围条件较为复杂 ，深基坑采 用 S M W工法分段 支护施工应注意以下问题 ： ( 1 ) 长条状基坑分段施 工时 ， 围护墙体接 口对接咬合 处很容易 出现流沙塌陷现象 ，仅考虑在围护外侧压 密注浆 做加强的方案效果不明显。建议在围护墙体 的外侧增设搅 拌桩 ， 如有工程桩的影响， 可避开工程桩， 外移增设搅拌桩。 ( 2 ) 有横穿基坑的光缆管导致基坑不能很好封闭时 ， 采 取 围护体南北延伸的方案虽然可行 ，但压 密注浆同样不能 更好地阻挡泥浆的涌入 ， 若 出现险情后 ， 采用钢板封堵 的方 案比较有效。 ( 3 )由于围护桩之间的不严密导致大量泥浆流入基坑 ， 且用水泥等常规方法无法封堵时， 应立即回填 ， 同时在围护 墙体外用旋喷桩局部封堵的效果很好。 参 考 文 献： 1 李相然， 贺可强高压喷射注浆技术与应用【 M ， 中国建筑工业出版社， 2 0 0 7 2 】 李相然， 赵富春，张绍河地 下与基础工程防渗加固技术 M】 中国建筑工业 出版社，2 0 0 5 【 3 王成华 基础工程学 M】 天津大学出版社, 2 0 0 2 f 4 叶观宝， 叶书麟地基加固新技术 M 机械工业出版社， 1 9 9 9 【 5 】 王雷 高印军，从容 高喷灌浆施工设备性能特点综述f J 】 水利水 电技术 ， 1 9 9 7 2 8 ( 8 ) ： 2 9 3 2 ( 上接 第 2 3页) 较大，且没有沉箱自重的挤压作用而无法用软橡胶垫来封 堵 ， 所 以我们只能采用现浇水下混凝土的方法进行封堵。 具 体情况为 ： 沉箱定位后 ， D面与消防泵房外墙 的实际空隙高 度 3 6 0 0 m m ， 宽度约 1 5 0 m m ， 其 中有 3 2 0 0 F il m处于水 下 ， 无法按正常情况支模板和浇捣混凝土 ， 见 图 4 ( a o为保证 封堵质量可靠 ， 我们应当注意以下几点 ： 必须使 用防水混 凝 土 ； 混凝土中砂的含泥量控制在 3 以内 ， 石子含泥 量 控 制在 1 以内 ； 钢筋不能用铁 丝固定 在模板 上 ； 为保 证混凝土的均匀性 ； 其搅拌时间应 比普通混凝土稍长 ； 不 能用螺丝穿透模板 ； 为保证混凝土的密实度 ， 不允许人工 振捣 ， 必须使用机械振捣。 消防泵房外墙 图 4 封堵 D面空隙示意 为满足 以上要求 ， 保证封堵质量， 我们经优化决定根据 l 2 6 l 0 B 硼Im c m由眦d 。 啦 D 面空隙尺寸， 用若干扁铁将 2 块钢模板连成一体 ， 制成整 体插入式模板 ， 见图 4 ( b o模板 固定后 ， 浇筑水下混凝土将 空隙封堵。 根据图 3 我们可 以知道 ， 此沉箱与泵房连成一体 形成 了一个封闭空间， 等混凝土强度达到后 ， 关闭沉箱上的 闸阀抽干消防泵房内的水 ， 外面的水就不能进入泵房 内， 泵 房就可以进行施工。内河水的开关可以通过沉 箱内的闸阀 进行控制。 5结语 本项 目工程量虽不大但 比较重要 ，这是 因为该消防泵 房承担 了上海外高桥油脂 加工区 3 4 个单位 、 4 8 0 0 0 Il l 建 筑面积的消防需求 ，其中包括 3 4 0 0 0 t的植物油库和 3 7 8 0 m e 有防爆要求的重点消防区。 因现场施工环境复杂、 场地狭小 ，常规降水方法几乎都无法实施 ，所 以经反复研 讨 ， 我们采用了沉箱的方法。 结果证明 ， 该方法质量可靠、 施 工简便、 造价低、 工期短 ， 并取得 了较好的效益。 参 考 文 献 ： 1 尹士君， 李亚峰， 吕桂峰 水工工程施 工手册【 M】 北京： 化学工业出版社 2 01 0 【2 】江正荣建筑地基与基础施工手册【 M 北京：建筑工业出版社， 2 0 0 5 3 】 柳春圃， 狭君伟， 王庆春 建筑工程常用数据手册【 M 北京： 建筑工业出 版社。 2 0 0 1