CN110761310A - 顶管污水工作井下沉施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于沉井施工领域，旨在提供一种适用于流砂土质的顶管污水工作井下沉施工工艺，其技术方案要点是包括如下步骤：按照不流砂的地质条件就地立模，在指定施工地点开挖土方，并且将沉井结构下沉至开挖土方底部；发现流砂现象，则回填至不再流砂为止；根据刃脚深度H，采用直接封底或安装止水帷幕后再封底；浇注底板钢筋混凝土。常规混凝土封底时，容易进一步导致流砂恶循环。本方案中，对流砂土质进行处理，使其变为趋于正常土质的状态，因此封底也只需常规厚度即可，相较于常规的混凝土封底，本方案中封底混凝土的厚度更薄，按照非流砂土质进行沉井设计能够减少经济支出。本发明适用于粉质黏土地区的沉井施工。

Description

顶管污水工作井下沉施工工艺

技术领域

本发明涉及沉井施工工艺，特别涉及一种顶管污水工作井下沉施工工艺。

背景技术

在污水管顶管设计工艺中，工作近沉井是重要的工序，在明显不流砂或者明显流砂的地质条件下，沉井施工较为简单；但如果遇到粉质黏土或者粉土等地质条件，发生流砂的情况为未知。为了安全起见，在遇到这种地质条件时，同一将工况按照会发生流砂的情况来设计。由于会发生流砂的设计耗费明显大于非流砂工况，所以会造成不必要的浪费。

授权公告号为CN102587401B的中国专利公开了一种饱和水条件下地质为淤泥层的沉井下沉施工方法，饱和水条件下地质为淤泥层能够被视作是流砂地质的一种，这种方法的要点是：在沉井周围设置隔水帷幕，在沉井刃脚处布置下沉稳定桩，在沉井底部设置复合地基，使内土体稳定。

申请公布号为CN102409694A的中国专利公开了一种深厚软土地基沉井施工方法，深厚软土也能够被视作是具有流砂可能性的地质的一种，这种施工方法的要点在于：在沉井外围设置高压旋喷桩作为施工帷幕，沉井底部设置承载高压旋喷桩，沉井侧壁和内部隔墙两侧采用石灰粉粉喷搅拌桩进行淤泥固结处理，地基表层土质换填施工，浇筑沉井井壁混凝土并制作井体，进行井体下沉前的准备工作，开挖土方、沉井下沉、沉井就位及封底。

上述的两种方法中，最主要的步骤包括在沉井外围设置施工隔水帷幕，并且在沉井底部设置加强结构。

不论是采用复合地基，还是采用地基表层土质换填施工、固结处理淤泥，在实际施工过程中，封底的工作是最后做的，封底的混凝土厚度基本不变，有一定厚度的封底需要加大开挖深度，才能保证封底的完整可靠，而加大开挖深度的行为又很容易导致原先做过的加固处理措施失效、该处再次发生流砂情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种顶管污水工作井下沉施工工艺，能够降低再次导致流砂情况的概率。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

1.一种顶管污水工作井下沉施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1：选定施工地点，并且在此施工地点处，按照不流砂的地质条件就地立模，将浇筑混凝土前的模板以及附属设施安装到指定地点；

S2：预先将沉井结构先浇筑好，并且对浇筑完成的沉井结构进行养生，沉井结构养生包括对水泥浇筑部分进行喷水、养护、静置；

S3：在指定施工地点开挖土方，并且将沉井结构下沉至开挖土方底部；

S4：开挖时，一旦发现流砂现象，则立马停止开挖，将土和水回填，直至不再流砂为止；

S5：对沉井进行纠偏；

S6：根据刃脚深度H，采用直接封底或安装止水帷幕后再封底；

S7：浇注底板钢筋混凝土。

通过采用上述技术方案，常规混凝土封底时，如果遇到流砂土质，通常采用增加封底厚度的措施来提高稳定性。但这种方式还是将沉井置于流砂土质上，流砂土质受到更大的压力，容易进一步导致流砂恶循环。本方案中，遇到流砂土质，则对流砂土质进行处理，使其变为趋于正常土质的状态，因此封底也只需常规厚度即可，相较于常规的混凝土封底，本方案中的施工措施比常规方案更精简，使得封底混凝土的厚度更薄，并且相较于全部按照流砂土质设计沉井结构，本方案中按照非流砂土质进行沉井设计能够减少经济支出。

