CN101597888A - 市政排水涵洞沉槽施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种市政排水涵洞沉槽施工方法，该方法是在市政排水涵洞施工的线路上采用地面或半地下分段现浇制成下部带刃脚的槽型涵洞预制件，然后在槽型涵洞预制件下部刃脚内开挖土方，以槽型涵洞预制件自身重力或外力使其下沉到预定深度，然后在槽型涵洞预制件下部刃脚之间通过现浇制成涵洞底板，最后在槽型涵洞预制件外部用渣土回填至原始地面或路面高度，该项施工技术与现有技术相比具有刚度高，安全性强，对邻近建筑物、各种管线的影响比较小，地表产生很小的沉降和移位，其牢固性和耐用性均好于开放性市政排水管道施工，而且克服了现有大直径排水管道不易制作、不易运输和不易施工和容易渗漏的各种弊端。

Description

市政排水涵洞沉槽施工方法

技术领域

本发明涉及一种城建工程施工方法，具体地说是一中市政排水涵洞沉槽施工方法。

背景技术

在城市道路拓宽改造项目中原有管线经多次改造、扩容，专业管线多，有雨水、污水、电力、热力、自来水、天然气、弱电、交警信号等管线，在改造项目中有的新建管线铺设需要在原有管线位置上重建，附近有其它管线，施工时既要考虑与立交桥交叉施工，又要考虑交通问题，如果按常规施工方法施工(开槽放坡、开槽支护)既没有工作面，又不能保证周围管线的安全，同时施工成本提高，无法保证工期。二环东路地面道路及BRT快速公交系统建设工程为济南市迎全运重点建设项目，包括高架桥施工与地面道路施工两部份，二环东路工程建设指挥部确定的施工组织原则为“高架优先，地面穿插，同步竣工”。济南城建工程公司承建的地面道路施工任务中，道路西侧雨水工程原设计为2m×2m石砌雨水暗沟，全长716m，由于沟槽东侧有高压电力线杆和架空电信、路灯杆、自来水管线，部份管线、线杆距雨水沟槽边缘下足1m，西侧的污水，热力管线距离雨水沟也很近，施工过程中虽采取了支护措施，但由于土质差、水位高，塌方现象仍多次发生，造成自来水管线移位并发生泄漏，存在安全隐患；若用钢板桩支护成本高，周围工作面小，上方有各种架空线路，设备无法进场施工，工程进度进展缓慢。由于两侧管线及线杆影响，大部分工作面宽不足3.6m，原2m×2m石砌雨水暗沟开挖需要工作宽度4m以上，如果拆迁需要时间且拆迁费用极高，因此必须研究新施工方法才能使工程顺利展开。

发明内容

本发明的目的是提供一种市政排水涵洞沉槽施工方法。

本发明的目的是按以下方式实现的，在市政排水涵洞施工的线路上采用地面或半地下分段现浇制成下部带刃脚的槽型涵洞预制件，然后在槽型涵洞预制件下部刃脚内开挖土方，以槽型涵洞预制件自身重力或外力使其下沉到预定深度，然后在槽型涵洞预制件下部刃脚之间通过现浇制成防渗漏涵洞底板，最后在槽型涵洞预制件外部用渣土回填至原始地面或路面高度。

具体施工步骤如下：开挖基坑→在基坑内→铺砂垫层及砖模→铺刃脚垫木→安装内支撑满堂架→立侧墙及顶板模板内模→绑扎底梁→侧墙及顶板模板钢筋→立外模及侧模→安外支撑架→灌注底梁砼→侧墙及顶板砼并养护→拆支撑及模板→抽垫木→挖淤泥下沉→基底毛石垫层铺设→底梁砼剔毛→绑底板钢筋并浇注钢筋砼底板→养护并回填到路床。

本发明的有益效果是：

该项施工技术是利用槽型涵洞预制件的两侧及顶部作侧墙及顶部结构，所以它具有相当高的刚度，可以用来作为土方的支撑，然后利用传统沉井的工艺边挖边下沉，下沉到位后再施工箱涵的底部，提高了工程施工的安全性，对邻近建筑物、各种管线的影响比较小，地表产生很小的沉降和移位，其牢固性和耐用性均好于开放性市政排水管道施工，而且克服了现有大直径排水管道不易制作、不易运输和、易施工和容易渗漏对地下水污染之弊端。

