CN115492144B - 沙洲区域顶管沉井施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沙洲区域顶管沉井施工方法，包括步骤：施工围护桩、底承桩、面承桩、护管桩、降水井和降水管；施工工作面板；逐节进行基坑开挖和沉井下沉施工；冲洗清掏侧缝，对沉井纠偏；对基底底承桩桩间沙土进行注浆固土处理；安装抗浮锚杆；绑扎基底钢筋网，下放侧缝钢筋网；浇筑封底和侧缝混凝土；进行顶管作业；绑扎底板钢筋，浇筑底板，停止所有降排水，对沉井进行质量检验。本方法安全可靠，能有效解决控制塌陷面、地基处理、干法施工、结构抗浮问题。

Description

沙洲区域顶管沉井施工方法

技术领域

本发明涉及沉井施工，具体涉及一种沙洲区域顶管沉井施工方法。

背景技术

在建设城市地下管网时，为跨越繁华区域、通过重要构筑物需要进行顶管施工，而在顶管施工中，为减少造价、节约工期、增强安全性需要进行沉井施工。

当沉井位置处于沙洲地质水文环境下时，井上口设计标高以下一定范围为粉质粘土及粉、细砂，再往下则全为圆砾层，井壁嵌入圆砾层，且沉井带水下沉，目前施工中存在以下难题：1）下沉量达到一定程度时，沉井带水下沉无法继续奏效，即使采用钻孔注润滑土、四周清障、基底清掏、加载等方式也只能缓慢下沉小段距离；2）土质为砂砾土，随开挖井身周边土体不断下陷，随开挖深度增加破坏面增大，沉井有移位情况出现，若采用钢板桩、止水帷幕旋喷桩围护等围护体，随开挖深度增加，受水土压力的增强，围护体会向井身倾覆挤压；3）为确保后期干地施工封底，采用降水井和井内明排的降水方式，基底依旧出现封底注浆不均、封底强度上升速度慢、表面集泥皮严重等问题；4）顶管施工后，受浮力影响，井顶硬化工作面起拱开裂、井底内角出现渗流等问题；5）在顶管安放机头过程中，机头易受砂砾土塌孔、井内净空影响，安装及推进极为缓慢，虽然采取人工注浆可以解决，但在固孔清孔施工中对施工人员的人身安全威胁较大。

由上可知，亟需一种沙洲区域顶管沉井施工方法，能解决控制塌陷面、地基处理、干法施工、结构抗浮等问题，使得顶管沉井顺利施工。

发明内容

本发明的目的是提供一种沙洲区域顶管沉井施工方法，本方法安全可靠，能有效解决控制塌陷面、地基处理、干法施工、结构抗浮问题。

本发明采用的技术方案是：

一种沙洲区域顶管沉井施工方法，先在沉井的外围施工用于围护固土和止水的围护桩、底部下方施工用于改良沉井底软弱沙土承载力的底承桩，在工作面施工用于改良工作面板下软弱沙土承载力的面承桩，在管线四周施工用于包裹管线防止塌陷的护管桩，在围护桩墙体外围附近施工降水井，在围护桩墙体与沉井间的侧缝内施工降水管；然后施工工作面板；然后逐节进行基坑开挖和沉井下沉施工，降水井在第二节沉井下沉前开始抽排水直至顶管施工完成后停止，降水管在最后一次沉井落床时开始抽排水直至底板混凝土达到一定强度后停止，第一节沉井的刃脚处设有锚杆预留孔、底板区域设有预埋插筋，其余节沉井外壁设有锚扣钢筋；然后在沉井即将落床前对冲洗清掏侧缝，在沉井落床后加大抽排将水位降低井底标高以下并对基底桩间进行掏挖和清理，在最后一节沉井落地前通过控制降水井抽排量调节浮力进而对沉井纠偏；然后对基底底承桩桩间沙土进行注浆固土处理，同时，通过控制降水管保证注浆水体向下流失抽排，形成抽真空压密改良土体；然后对沉井内底承桩桩芯钻孔、通过锚杆预留孔向围护桩墙体钻孔，将抗浮锚杆放入钻孔并注浆；然后绑扎基底钢筋网，下放侧缝钢筋网，侧缝钢筋网挂定拉结在锚扣钢筋上且底部与基底钢筋绑接；然后临时封堵管线口，浇筑封底和侧缝混凝土，同时，通过降水管控制井底水位在注浆层以下；然后拆除管线口封堵，进行顶管作业；然后绑扎底板钢筋，浇筑底板，底板混凝土养护后，停止所有降排水，对沉井进行质量检验。