由于本方案主要用于污水工作井在粉质黏土等类型的地质条件下的下沉，沉井下沉过程中，因土质的渗透性难以准确判定，下沉过程中可能出现流砂现象，本方案能够根据施工过程中，反馈出的地质开挖状态来决定是常规施工，还是将流砂部分回填至不再流砂，以降低前期措施的浪费。

进一步的，纠偏方法包括井内偏挖加垫法、井外支垫法、井外射水法、摇摆下沉法。

通过采用上述技术方案，这些方法都能够被用来对沉井进行纠偏，但由于流砂地质和非流砂地质在施工过程中，流砂地质不易借力，所以上述方法中，选取井外支垫法，能够将着力点作用在地面上，相较于着力在井底，受力结构更为可靠。

进一步的，纠偏步骤如下：

S1：在沉井顶面固定挑梁；

S2：在挑梁下方设置用于托住挑梁的枕木垛；

S3：枕木垛背离挑梁一侧抵触于地面上。

通过采用上述技术方案，枕木垛受到挑梁和沉井的自重，自重重力方向向下，枕木垛所受的力被传递到地面上，在调整过程中，地面作为基准，便于将沉井的位置找准。

进一步的，水下封底施工步骤如下：

S1：在刃脚的预留槽内安装槽钢；

S2：在基础上开挖土方至露出刃脚后，在槽钢处浇筑混凝土；

S3：当混凝土将槽钢完全封住时，停止浇筑。

通过采用上述技术方案，槽钢增大了封底结构的强度，相较于完全浇筑混凝土，这种增加了槽钢的结构能够以更薄的结构达到相同的强度。

进一步的，开挖土方至刃脚位置时，开挖方式能够采用的方式是明挖或水下开挖。

通过采用上述技术方案，明挖和水下开挖均能够达到预期的开挖目的，并且两种方法能够适用于常规开挖工况和发现流砂后的紧急开挖情况，适用性更强。

进一步的，在开挖土方的过程中，若发现少量流砂现象，则施工方式改为水下封底施工。

通过采用上述技术方案，在开挖过程中，发现少量流砂现象，多是因为高压旋喷桩间渗水，水下施工能够减小对高压旋喷桩所造成的影响、降低高压旋喷桩间渗水对施工的影响。

进一步的，土方回填时，少量多次地向流砂处填土，第一次填土的量最大，后续填土的量逐渐变少。

通过采用上述技术方案，出现流砂现象时，应当首先将流砂部分填埋，因为第一次填土需要将流砂掩盖住，如果第一次填土的量过少，则对流砂情况难以起到改善；后期继续填土，则是需要控制填土的量，以降低回填过多、影响深度的情况。

进一步的，回填结束后，采用恒定的压力对回填土方进行压实。

通过采用上述技术方案，回填时，土质被抛落，土质较为松散，压实后，其周围的土基结构更稳定，便于沉井下沉。

进一步的，封底施工包括两种方案，分别是水下封底施工、高压旋喷桩辅助施工。

通过采用上述技术方案，根据刃脚标高，若刃脚标高小于一定值，则采用水下封底施工方案；若刃脚大于一定值，则先在周围打高压旋喷桩，然后再进行水下封底施工。

进一步的，高压旋喷桩辅助施工的步骤如下：

S1：先沿沉井一周打高压旋喷桩；

S2：令停浆面高于桩顶设计标高。

通过采用上述技术方案，能够起到止水帷幕的作用。止水帷幕能够增加渗径，降低局部发生流砂的可能性。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1. 在施工过程中，无需事先探测地质是否为粉黏土，降低了施工成本；

2. 发现流砂现象后，能够及时对流砂部分进行处理，由于施工地点的占地面积小，所以在实际施工中，处理面积小、处理速度快，若没有流砂现象，则直接按照常规土质进行施工，操作步骤也更简化。