还有在常规的开放式施工方法中，采用开槽施工需要采取一定的沟槽支护措施，一但施工环境发生变化，施工条件复杂，施工工期较长，周围管线无法保证安全，施工成本提高。而本发明的施工方法，即能保证工期，也保证了两侧土方不会塌方，不会造成线杆、给水、热力等管线的移位，确保周围管线安全的要求，同时降低施工成本。该方法的优点还有，施工现场不会出现明沟对周围行人和车辆造成伤害，没有渣土的堆积造成占道而影响周边交通，因此与其它施工方法比较，施工费用低且工程拆迁量小，具有良好的社会效益和经济效益，在市政工程建设中有推广价值。

附图说明

图1是槽型涵洞预制件的预制施工过程示意图；

图2是槽型涵洞预制件拆去内外支撑架的端部结构示意图；

图3是图2的A-A向断面结构示意图；

图4是槽型涵洞预制件的外力压载下沉端部结构示意图；

图5是槽型涵洞预制件加底后的断面结构示意图。

附图标记说明：砂垫层1、砖模2、刃脚垫木3、刃脚4、外支撑架5、传力腋6、槽型涵洞预制件7、企口8、内支撑满堂架9、液压举升装置10、外加压载11、毛石层12、防水浇注层13。

具体实施方式

参照说明书附图对本发明的方法作以下详细的说明。

如附图所示，本发明的施工方法是在市政排水涵洞施工的线路上采用地面或半地下分段现浇制成下部带刃脚的槽型涵洞预制件，然后在槽型涵洞预制件下部刃脚内开挖土方，以槽型涵洞预制件自身重力或外力使其下沉到预定深度，然后在槽型涵洞预制件下部刃脚之间通过现浇制成涵洞底板，最后在槽型涵洞预制件外部用渣土回填至原始地面或路面高度，具体施工步骤如下：开挖基坑→在基坑内→铺砂垫层及砖模→铺刃脚垫木→安装内支撑满堂架→立侧墙及顶板模板内模→绑扎底梁→侧墙及顶板模板钢筋→立外模及侧模→安外支撑架→灌注底梁砼→侧墙及顶板砼并养护→拆支撑及模板→抽垫木→挖淤泥下沉→基底毛石垫层铺设→底梁砼剔毛→绑底板钢筋并浇注钢筋砼底板→养护并回填到路床。

在槽型涵洞预制件制成后采用在槽型涵洞预制件中间设置液压举升装置将槽型涵洞预制件顶起，用于砖模和铺刃脚垫木的拆除和复用。

外力是指在槽型涵洞预制件顶部外加压载或外加振动设备的方式加快槽型涵洞预制件下沉或调整槽型涵洞预制件的下沉方向。

外加压载是沙袋或水箱。

外加振动设备是大型低频或高频机械或电磁振动器。

刃脚内开挖土方采用人工或机械方式开挖。

槽型涵洞预制件为长槽状，长槽的底部边缘设置有单面刃脚，单面刃脚为直线形或锯齿形。

槽型涵洞预制件长槽内顶部的拐角部设置有传力腋。

槽型涵洞预制件的两端设置有浇注企口，在企口中通过浇注混凝土进行连接或密封防漏。

实施例

关键技术：本发明的施工方法关键要做好下沉稳定性计算，控制下沉速度，控制涵洞平面位移控制，保证顺利下沉到位。为了控制好下沉稳定性和控制下沉速度，本发明采用重物加载或机械振动进行调整，比如对下沉速度慢的部位进行重物压载或用振动器振动加快下沉。

若工程主体是污水涵洞则应选用抗渗混凝土，水平施工缝必须采用橡胶止水带，涵洞施工封底的质量要严格控制，防止污水泄露对地下水造成污染。

技术指标：涵洞下沉后无平面位移，涵洞渗水量达到规范要求，对周围管线无扰动、无水平位移、无沉降，保证周围管线安全。

适用范围：本发明的施工方法宜在城市道路改造工程中应用，特别在距离专业管线较近，施工空间小无法采用常规施工方法时采用。

该项目研究的目的意义：常规施工方法多采用开槽施工并采取一定的沟槽支护措施，一但施工环境发生变化，施工条件复杂，施工工期较长，周围管线无法保证安全，施工成本提高，逆作法与沉井工艺相结合施工，即能保证工期，也保证了两侧土方没有塌方，线杆、给水、热力等管线没有移位，确保周围管线安全，同时降低施工成本。该工艺比其它工艺比较，施工费用低且工程拆迁量小，具有良好的社会效益和经济效益。在市政工程建设中有推广价值。

已应用和推广的情况：

逆作法与沉井工艺相结合的施工方法在济南市二环东路地面道路及BRT快速公交系统建设工程中成功应用，降低成本、保证了工期、保证了专业管线的安全，为工程顺利完成提供了保障，获得业主的好评，对类似工程很有借鉴作用。