优选地，围护桩、底承桩、面承桩和护管桩采用水泥搅拌桩，水泥搅拌桩采用的水泥为42.5级以上的硅酸盐水泥。

优选地，降水井对角设置在围护桩墙体外围，降水管对角设置在侧缝内，降水井与降水管错位布置。

优选地，逐节进行基坑开挖和沉井下沉施工时，在沉井处依次进行：基坑开挖至起沉标高，槽底整平压实后施工沉井刃脚垫层和垫架，制作第一节沉井，基坑开挖及第一节沉井下沉，2~n节沉井制作以及基坑开挖和沉井下沉。

优选地，抗浮锚杆入围护桩墙体的角度为45度且对称设置，抗浮锚杆入底承桩桩深度在4m以上且不超过底承桩桩长，抗浮锚杆顶端与底板锚固，抗浮锚杆伸入围护桩墙体、封底混凝土和底承桩的区域设有倒刺。

优选地，对基底底承桩桩间沙土进行注浆固土处理时，注浆施工采取静压注浆，浆液采用水泥-水玻璃浆。

优选地，封底和侧缝选用同种自密性抗渗混凝土，对封底和侧缝同时浇筑，使两处混凝土同步提升，待封底混凝土浇筑完成，侧缝混凝土缓慢浇筑，待封底混凝土初凝后才提高侧缝混凝土。

优选地，顶管作业期间观察地下水位，顶管过程若出现大量泥浆倒流，则加大降水井和降水管的降水抽排量；封底混凝土有潮湿水印时，则加大降水管的降水抽排量并对返潮位置进行防水注浆补强。

本发明的有益效果是：

本方法采用四种桩形式稳固沙土、改善地基，形成了稳固的具有一定止水效果的围护墙，改善了基底和工作面承载力，防止了管线塌孔，避免因塌孔卡陷机头问题；

本方法设置井内外两种降水形式，与施工相结合，合理利用不同时间段对水位控制，保障封底施工期间干地施工和保障封底实体质量，增强了抗渗漏，同时，减少了降水井配置，避免对现场工作面影响，有效规避内外水压调配不均带来的不均匀沉陷问题；

本方法在沉井周身设置锚扣钢筋、侧缝钢筋网，在侧壁形成拉锚，增强咬合力；底部进行注浆封底、抗浮锚杆施工，增强桩、土间咬合力，在井底将沉井与周边形成抗浮拉锚；利用井身与井底、井底与四周桩和土之间拉锚，形成稳固的拉锚体系，有效增强了沉井抗浮效果；

本方法在侧缝填充混凝土并进行了加筋，对沉井形成良好的包裹效果，增强结构的整体性、抗浮性和抗渗性，解决了无法对外壁进行防水施工的难题；

本方法将抗浮锚杆施工定于地基处理后，地基处理可很好的稳固底承桩和避免抗浮锚杆桩基施工扰动底层、沉陷，也可避免桩体扰动断裂等问题；

本方法将底板施工定于顶管施工之后，可利用封层形成集水坑，便于泥浆清理，且不影响底板工作质量，同时，充分结合封底结构层和降水配合，实现封层稳固、加强和检验，缩短降排水时间，规避水压造成底板侧缝放大及渗漏危害；

本方法能在最后一节沉井精准着床，操作性强，误差值小，有效解决长期沉井施工精度不高问题。

本方法可操作性强，施工过程安全可靠，有利于实现施工场地规范化、标准化，有效解决控制塌陷面、地基处理、干法施工、结构抗浮等问题。

附图说明

图1是本发明实施例中沙洲区域顶管沉井施工方法的流程图。

图2是本发明实施例中沙洲区域顶管沉井施工时的平面布置图。

图3是图2中A-A处的剖面图。

图中：1-围护桩；2-护管桩；3-底承桩；4-面承桩；5-降水井；6-降水管；7-工作面板；8-沉井；801-锚杆预留孔；802-预埋插筋；803-锚扣钢筋；9-侧缝；10-管线；11-注浆层；12-抗浮锚杆；13-封底混凝土；14-底板；15-侧缝钢筋网。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