附图说明

图1是用于体现沉井结构的正视图；

图2是用于体现刃脚和预留槽的相对位置关系示意图；

图3是用于体现高压旋喷桩的排布方式的俯视图；

图4是用于体现沉井结构的正视图；

图5是用于体现高压旋喷桩的排布方式的俯视图。

图中，1、沉井；2、土方；3、刃脚；31、预留槽；4、槽钢；5、高压旋喷桩。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例1：一种顶管污水工作井下沉施工工艺，包括如下步骤：

选定施工地点，并且在此施工地点处，如图1所示，按照不流砂的地质条件就地立模，将浇筑混凝土前的模板以及附属设施安装到指定地点。

预先将沉井1结构先浇筑好，并且对浇筑完成的沉井1进行养生，沉井1养生包括对水泥浇筑部分进行喷水、养护、静置。

本实施例中的养护方法采用自然养护，在高于5摄氏度的自然条件下，对砂浆采取覆盖、浇水湿润、挡风、保温等措施。

在水泥浇筑完成3～12小时之内，采用草帘、锯末、湿砂将砂浆覆盖，并定期浇水保持湿润，养护周期不少于168小时；本实施例中，养护168小时整。浇水的过程为定期少量浇水，使水泥砂浆时刻保持湿润状态，禁止蓄水养护。

在指定施工地点开挖土方2，并且将沉井1结构下沉至开挖的土方2底部。在此过程中，容易发生沉井1下沉的情况，所以此时应当对沉井1进行纠偏。

由于施工地点处的土壤为粉质易流砂的土质，在对比井内偏挖加垫法，井外偏挖、井顶偏压或套拉法，井外支垫法，井外射水法，摇摆下沉，倾斜下沉几种纠偏方法后，根据井外支垫法的操作部位在沉井1顶面，与流砂土质之间不易接触，所以采用井外支垫法进行纠偏。

纠偏步骤为：在沉井1顶面设有挑梁，挑梁被拴在沉井1的正上方，用枕木垛托住栓于沉井1顶面的挑梁,枕木垛与地平面之间的接触面积大，借枕木垛下的大面积支承力阻止该侧沉井1下沉,并且基于沉井1自身的自重，且挑梁是位于沉井1顶面的正上方中间位置，所以沉井1的自身重力位于沉井1的中心轴线上并且竖直指向下方，以此有效地纠正沉井1倾斜。但须防止千斤绳受力过大而断裂，因此备有备用的千斤绳，且千斤绳所能承受的拉力应当大于沉井1、挑梁的自重重力之和。

在下沉过程中，一旦发现流砂现象，则立马停止开挖，将土和水回填，直至不再流砂为止。土方回填时，少量多次地向流砂处填土，第一次填土的量最大，并且先将流砂位置填盖，再向周边位置填盖。填土过程中，每次填土的量逐渐变少。

此处的回填工作不一定要将开挖的土方2回填至与原先地面齐平，只需使得被回填的表面稳定、不再流砂即可。回填完后，按照每平方米2~2.5t的重力对回填土方进行压实；本实施例中采用2t的重量进行压实，在压实过程中，压力保持恒定不变，以免过大的压力在实际压实过程中，将原先回填好的土方压回流砂土中。

接上步骤，测量沉井刃脚3与地面之间的距离，令该值为H，当H较小时，尤其是小于0.3m时，直接采用水下封底施工方案。

水下封底施工的步骤是：如图2所示，在刃脚3内事先预留有型钢预留槽31，在预留槽31内安装槽钢4，槽钢4安装完成后，能够形成一处类似框架或加强筋的结构；在基础上继续开挖，当开挖到刃脚3后，对槽钢4处浇筑混凝土，使得混凝土能够将槽钢4完全封住，完成封底。

接上步骤，再对封底混凝土进行喷水静置养护。

当H较大时，尤其是大于0.5m时，如图3所示，需先沿着沉井1一周打高压旋喷桩5，停浆面高于桩顶设计标高，也高于设计刃脚3标高。以此起到止水帷幕的作用，阻碍周围水流渗透至高压旋喷桩所围成的区域内。止水帷幕能够增加渗径，降低局部发生流砂的可能性。打完高压旋喷桩5后，再进行水下封底施工。

