頂管工作井結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計與分析

摘 要 本文以中青路為例，對常規(guī)做法的工作井逆作法進行優(yōu)化設計，并對其與常規(guī)做法進行比較分析。并得出結(jié)論與工程適用范圍。

關(guān)鍵詞 頂管工作井;優(yōu)化設計;逆作法;工程案例

概述

現(xiàn)在城市的迅速發(fā)展，道路和建筑的大量新建，已經(jīng)使城市上空經(jīng)越來越緊湊，其地下空間也已經(jīng)根據(jù)時代的快速發(fā)展而加速利用。而新建過后的維護、保養(yǎng)和重建，也已經(jīng)日趨排上日程。在城市等地面空間有限的情況下，一種適用于地下施工的工作井工藝也被廣泛應用于現(xiàn)在的工程中。因其井室結(jié)構(gòu)可減少開挖范圍，結(jié)構(gòu)的僅護壁部分，用地面積較小，單個結(jié)構(gòu)的造價相對放坡開挖施工較低。主體部分采用鋼筋混凝土，施工質(zhì)量容易保證，對周邊的影響小，由于其結(jié)構(gòu)受力好，剛度大，是目前常用的支護結(jié)構(gòu)形式。其施工方法一般有沉井法和逆作法。

工作井逆作法是指對基坑從上而下依次或分段開挖并施工構(gòu)筑物的方法，其施工方法已經(jīng)日趨成熟，應用于城市開挖限制要求較高的地區(qū)，使用最為普遍。

沉井法又名沉箱鑿井法，施工時先制作好井筒，利用井筒下的刃腳，在其自重或施加的豎向外力下，使其下沉后，再挖除井中土體，僅適用于特殊土質(zhì)情況。本次不做過多討論。

本次以中青路為例，對常規(guī)做法的工作井逆作法進行優(yōu)化設計，并對其與常規(guī)做法進行比較分析。并得出結(jié)論與工程適用范圍。

中青路排水設計頂管工作井2座，接收井3座，檢查井9座。工作井、接收井和檢查井均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于管道埋深較深，井室開挖均采用鋼筋混凝土護壁開挖后再實施井室結(jié)構(gòu)。其中工作井直徑8m（內(nèi)徑），接收井直徑5m，檢查井直徑2m。井室護壁內(nèi)徑尺寸均根據(jù)相應井室外徑確定，分為直徑8.8m、直徑5.8m和直徑2.6m。井室結(jié)構(gòu)和井室護壁均為臨時構(gòu)筑物[1]。

1常規(guī)做法與病害分析

常規(guī)做法施工步驟：步驟一：單側(cè)或?qū)?cè)每延米開挖后施工護壁;步驟二：砼達到設計齡期后開挖并施工剩余側(cè)護壁;步驟三：重復上述步驟施工至基坑底后施做底板等;步驟四：待砼達到設計齡期后進行頂管作業(yè)施工。

根據(jù)以往工程經(jīng)驗，施工中很難控制施工質(zhì)量保證上下層護壁的密實連接，井室防水效果很差，且一旦稍有地下水或降雨后，井室內(nèi)必須持續(xù)排水才能保證進內(nèi)作業(yè)。排水效率不易保證，一旦出錯，會造成施工停工等。

因護壁需參與全部施工過程中結(jié)構(gòu)受力，以方井為主，結(jié)構(gòu)需承受大量彎矩，故結(jié)構(gòu)尺寸大，且需根據(jù)深度調(diào)整結(jié)構(gòu)尺寸，單次支護砼方量大，雙層鋼筋需在開挖時一并綁扎，單次支模澆筑時間稍長，施工安全風險較大。且結(jié)構(gòu)壁厚分段變化，施工較繁雜[2]。

2本次優(yōu)化設計與優(yōu)缺點分析

優(yōu)化后做法步驟：步驟一：每延米開挖后施做簡單圓形護壁;步驟二：砼達到設計齡期重復上述步驟繼續(xù)開挖往下作業(yè)至基坑底;步驟三：一次澆筑井室結(jié)構(gòu)和底板;步驟四：待砼達到設計齡期后進行頂管作業(yè)施工。