一种沙洲区域顶管沉井施工方法，如图1至图3所示，具体步骤为：

S1.施工准备

按设计要求做好现场布置、桩位排布图等工作；在现场做好水泥搅拌桩试桩，确定水泥剂量等参数。

S2.测量、放样

在进行井位、管线10中边线测量放样后，按照设计图及自行做好的桩位排布图对现场不同桩位测量放样，并做好分类标记、挂牌标识。

S3.桩体施工，降水井5、降水管6施工

对于桩体施工：

采用的桩体包括围护桩1、底承桩3、面承桩4、护管桩2。

围护桩1，用于形成具有围护固土和一定止水效果的墙体；其内侧距离沉井8外侧5~10cm，其形成墙体厚度按墙厚：井深﹥1:4，且墙厚≥2m取值，墙高按桩长：井深≥3：2，且井底以下锚固段≥2m取值，在墙体厚度要求范围呈三桩无留白咬合布设；桩体选择直径400mm~1200mm水泥搅拌桩，桩径宜以不少于4道无留白咬合要求，水泥为42.5级及以上硅酸盐水泥，水泥掺和量18%~25%，水泥浆水灰比宜为0.45~0.5之间，28d桩身无侧限抗压强度达到1.0Mpa以上，90d桩身无侧限抗压强度达到1.5MPa以上。

底承桩3，用于改良沉井8底软弱沙土承载力；由沉井8外侧壁向中间，按桩间净距为桩径2~3倍要求呈梅花形布设；改良范围为对沉井8底标高+300mm以下≥5m，便于改良土沉降损失和桩头截取对沉井8下沉控制，满足干法施工时沉井8地基承载力要求；桩体可选直径200mm~800mm水泥搅拌桩或碎石桩，此处优选水泥搅拌桩，减少多种设备的使用和规避护导管应用；采用水泥搅拌桩时，桩径不宜大于沉井8墙身厚度、且宜满足≥常规锚杆桩2倍桩径要求，水泥为42.5级及以上硅酸盐水泥，桩体水泥掺和量12%~16%，水泥浆水灰比宜为0.5~0.55之间，单桩承载力特征值要求达到150KN，复合地基承载力特征值达到120Kpa。

面承桩4，用于改良工作面板7下软弱沙土承载力；由底承桩3及围护桩1范围以外工作面，按桩净间距为桩径2~3倍呈梅花形布设，其桩位应避开管线10中心；改良范围为地表以下≥7m，具体按试桩承载力要求确认合理桩长；采用水泥搅拌桩，桩体可选直径300mm~1200mm水泥搅拌桩或碎石桩，此处优选水泥搅拌桩，可减少多种设备的使用；若采用碎石桩，护管桩2范围不进行面承桩4施工，由地表护管桩2顶面进行施工；若采用水泥搅拌桩，可优选同围护桩1桩径的水泥搅拌桩，水泥为42.5级及以上硅酸盐水泥，水泥掺和量15%~20%，水泥浆水灰比宜为0.5~0.55之间，单桩承载力特征值要求达到180KN，复合地基承载力特征值达到160KPa。

护管桩2，用于对管线10四周包裹形成密实稳固的的防塌陷包裹改良体；由布设管线10的围护桩1墙体外侧，沿管线10延伸，沉井8侧墙厚度+围护桩1墙体厚度+护管桩2布设长≥顶管机头长，在管道周围﹥2倍管径范围呈三桩无留白咬合布设；若面承桩4选择碎石桩，管底部分咬合桩体厚﹥管径，管上部咬合桩体直至地表；桩体选择直径300mm~800mm水泥搅拌桩，水泥为42.5级及以上硅酸盐水泥，水泥掺和量8%~12%，水泥浆水灰比宜为0.45~0.5之间；若面承桩4选择水泥搅拌桩，此段施工中涉及应与面承桩4搭配施工形成三桩无留白咬合。