高压旋喷桩5的桩径设置为600mm，咬合宽度150mm，桩长300mm。在高压旋喷桩顶部浇筑混凝土垫层，此处有两种结构可选，如图3所示，一是高压旋喷桩仅设有一圈，则混凝土垫层的底部设置为圆弧形，且圆弧的凸出方向朝向地下；如图4和5所示，另一种工况则是高压旋喷桩组成一个立方圆柱，则混凝土垫层底部为平面，与高压旋喷桩的顶部端面相贴。

开挖至刃脚3位置；开挖方式能够采用的方式是明挖或水下开挖，明挖是从地面上向下挖，水下开挖是从地下开始，从地下水处向上开挖至预期位置。

水下开挖的前提是，在进行开挖的过程中，发现少量流砂现象，则可能是因为高压旋喷桩5间渗水，此时将施工方式改为水下封底施工，如果开挖不到设计封底高程，则在封底层内设置“十”字形I16工字钢，并将工字钢浇注到封底混凝土层内，封底混凝土的厚度不小于70cm，本实施例中，封底混凝土的厚度采用70cm。

由于明挖的施工方式明显更方便，所以在不出现流砂的情况下，默认选择明挖的施工方式。

当挖出刃脚3时，在刃脚3内实现预留有型钢预留槽31，在预留槽31内安装槽钢4，槽钢4安装完成后，能够形成一处类似框架或加强筋的结构；对刃脚3处预先设置的槽钢4部分进行混凝土浇筑，完成封底，并对混凝土浇筑部分进行喷水静置养护。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种顶管污水工作井下沉施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1：选定施工地点，并且在此施工地点处，按照不流砂的地质条件就地立模，将浇筑混凝土前的模板以及附属设施安装到指定地点；

S2：预先将沉井（1）结构先浇筑好，并且对浇筑完成的沉井（1）结构进行养生，沉井（1）结构养生包括对水泥浇筑部分进行喷水、养护、静置；

S3：在指定施工地点开挖土方（2），并且将沉井（1）结构下沉至开挖土方（2）底部；

S4：开挖时，一旦发现流砂现象，则立马停止开挖，将土和水回填，直至不再流砂为止；

S5：对沉井（1）进行纠偏；

S6：根据刃脚（3）深度H，采用直接封底或安装止水帷幕后再封底；

S7：浇注底板钢筋混凝土。

2.根据权利要求1所述的顶管污水工作井下沉施工工艺，其特征在于：纠偏方法包括井内偏挖加垫法、井外支垫法、井外射水法、摇摆下沉法。

3.根据权利要求1所述的顶管污水工作井下沉施工工艺，其特征在于：纠偏步骤如下：

S1：在沉井（1）顶面固定挑梁；

S2：在挑梁下方设置用于托住挑梁的枕木垛；

S3：枕木垛背离挑梁一侧抵触于地面上。

4.根据权利要求1所述的顶管污水工作井下沉施工工艺，其特征在于：水下封底施工步骤如下：

S1：在刃脚（3）的预留槽（31）内安装槽钢（4）；

S2：在基础上开挖土方（2）至露出刃脚（3）后，在槽钢（4）处浇筑混凝土；

S3：当混凝土将槽钢（4）完全封住时，停止浇筑。

5.根据权利要求1所述的顶管污水工作井下沉施工工艺，其特征在于：开挖土方（2）至刃脚（3）位置时，开挖方式能够采用的方式是明挖或水下开挖。

6.根据权利要求5所述的顶管污水工作井下沉施工工艺，其特征在于：在开挖土方（2）的过程中，若发现少量流砂现象，则施工方式改为水下封底施工。

7.根据权利要求1所述的顶管污水工作井下沉施工工艺，其特征在于：土方回填时，少量多次地向流砂处填土，第一次填土的量最大，后续填土的量逐渐变少。

8.根据权利要求7所述的顶管污水工作井下沉施工工艺，其特征在于：回填结束后，采用恒定的压力对回填土方进行压实。

9.根据权利要求1所述的顶管污水工作井下沉施工工艺，其特征在于：封底施工包括两种方案，分别是水下封底施工、高压旋喷桩（5）辅助施工。

10.根据权利要求1所述的顶管污水工作井下沉施工工艺，其特征在于：高压旋喷桩（5）辅助施工的步骤如下：

S1：先沿沉井（1）一周打高压旋喷桩（5）；

S2：令停浆面高于桩顶设计标高。

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