淺談頂管工作井施工方案優(yōu)化

胡 應 洪

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司,四川 成都 610091)

1 優(yōu)化背景

本公司負責實施的廣東茂名濱海新區(qū)供水工程輸水管線跨越G325國道，為避免破壞原有公路，中斷交通，設計采用頂管穿越公路。輸水管直徑為DN1220，頂套管直徑為DN1420，頂管長度為85 m。頂管工作井設計平面尺寸為9.1 m×12 m，工作井墻體原設計為地下連續(xù)墻,墻體深度12 m。地下連續(xù)墻分8個槽段施工，槽段之間用槽鋼相連。工作井采用鋼筋混凝土封底，封底厚度1 m，后靠背墻體厚度1 m、高3.5 m，工作井四個角頂設鋼筋混凝土斜支撐。工作井墻體所處地質情況由表及里依次為黏土層(2～3 m)，中粗砂層(3～3.5 m)，寒武系混合巖。原設計地下連續(xù)墻工作井結構剖面圖如下圖：

圖1 地下連續(xù)墻工作井結構剖面圖

2 優(yōu)化原因

收到設計圖紙后，我公司立馬組織技術人員到現場踏勘并積極審圖并探討實施方案，通過踏勘及施工圖紙審核，我公司決定對頂管工作井實施優(yōu)化，原因是：

(1)在現場踏勘過程中發(fā)現頂管工作井地處高壓線下方，地下連續(xù)墻施工機械在下方作業(yè)安全保證系數極低；

(2)頂管工作井地處農田，連續(xù)墻溝槽施工過程中的泥漿及澆筑水下混凝土的水泥漿等有害物質會污染附近農田，破壞生態(tài)環(huán)境；

(3)地連墻分8個槽段施工，接頭質量難以控制，往往容易形成質量薄弱點；地連墻成型后墻面比較粗糙，尚需處理或襯壁；

(4)地連墻施工技術要求高，無論是造槽機械選擇、槽體施工、泥漿下澆筑混凝土、接頭、泥漿處理等環(huán)節(jié)，均應處理妥當，不容疏漏；

(5)工作井處地質存在中粗砂層且地下水豐富，地連墻槽體施工過程中泥漿護壁難度大，容易出現塌槽現象；

(6)頂管施工工期緊張，地連墻施工需引進眾多設備，施工準備周期長。

鑒于以上原因，我們集思廣益，結合現場實際及地質條件，努力尋求經濟、適用、便于操作以及節(jié)約工期的頂管工作井實施方案。經過公司技術人員的探討，最終一致決定在不改變工作井原平面尺寸，在滿足頂管安全、適用的前提下，用鋼筋混凝土沉井代替地連墻工作井井壁。此舉主要優(yōu)點有：

(1)沉井整體性強，穩(wěn)定性好，能承受較大的垂直荷載和水平荷載；

(2)沉井 施工工藝簡便，技術穩(wěn)妥可靠，無需特殊專業(yè)設備；

(3)沉井施工對周邊環(huán)境污染少，相對經濟，節(jié)約成本及工期。

3 優(yōu)化的實施

3.1 沉井方案設計

在不改變原設計尺寸及保證頂管安全的前提下，沉井分兩節(jié)段設計，下節(jié)高4.7 m，墻體厚度0.95 cm，下口設刃腳，刃腳高0.8 m,上節(jié)段高3.056 m，墻體厚度0.8 m。工作井底采用C20水下混凝土封底，封底厚度為1.3 m，封底后澆筑0.7 m厚鋼筋混凝土底板。井壁預制過程中預留頂管管口位置采用沙袋封堵。為保證沉井周邊土體穩(wěn)定，沉井施工前于沉井周邊1.0 m處施打兩排φ500水泥攪拌樁穩(wěn)固土體，攪拌樁樁距為0.3 m。沉井結構剖面設計見圖2。

3.2 沉井施工

3.2.1 沉井施工總體規(guī)劃

頂管沉井分兩次澆筑，兩次下沉，為節(jié)約工期，采用7d早強混凝土預制井壁。第一節(jié)制作至厚95 cm井壁頂端，達到強度要求后開始下層施工完成。下沉內部土方工程采用人工配合長臂挖掘機取土。內部及上部結構施工待沉井沉降穩(wěn)定后，再進行結構施工。

圖2 沉井結構剖面設計圖

3.2.2 沉井施工流程

基槽開挖→墊層→第一層沉井制作→鑿除墊層→沉井下沉→第二層沉井制作→第二次下沉→檢查土層→安裝預留修正沖刷孔→水下混凝土施工→抽水檢查→清除表面浮漿→修正沉井軸線、標高→封堵修正沖刷孔→底板及后靠背混凝土澆筑→沉井井壁周邊土方回填。

3.2.3 基槽開挖及墊層施工

(1)以設計工作井尺寸為基礎，四周開挖寬3 m，坡比為1∶2的基槽，同時確保土質邊坡穩(wěn)定性；

(2)出發(fā)井四周均設置集水坑，將沉井基礎內積水排出，確保沉井基坑處于干燥狀態(tài)，同時減少沉井下沉時地下水所產生的浮托力；

(3)于刃腳底部澆筑厚10 cm，寬100 cmC15素混凝土，該墊層采用反鏟或裝載機配合人工卸料，平板式振搗器振搗，并用手扶式振動碾碾平，同時用水準儀配合施工，確保墊層平整度，使刃腳面處于同一水平面上，均勻對稱布置；