在本发明的施工方法中，先施工市政排水箱涵的侧墙及顶部结构，所以它具有相当高的刚度，可以用来作为支撑，这样使墙的应力、变位减小，然后利用沉井工艺边挖边下沉，下沉到位后再施工箱涵的底部，确保工程施工的安全性，对邻近建筑物、各种管线的影响比较小，地表产生很小的沉降和移位。该设计方案、施工工艺合理，能降低成本、缩短工期；有独创性、新颖性和适用性。该工艺比其它工艺比较，施工费用低且工程拆迁量小，具有良好的社会效益和经济效益。逆作法与沉井工艺相结合的施工技术在城市道路改造的市政排水工程中具有推广性。

施工准备

1)、详细了解现场工程地质、水文、工作地段的地下管线情况和房屋影响情况；

2)、对高压线杆、自来水管线、热力管线进行施工前监测，施工时监测其位移、倾斜、下沉情况；

3)、做好降水或排水设施准备。在原1m×1m石砌雨水暗沟上游改水后，拆除原1m×1m石砌雨水暗沟后平整槽底；

4)、对钢筋混凝土排水涵洞位置进行精确放线和测量。

基坑开挖及场地排水

由于涵洞位置是旧雨水位置，必须对原有路面结构和旧雨水方沟拆除，拆除深度约为1.2m，采用1台岩石破碎机进行破碎，反铲挖掘机进行挖除，挖出的土渣由于空间有限，用装载机运输200m集中堆放，晚间及时运到20KM外的弃土场地弃置。沉井预制采用在基坑中预制，以减少吊运作业和下沉深度，降低施工作业面，基坑每边比沉井宽0.5m，人工配合修坡及平整坑底，修整好的坑底向四周形成排水坡度，并在基坑四周及基坑上外缘开挖排水沟及集水坑，收水四周地下水和雨水，使地下水位降至比基坑底面低0.5m，以防地下水、地面水、雨水流入预制场地内，减小土壤的含水量。

预制垫层：涵洞墙壁下铺砂垫层厚0.3m，宽为3m，长度为整个涵洞开挖长度，采用插入振动器、平板振动器或人工夯实，为了搭设支架牢固，在砂层上用M7.5砂浆砌一层砖地模，随后放置刃角垫木防止在预制时下沉，承垫木断面0.2m×0.2m，两根一组，组间净距0.4m，沿涵洞墙壁及横梁下垫放，长度1m/根，标高误差＜8mm。

刃脚成形及涵洞制作：依据图纸支设刃脚砖内模和涵洞钢内模，然后绑扎钢筋、支立外侧钢模，浇注砼后形成钢筋砼刃脚和涵洞井壁。

钢筋工程：钢筋在加工场地机械成型，钢筋表面应洁净，不得有锈皮、油渍、油漆等污垢，调直后的钢筋表面伤痕及锈蚀不应使截面减小，弯曲成形的钢筋，表面不得有裂纹、鳞落或断裂。钢筋工人根据技术交底现场人工绑扎，墙壁竖筋和水平筋及顶板钢筋一次绑成型，底板钢筋在涵洞沉到位后，剔除钢筋砼底梁上部砼后绑扎钢筋网，浇注成整体，绑扎成型时，铁丝必须扎紧，不得有滑动、折断、移位等情况；绑扎成型的网片或骨架必须稳定、牢固，在安装及浇注时不得有松动或变形。为保证钢筋位置正确，垂直钢筋间距可采用开出槽口的木卡尺控制，水平筋间距，选用一批竖钢筋按间距焊上短钢筋头控制。

模板工程：本发明的工程模板采用定型钢模板支设，根据标准要求，模板支立必须牢固，在施工荷载作用下不得有松动、跑模、下沉等现象；模板拼缝必须严密，不得漏浆，模内必须洁净，施工现场采钢管支撑，考虑浇筑速度快，对模板产生很大的侧压力，沉井内采用满堂架支撑顶牢和外侧双排脚手架固定模板并结合螺栓拉结，防止模板侧向变形，确保整体模板的刚度、稳定性和不变形；在浇注前对横内清扫，有细微拼缝用的地方用油毡贴补；使砼的几何尺寸，外观有绝对的保证。