優(yōu)化后的方案優(yōu)點為：

（1）井室和護壁分開設計和施工，井室和護壁均為圓形結(jié)構(gòu)，受力較好，對有工程管道有三通、多通、轉(zhuǎn)角等節(jié)點適應性較強;井室護壁采用較薄尺寸和單層鋼筋，可方便施工過程中各種操作，易于控制，施工簡便快捷，安全隱患較小。

（2）以護壁為工作井外模可以施工工作井，護壁可與工作井較好銜接，共同參與頂管作業(yè)受力，既提高了結(jié)構(gòu)安全系數(shù)，又可以保證施工安全。

（3）井內(nèi)防水較好，施工作業(yè)環(huán)境好，可確保進內(nèi)人員安全和機械正常作業(yè)。

缺點：護壁和井室分開施工，工期稍長[3]。

3結(jié)構(gòu)設計

由于工程頂管埋深大，盡量減少對周邊環(huán)境以及現(xiàn)有道路的破壞。同時考慮經(jīng)濟環(huán)保，避免后續(xù)建設施工影響，在場地整平至道路標高以下2m后再開挖施工井室護壁結(jié)構(gòu)，護壁采用鋼筋砼護壁，壁厚15～25cm，采用單排布筋以方便施工。護壁施工完成后再施工工作井、接收井或檢查井，均采用C30鋼筋砼結(jié)構(gòu)。

工作井直徑8m（內(nèi)徑），接收井直徑5m，檢查井直徑2m。井室護壁內(nèi)徑尺寸均根據(jù)相應井室外徑確定，分為直徑8.8m、直徑5.8m和直徑2.6m。分別以粗砂、粉質(zhì)黏土和全風化板巖為結(jié)構(gòu)持力層。

由于部分井室在道路邊坡上，故開挖需對道路邊坡進行支護，根據(jù)地勘資料，邊坡土質(zhì)0～1m為人工填土，2～5m為全風化板巖，對周邊無構(gòu)筑物影響的邊坡按1∶1放坡，有構(gòu)筑物影響及現(xiàn)有道路影響的邊坡按實際情況放坡，盡量避免破壞重建。邊坡表面采用噴砼保護。井室施工完以后，應回填土以恢復原狀。

井室護壁采用C30混凝土，鋼筋采用HRB400鋼筋，護壁結(jié)構(gòu)每節(jié)高度1m，上下護壁之間采用鋼筋連接過渡。頂部需設置井圈一道，井圈寬1m，高出整平地面線0.3m以防止雨水倒灌以及落石，保證井內(nèi)工作人員安全。

井室施工完以后，井內(nèi)應按排水要求設置檢查井，檢查井與井室之間空隙采用可采用粉質(zhì)黏土填充，對沉降要求較高的路段，也可采用級配砂礫石或素砼填充[4]。

4結(jié)束語

（1）優(yōu)化后的做法更環(huán)保，符合國家環(huán)保節(jié)能的要求，在城市中更能體現(xiàn)其實用價值。

（2）全部改用圓形井室，結(jié)構(gòu)受力更合理，施工更快捷方便，止水效果更好，在施工過程中能更好地適應天氣變化或地下水位的驟變。在工期相對較長的工程中，更能突出其使用效果。

（3）結(jié)構(gòu)一體化以后，施工作業(yè)環(huán)境進一步得到優(yōu)化，工人作業(yè)更安全可靠，施工作業(yè)效率進一步提升，響應國家以人為本的政策。

（4）鋼筋直徑與數(shù)量進一步優(yōu)化，間距相對富裕，對施工作業(yè)更方便快捷簡單，化繁為簡。

（5）優(yōu)化后的設計在地下水位較高或變化頻繁的地區(qū)，以及城市中對環(huán)保要求較高的中心城區(qū)，起到了更好的質(zhì)量保障。

（6）優(yōu)化后由于對止水效果的提升，能更好地控制周邊土體因水土流失造成的地面沉降，對周邊沉降要求較高的地區(qū)起到了控制作用。

參考文獻

[1] GB50069-2002.給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2002.

[2] DB42/159-2012.基坑工程支護技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國標準出版社，2012.

[3] JGJ120-2012.建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國標準出版社，2012.

[4] CECS246-2008.給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國標準出版社，2008.

作者簡介

李仁武（1986-），男，湖南長沙人;學歷：碩士，研究方向：公路與市政橋梁結(jié)構(gòu)設計。