对于降水井5、降水管6施工：

在围护桩1墙体对角设置两口降水井5，在围护桩1墙体与沉井8间侧缝9对角设置两个降水管6，降水井5与降水管6错位对角设置；降水井5，具体井深、单位抽排量根据与沉井8中心间距、渗水量和降水底标高等综合确定，且井深≥围护桩1长+0.5m；降水管6，即轻型井点，在沉井8底入土深度≥2.5m；其他施工控制参数均需满足规范要求即可。

S4.工作面板7施工

整平地基，范围为围护桩1墙体内边框以外的按需要布设工作面，其在清平地表多余土体和削平桩头浮渣后按φ8@200绑扎钢筋网、浇筑20cm厚强度≥C20普通混凝土制成；降水井5周边预留不小于5cm未浇筑缝，便于后期填碎石补窟窿。

S5.降排水，基坑开挖，沉井8制作、下沉

待工作面板7养护7d后，在沉井8处依次进行：基坑开挖至起沉标高，槽底整平压实后施工沉井8刃脚垫层和垫架，制作第一节沉井8，基坑开挖及第一节沉井8下沉，2~n节沉井8制作以及基坑开挖和沉井8下沉。

其中，在第二节沉井8下沉前2天开始降水井5抽排水，直至顶管施工完成后停止，在最后一次沉井8落床时开始降水管6抽排水，直至底板14混凝土强度达到50%以上停止；

其中，基坑开挖配合沉井8下沉，从沉井8中间开始逐渐挖向四周慢挖慢沉，每层挖土厚度为0.2~0.4m，挖土应分层、均匀、对称地进行，过程中每节沉井8下沉到位后，基底不宜超挖超过20cm悬空，场内堆土地点应设在沉井8下沉深度2倍以外的地方。

其中，第一节沉井8刃脚处设有锚杆预留孔801，锚杆预留孔801半径大于钻杆钻头半径≥2cm、斜向下倾角为45︒，每面应≦2m设置一个，对面应对称设置；第一节沉井8底板14区域设有预埋插筋802，预埋插筋802同底板14钢筋材质、布设间距相同；2~n节沉井8外壁居中设置锚扣钢筋803，锚扣钢筋803不小于φ20@200，锚扣钢筋803外角内侧焊接提高一个等级的钢筋形成连接，扣形如半茶杯型（上边长且平，下部做斜口收缩）设置；沉井8每节制作高度优选2~4m，相邻两节之间应有设置100×100×3钢板止水片，分节不应在管线10处设置。

其中，沉井8下沉前，混凝土强度必须达到设计强度等级的100%后方可进行。对着床后最后一节下沉沉井8，对沉井8中间桩间土及桩头截取后，在沉井8下底承桩3桩间土清理并对称安装千斤顶，随千斤顶最大顶高幅度分层先行截取桩头，同步调整千斤顶将沉井8稳定落于桩头，然后依次通过减少千斤顶下垫块和掏挖桩间土方式调整千斤顶、顶承、截桩头，直至沉井8下底承桩3截桩按完成面标高高于5cm，对桩面磨砂平整为同一标高后精准沉放，取出千斤顶；过程中，每面刃脚底部安装不少于3个千斤顶；沉井8中间底承桩3进行截桩，其桩顶标高低于沉井8刃脚底标高5cm左右（误差值±2cm）；其中沉井8下底承桩3按完成面标高高于5cm截桩，高出标高为承载下沉量（预留值为1~2cm）及桩面打磨调平作预留值。

S6.侧缝9冲洗和捡底，沉井8纠偏和稳定观测

对于侧缝9冲洗和捡底：侧缝9为沉井8与围护桩1墙体之间5~10cm缝隙，因水泥搅拌桩施工，在沉井8即将落床前，对围护桩1内侧墙和沉井8外壁的流沙、残渣、浮石等进行冲洗，使其被清掏干净，减少后期侧壁大量集淤；捡底为在沉井8落床后，加大抽排将水位降低井底标高以下后，对基底桩间土进行掏挖和截下来桩头进行清理；对撤下桩间千斤顶平稳落桩头后，回填千斤顶下压坑，对侧壁和基脚进一步冲洗、整平，并水振密实千斤顶下压坑和底承桩3桩身沙土，清理基脚多余沙土、破桩施工的残渣及桩头。