(4)刃腳斜面澆筑時，模板采用18 mm厚膠合板，當沉井開始沉降時拆除木模，同時清除刃腳下面混凝土墊層。

3.2.4 沉井井壁混凝土澆筑

(1)分兩節(jié)澆筑混凝土，分兩節(jié)沉降：第一節(jié)4.7 m，第二節(jié)3.056 m；沉井沉降時采用水力沖刷機械配合反鏟取土，對稱作業(yè)，確保均勻下沉。施工時隨時校正傾斜確保沉井的平面位置和標高滿足設計要求。

(2)鋼筋運至作業(yè)現場后，現場進行加工、安裝、焊接等作業(yè)，按設計圖紙進行鋼筋制安，確保滿足設計要求；

(3)井壁混凝土模板采用膠合木模板，同時用拉桿進行模板固定，避免因井壁混凝土澆筑時對側模產生過大壓力導致模板變形等現象；

(4)井壁混凝土澆筑時采用泵送入倉，φ75振搗器振搗。井壁混凝土單次澆筑高度不超過2.8 m，從而確保井壁結構尺寸滿足設計要求。

3.2.5 刃腳墊架拆除

沉井側模板在混凝土強度達到25%即可拆除，刃腳墊架須在混凝土達到100%強度方可拆除，破土下沉。在抽取承墊木之前，應對封底板接縫部位混凝土進行鑿毛處理。拆除應在專人指導下分段、依次、對稱、同步進行，先抽除一般承墊木，后拆定位墊木。抽除墊木時要加強觀測，注意下沉是否均勻，如發(fā)現傾斜應及時處理。

3.2.6 挖土下沉

沉井下沉的主要工作就是挖土，如處理不當將使沉井發(fā)生傾斜、位移。挖土采用人工配合反鏟開挖。根據土質情況，從中間開始挖向四周，均衡對稱地進行，使其能均勻豎直下沉。每層挖土厚度為0.3～0.4 m，挖到刃腳處1～1.2 m時，用人工逐層往刃腳方向削薄土層，每次削5～15 cm，用人工間隔，沉井便在自重作用下下沉。削土時應沿刃腳方向全面、均勻、對稱地進行，使均勻平衡下沉。刃腳下部碎土等必須邊破邊挖邊清理。

在沉井開始下沉和將沉至設計標高時，周邊開挖深度應小于30 cm,避免發(fā)生傾斜。尤其在開始下沉5 m以內時，其平面位置與垂直度要特別注意保持正確，否則繼續(xù)下沉不易調整。在離設計30 cm左右應停止取土，依自重下沉到設計標高。

3.2.7 水下混凝土沉井封底

(1)水下混凝土采用φ300鋼導管灌注，導管使用前對管壁、焊縫接頭處進行密封性試驗和檢查。水下混凝土采用4根導管協同澆筑。開始澆筑時，導管底部伸至距混凝土最深處100 cm以下，首先確保底部100 cm厚混凝土澆筑成功。混凝土拌和時添加早強減水劑，確保混凝土快速凝結。

(2)灌注過程中，應經常測探井內混凝土面的位置，及時地調整導管深度，使導管隨混凝土面徐徐提升。導管埋深應與導管內混凝土下落深度相適應。

⑶在灌注過程中應注意混凝土堆高和擴展情況，正確的調整坍落度和導管埋深，使每盤混凝土灌注后形成適宜的堆高和不陡于1∶5的流動坡度，抽撥導管嚴禁導管進水，混凝土的最終灌注高度應比設計高出不小于150 mm，待灌注混凝土達到設計強度要求后，再抽干水鑿去表面松軟層。

3.2.8 底板及后靠背混凝土施工

水下混凝土強度滿足要求后將水抽干并找平，然后澆筑厚10 cmC10墊層混凝土。后靠背分兩倉澆筑，每倉澆筑高度不超過2 m。底板及后靠背混凝土采用泵送入倉，并采用φ75振搗器進行振搗。后靠背混凝土模板采用膠合木模板，并用拉條進行加固。鋼筋現場加工完成后，人工運至作業(yè)面進行鋼筋制安。

3.2.9 沉井施工腳手架

為了便于施工作業(yè)，沉井內搭設滿堂腳手架，沉井外搭設標準腳手架，上人斜道，滿鋪腳手片。腳手架分二次拆搭，第一次支模，綁扎時內外腳手架成形，第一次下沉前拆除內滿堂腳手架。第一次下沉穩(wěn)定時，第二次搭設滿堂腳手架，支模及綁扎結束，下沉前拆除內滿堂腳手架。為了便于井內外施工，在井內外搭設上人斜道，設扶手、欄桿便于井內人員及材料上下。

4 優(yōu)化效果

實施頂管工作井方案優(yōu)化后，主要取得了以下良好效果：

(1)簡化了施工工藝，無需引進大型施工設備，節(jié)約了施工準備時間進而減少了施工工期；

(2)無大型機械作業(yè)減少了噪聲污染，同時避免了連續(xù)墻溝槽施工泥漿對農田的污染；

(3)沉井施工相對地下連續(xù)墻施工節(jié)約了成本費用；

(4)沉井相對地下連續(xù)墻整體性更好，內壁更加平順、美觀，對頂管施工安全更有保障；

5 結 語

當前建筑市場競爭日趨激烈，項目利潤愈來愈低，最大限度的增收節(jié)支，挖潛增效是項目獲取最佳利潤的有效途徑，優(yōu)化施工方案是項目挖潛增效的最主要方法。在項目實施過程中，往往由于設計進度緊，設計單位人員專業(yè)能力高低不同和設計人員未充分了解施工現場環(huán)境等問題，造成設計方案難以滿足實施需求。通過方案優(yōu)化，使項目進展更有保障，施工更加簡便，結構更加實用、安全、經濟，達到項目參與各方互贏的目的，進而產生更大的社會效益。