砼工程：涵洞采用C25商品砼，在对钢筋模板进行验收合格后，进行浇筑砼，由于现场工作面宽度小于5米，用斗容0.6m³挖掘机配合向模内倒运砼。浇筑刃脚、井壁砼要分层浇筑，每层30cm，将沉井沿周长设多个振捣组，同时浇筑。保证对称均匀下料，防止一侧受压而使模板产生位移、变形，每层必须在2h之内浇筑完毕，振捣时振动器移动间距不大于50Cm。振捣器应避免碰撞钢筋、模板。振捣器插入下层砼内不小于5CM，要快插慢拔，每一振点的振捣时间应使砼表面呈现浮浆和不再下沉，减少蜂窝和麻面。在砼浇筑过程中，应经常观察模板、支架，当发现问题及时采取措施处理。

水平施工缝的选择及处理：每个沉井长度为10m设一道施工缝，施工缝为1m钢筋砼现浇处理，两侧用沥青软木板填缝；

涵洞下沉施工：对于小型涵洞，下沉前，必须保证刃脚处砼达到设计强度的100％，上部砼达到75％，才能开始拆除所有模板，并依次对称同时抽除承垫木，同时用砂填实，以防倾斜，然后开始挖淤泥下沉，本标段挖淤泥下沉深度约为2m，最大下沉量每次控制在15cm-30cm。采用人工挖淤泥下沉，统一指挥，挖淤泥时做到对称均匀，井内挖取淤泥的原则是：每次挖深度为30-40cm，自井的中部向四边对称挖除，尽量使土体成漏斗状，让刃脚周围的土体自然下挤。正常情况下，距刃脚范围内严禁挖取，以保证涵洞在下沉过程中，不出现倾斜，本工程为了能下沉可保留刃脚下3cm土体不挖。由于现场狭窄，自井中取出的淤泥无法存土，挖出后，用人力车运输200m集中存放空地处存放，晚间用泥浆车运外弃土场堆置，严禁现场堆土以避免因外部土的压力增大，使井发生倾斜，或土体蹋方，一轮下沉到位再进行下一轮开挖下沉。

对于大型涵洞下沉施工，可将液压设备支撑在涵洞内，通过液压设备的举升将涵洞升起，然后拆除刃脚下的承垫木，将涵洞落到地面，再将液压举升设备移出涵洞，最后采用小型挖掘机进行机械挖掘。采用液压举升设备举升的方法拆除刃脚垫母和砖模的优点是，可对刃脚垫母和砖模进行复用，降低材料消耗和施工成本。

封底和回填：涵洞到位后，在涵洞南或北侧设置一集水坑，使井底的水都汇集到集水坑中，用潜水泵抽出，沉淀后排入雨水管道，使地下水位保持低于井底板底面50cm以下，然后在井下铺35cm

毛石，1m连接带毛石宽度3.5m；在水泵无法安置的地段，进行井内水下抛铺毛石。底端40cm高横梁上部钢筋砼要剔除20cm，以保证底板厚度，底板处的刃脚砼表面凿毛处理并洗刷干净，然后铺设底板钢筋并浇筑C25砼，振捣密实，砼养护期间，在集水井中应不断抽水，直到底板砼达到70％设计强度。由于现场工作面宽度小于5米，毛石材料必须进行现场倒运，运距300米。毛石铺底如图5所示：

涵洞两端接头的处理，两端涵洞下沉结束后，在端部内外加装模板然后从街头上部企口处浇注砂浆进行灌处理，用振捣棒振捣。

石屑回填：雨水涵洞工程部分在快车道上，部分在慢车道下，根据设计要求，位于慢车道下用3％的水泥石屑回填到沉井顶20cm，其上回填素土；位于机动车道的用5％的水泥石屑回填到沉井顶30cm，30cm以上到路床底面小于15cm时，回填5％的水泥石屑，30cm以上到路床底面小于50cm时，回填2:8灰土，大于50cm时采用素土回填。回填每层20cm，用蛙夯夯实，待检验符合市政排水管渠工程质量检验评定标准(CJJ3-90)要求后，方可进行下一步回填。

下沉施工监测要点：施工过程的控制涵洞下沉过程的控制主要包括三个方面：

①刃脚高差控制；

②下沉速度控制；

③平面位移控制。

其中平面位移控制是通过刃脚高差控制和下沉速度控制来实现的。

刃脚高差控制：下沉时，由于是挖淤泥下沉作业，故刃脚高差的形成和移动都不大直观，测量时可用水准仪测量沉井四角高差来有效地控制井底漏底的大小、深浅和平面位置，以此来达到对刃脚高差的控制。

涵洞下沉速度控制：涵洞下沉速度控制也是一个重要方面，一般来讲对涵洞下沉速度没有严格的限制，需根据施工经验和涵洞下沉的具体情况而定，本工程施工中主要按以下原则进行：

①涵洞下沉速度要均匀；

②涵洞下沉每次不超过15-30cm.