对于沉井8纠偏和稳定观测：沉井8纠偏为在最后一节沉井8落地前，通过控制降水井5抽排量合理调节浮力，随水位下降和浮力，减小顶部施加顶推，调整底部基础，使沉井8着床井位准确；同时，也为最后一次千斤顶回落预留桩上3~5mm缝隙配合人工蹩杆进行微量水平调偏。稳定观测为沉降观测，其沉放后每8小时至少2次，刃脚标高和位移观测每台班至少1次。

S7.基底处理

对基底底承桩3桩间沙土进行≥1.5m的范围进行注浆固土处理，注浆施工采取静压注浆，浆液采用水泥-水玻璃(硅酸钠)浆，水泥浆:水玻璃溶液1:1(体积比)，需掺加水泥重量的4%抗渗剂，注浆体水泥掺量为8%~12%，水泥浆水灰比宜为0.65~0.75；底部和顶部注浆速度为15~20L/min，其它位置为20~30L/min。同时，此部分施工期间应不间断加降水管6的降排水，保证注浆水体向下流失抽排，水泥形成抽真空压密改良土体。

S8.抗浮锚杆12施工

需待固化土强度≥8MPa后进行，钻杆对准沉井8井身内底承桩3桩芯和锚杆预留孔801钻孔，并依次进行抗浮锚杆12吊装、注浆、补浆施工。抗浮锚杆12入围护桩1墙体的角度为45度且对称设置，抗浮锚杆12入底承桩3桩深度在4m以上且不超过底承桩3桩长，抗浮锚杆12顶端与底板14锚固，抗浮锚杆12伸入围护桩1墙体、封底混凝土13和底承桩3的区域设有倒刺；施工期间钻杆不得碰撞沉井8。其他未尽事项按通常设计及规范要求实施。

S9.钢筋施工

在抗浮锚杆12施工补浆稳定后，清除基底泥皮，使沉井8刃脚悬空≥5cm，对基底绑扎基底钢筋网（φ6@200），对侧缝9内下放安装侧缝钢筋网15（竖向@200、横向@300），侧缝钢筋网15底部竖向长500mm钢筋通过人工弯拉后与基底钢筋绑接，侧缝钢筋网15涉及管口钢筋做留洞处理，侧缝钢筋网15与锚扣钢筋803处设倒钩，用于安装时挂定拉结。

S10.封底和侧缝9混凝土施工

在钢筋绑扎完成后，对管线10口进行临时封堵，对封底和侧缝9混凝土同时浇筑，合理控制浇筑速度，使两处混凝土同步提升，待封底混凝土13浇筑完成，侧缝9混凝土应缓慢浇筑，待封底混凝土13初凝后才可提高侧缝9混凝土。封底和侧缝9混凝土宜选用同种≥P6C25自密性抗渗混凝土，需添加微膨胀剂、钢纤维、等添加剂。在此期间应加降水管6排水，控制井底水位在注浆层11500mm以下。

S11.顶管施工

待封底混凝土13强度≥15MPa后，拆除管线10口封堵，开始安装顶管设备，进行顶管作业，期间需观察地下水位，顶管过程若出现大量泥浆倒流，需加大降水井5和降水管6的降水抽排量；封底混凝土13有潮湿水印时，加大降水管6的降水抽排量，并对返潮位置进行防水注浆补强。

S12.底板14施工及沉井8工程质量检验

待封底混凝土13强度≥5MPa后，拉直预埋插筋802、冲洗封层表面，绑扎底板14钢筋，底板14钢筋应按设计要求伸入刃脚的凹槽内，对底板14混凝土浇筑、养护；随后，停止所有降排水，对沉井8如渗漏裂缝等工程质量进行进一步检验。其中底板14混凝土强度应同沉井8井身，且应添加少量膨胀剂，避免缩缝出现。

S13.封口及场地恢复

对沉井8顶部进行盖板、构筑物或防护措施施工；施工完成和设备撤离后，对工作面板7混凝土破除、地表以下80cm内桩头、混凝土块及其他垃圾进行清理，并对地表原有生态恢复。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种沙洲区域顶管沉井施工方法，其特征在于：先在沉井的外围施工用于围护固土和止水的围护桩、底部下方施工用于改良沉井底软弱沙土承载力的底承桩，在工作面施工用于改良工作面板下软弱沙土承载力的面承桩，在管线四周施工用于包裹管线防止塌陷的护管桩，在围护桩墙体外围附近施工降水井，在围护桩墙体与沉井间的侧缝内施工降水管；然后施工工作面板；然后逐节进行基坑开挖和沉井下沉施工，降水井在第二节沉井下沉前开始抽排水直至顶管施工完成后停止，降水管在最后一次沉井落床时开始抽排水直至底板混凝土达到一定强度后停止，第一节沉井的刃脚处设有锚杆预留孔、底板区域设有预埋插筋，其余节沉井外壁设有锚扣钢筋；然后在沉井即将落床前对冲洗清掏侧缝，在沉井落床后加大抽排将水位降低井底标高以下并对基底桩间进行掏挖和清理，在最后一节沉井落地前通过控制降水井抽排量调节浮力进而对沉井纠偏；然后对基底底承桩桩间沙土进行注浆固土处理，同时，通过控制降水管保证注浆水体向下流失抽排，形成抽真空压密改良土体；然后对沉井内底承桩桩芯钻孔、通过锚杆预留孔向围护桩墙体钻孔，将抗浮锚杆放入钻孔并注浆；然后绑扎基底钢筋网，下放侧缝钢筋网，侧缝钢筋网挂定拉结在锚扣钢筋上且底部与基底钢筋绑接；然后临时封堵管线口，浇筑封底和侧缝混凝土，同时，通过降水管控制井底水位在注浆层以下；然后拆除管线口封堵，进行顶管作业；然后绑扎底板钢筋，浇筑底板，底板混凝土养护后，停止所有降排水，对沉井进行质量检验。

2.如权利要求1所述的沙洲区域顶管沉井施工方法，其特征在于：围护桩、底承桩、面承桩和护管桩采用水泥搅拌桩，水泥搅拌桩采用的水泥为42.5级以上的硅酸盐水泥。

3.如权利要求1所述的沙洲区域顶管沉井施工方法，其特征在于：降水井对角设置在围护桩墙体外围，降水管对角设置在侧缝内，降水井与降水管错位布置。

4.如权利要求1所述的沙洲区域顶管沉井施工方法，其特征在于：逐节进行基坑开挖和沉井下沉施工时，在沉井处依次进行：基坑开挖至起沉标高，槽底整平压实后施工沉井刃脚垫层和垫架，制作第一节沉井，基坑开挖及第一节沉井下沉，2~n节沉井制作以及基坑开挖和沉井下沉。

5.如权利要求1所述的沙洲区域顶管沉井施工方法，其特征在于：抗浮锚杆入围护桩墙体的角度为45度且对称设置，抗浮锚杆入底承桩桩深度在4m以上且不超过底承桩桩长，抗浮锚杆顶端与底板锚固，抗浮锚杆伸入围护桩墙体、封底混凝土和底承桩的区域设有倒刺。

6.如权利要求1所述的沙洲区域顶管沉井施工方法，其特征在于：对基底底承桩桩间沙土进行注浆固土处理时，注浆施工采取静压注浆，浆液采用水泥-水玻璃浆。

7.如权利要求1所述的沙洲区域顶管沉井施工方法，其特征在于：封底和侧缝选用同种自密性抗渗混凝土，对封底和侧缝同时浇筑，使两处混凝土同步提升，待封底混凝土浇筑完成，侧缝混凝土缓慢浇筑，待封底混凝土初凝后才提高侧缝混凝土。

8.如权利要求1所述的沙洲区域顶管沉井施工方法，其特征在于：顶管作业期间观察地下水位，顶管过程若出现大量泥浆倒流，则加大降水井和降水管的降水抽排量；封底混凝土有潮湿水印时，则加大降水管的降水抽排量并对返潮位置进行防水注浆补强。