涵洞平面位移控制：对涵洞平面位移的控制主要是通过控制沉井刃脚高差来实现，如果涵洞刃脚高差不大，则沉井平面位移较易得到控制，它们之间的关系并无定量计算，但有一些联系：

①涵洞哪个角下沉得快(即刃脚较低)，则涵洞就会向哪个方向移位；

②涵洞刃脚高差大时，沉井位移量大；

③涵洞始终在同一个方向的刃脚高差下下沉时，涵洞位移量较大。施工过程中需要具体情况具体分析，决定采取相应的方法和措施。

在施工过程中的各项施工监控工作：在涵洞下沉前，将每个涵洞各个角点处的高程及沉井轴线放样并做好标记，记录测量原始数据，绘制测量监控平面图，计算下沉具体高度。下沉分三个阶段，即首沉，中沉，最后下沉。

首沉阶段，必须每30分钟观测一次并记录数据，汇总到监控小组，及时计算偏差情况，并由总指挥统一指挥确定挖沉部位及下沉速度等；中沉阶段，进入正常下沉，正常下沉时，可每2h测量一次；最后下沉阶段必须增加观测频率，一般为30分钟左右观测一次。

通过对各阶段观测数据的分析，必须使涵洞的对角高差不超过15cm，并观察涵洞周围土质变化情况，将地下水位、涌土、沉降、沉速随时记入历时曲线表。终沉阶段要减小开挖深度，防止突沉及超沉事故发生，控制开挖深度及速度，以下沉为辅，纠偏为主。当沉速8h不超过1cm即认为沉井已趋稳定。

施工过程中对高压线杆、自来水管线、热力管线随时观测，一但发现有移位或下沉立即停止施工，采取加固措施；

涵洞的质量控制标准：根据有关规范的要求，涵洞制作与下沉时的质量控制标准如下：

(1)涵洞平面尺寸偏差：长度、宽度为±0.5％；两对角线差异为1％对角线长；

(2)涵洞壁厚偏差：±1.5cm；

(3)下沉后刃脚高程与设计高程的偏差不得超过10cm；

(4)涵洞四角中任何两个角的刃脚高差不得超过该两个角间水平距离的0.5％，且不得超过15cm；水平距离小于10m时，其高差可为10cm；

(5)涵洞顶面中心的水平位移不得超过下沉总深度的1％。

Claims (9)

1、市政排水涵洞沉槽施工方法，其特征在于，在市政排水涵洞施工的线路上采用地面或半地下分段现浇制成下部带刃脚的槽型涵洞预制件，然后在槽型涵洞预制件下部刃脚内开挖土方，以槽型涵洞预制件自身重力或外力使其下沉到预定深度，然后在槽型涵洞预制件下部刃脚之间通过现浇制成防渗漏涵洞底板，最后在槽型涵洞预制件外部用渣土回填至原始地面或路面高度，具体施工步骤如下：开挖基坑→在基坑内→铺砂垫层及砖模→铺刃脚垫木→安装内支撑满堂架→立侧墙及顶板模板内模→绑扎底梁→侧墙及顶板模板钢筋→立外模及侧模→安外支撑架→灌注底梁砼→侧墙及顶板砼并养护→拆支撑及模板→抽垫木→挖淤泥下沉→基底毛石垫层铺设→底梁砼剔毛→绑底板钢筋并浇注钢筋砼底板→养护并回填到路床。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在槽型涵洞预制件制成后采用在槽型涵洞预制件中间设置液压举升装置将槽型涵洞预制件顶起，用于砖模和铺刃脚垫木的拆除和复用。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于以槽型涵洞预制件自身重力或外力使其下沉到预定深度，其中外力是指在槽型涵洞预制件顶部外加压载或外加振动设备的方式加快槽型涵洞预制件下沉或调整槽型涵洞预制件的下沉方向。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于外加压载是沙袋或水箱。

5、根据权利要求3所述的方法，其特征在于外加振动设备是大型低频或高频机械或电磁振动器。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于刃脚内开挖土方采用人工或机械方式开挖。

7、大型市政排水涵洞沉槽预制件，其特征在于，槽型涵洞预制件为长槽状，长槽的底部边缘设置有单面刃脚，单面刃脚为直线形或锯齿形。

8、根据权利要求7所述的预制件，其特征在于，槽型涵洞预制件长槽内顶部的拐角部设置有传力腋。

9、根据权利要求7所述的预制件，其特征在于，槽型涵洞预制件的两端设置有浇注企口，在企口中通过浇注混凝土进行连接或密封防漏。

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