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市政结构顶管工程沉井结构技术研究

发表时间：2021/4/21 来源：《基层建设》2020年第33期作者：殷云霞

[导读] 前言：21世纪我国经济正在以迅雷不及掩耳之势高速发展，加快了城市化进程的推进，各地水治理工作基于“五水共治”的背景下正在如火如荼的进行，促使市政工程数量不断增多。

        武汉大昇市政工程有限公司   湖北武汉 430080
        前言：21世纪我国经济正在以迅雷不及掩耳之势高速发展，加快了城市化进程的推进，各地水治理工作基于“五水共治”的背景下正在如火如荼的进行，促使市政工程数量不断增多。在此过程中，为了对城市的功能效果与正常运转提供保障，不断加大了对各种特定作用治理管理的需求。但因为规划之初路面设计极为繁琐、复杂，必须采用非开挖技术才能为施工单位顺利开展作业奠定基础。顶管施工技术作为比较重要的技术类型，是施工单位在实际作用中一直使用的关键技术，不但可以为施工的顺利开展提供保证，还可以提高施工质量。
        关键词：市政结构；顶管工程；沉井结构技术；研究
        前言：在实际作业开展中，顶管井属于一种临时设施，应对施工现场的地下水分布情况和地质情况予以充分考虑，并根据施工条件设计符合的目标结构，进而为基础工程建设提供保障。一般来说，不同条件因素的施工现场，需要的顶管井结构也不一样，只有针对现场作业特点对结构方案予以针对性设计，才能保证市政作业的顺利开展。
        1顶管井结构方案
        1.1沉井结构
        这种结构在实际工程应用中具有诸多优势,如刚度大、整体性好等,因此也是普遍使用的结构类型。但需要注意的是,由于各工程的特点不同,应用这种结构若是需要的深度较大,对应的应尽量缩小其内力,采取内撑方式用以维持整个工程的稳定性。这样一来既能减小构建厚度,也能最大程度的提高工程建设质量。在结构设计与实际施工作业时,设计人员要充分对结构所在区域的各种因素进行考察,包括流砂或是涌水等特殊地质状况都需要将数据整理后进行详细分析。
        1.2地下连续墙
        由于地下连续墙属于平面构件,因此在实际应用的过程中往往会出现多种问题,例如整体性差或是墙体在实际使用时发现变形或开裂等问题。因此,相关人员在确定应用这种结构时应设计合适的内撑或是增添平面环向加劲梁,帮助维持整个结构的应用稳定性。通常情况下这种结构的应用区域都是较深的顶管井中,有关这一结构的要求与周边地质情况分析应该尤其注意。
        1.3排桩结构
        通常情况下施工单位若是在执行顶管井作业设计任务时,发现顶管井平面具有不规则与深度较大特点的时候首先考虑的就是排桩结构设计。而为了进一步强化结构稳定性并达到预先设计的施工效果,就应进一步完善相关的止水设计,例如摆喷或是旋喷等,这些设置能够有效避免地下水影响工程结构的问题。减少了施工时很多不必要的麻烦。
        1.4钢板桩
        钢板桩结构设计具有诸多优势,包括整体造价低、施工速度快以及强度高等特点,是一种广泛应用与各个工程中的一种结构类型。但同样的,这种结构在应用时极其容易受到外部条件影响,包括地质条件与地下水位等。因此在实际设计施工时要注意钢板桩钢板的设置位置,应该将其打入到不透水层以提升工程建设质量。另外为了尽量避免工程建设过程中地下水对于操作的影响,需要进一步完善技术人员的止水设施安装工序。
        1.5型钢(搅拌桩复合结构)
        此结构类型具有防水好、构造简单以及施工方便等诸多优点,应用范围十分广泛。这种结构的应用工序需要将型钢插入到水泥搅拌桩的墙体中,从而形成复合围护结构发挥出其应有的维持工程建设稳定性的作用。此结构不仅帮助维持了工程建设的有效性,另外作为具有临时性质的支护结构还具有反复应用的特性,有效降低了工程建设成本。但需要注意的是,由于这种结构在完成后需要拔出型钢,因此产生空隙是难免的,极容易使得土体发生变形。因此无论是设计人员还是施工人员都应该考虑到这一应用关键点,需要注意泥浆的注入环节,尽量避免土体变形问题发生。
        2设计要点
        2.1沉井壁厚
        市政顶管工程沉井的原理是利用沉井的自重进行下沉，如果沉井的井壁厚度不够，就会导致沉井重量不足，无法通过沉井自重来实现下沉。如果井壁厚度过大，虽然能够使其自重满足要求并且实现下沉作业，但却在一定程度上增加了工程的实际施工成本，造成了资源浪费。因此，在市政工程中要对沉井的壁厚进行科学合理的设计，保证沉井的抗浮性能以及下沉的稳定性。

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        2.2标高设计
        （1）井顶标高设计。在市政顶管工程中设计沉井井顶的标高时，设计人员要以沉井的实际结构为基础，同时充分考虑到结构安全等因素，要使得沉井井顶标高高于工程周围水位0.5m左右，这样能够有效防止在完成沉井的终沉后中流入大量的地下水。
        （2）刃脚设计。沉井刃脚尺寸应根据沉井封底方式、刃脚竖向的弯曲受力情况以及地基土的承载力情况进行综合考虑，既要满足封底混凝土的厚度要求，又要考虑下沉过程中刃脚厚度和配筋可以承受的弯矩，并保证刃脚底部的竖向压力不超过地基承载力。
        2.3平面尺寸设计
        在进行市政顶管施工过程中，沉井平面尺寸会直接影响到其结构的抗压性、刚度和强度等性能，因此，在市政顶管工程设计中，沉井平面尺寸设计也是一个至关重要的环节和内容。根据我国的要求和标准，在沉井平面尺寸设计中，要使得其下沉深度小于10m，其水平位移不能大于100mm，除此之外，下沉深度要高于水平位移值的1%。一般地，在实际工程中，采用的圆形沉井壁厚为0.9m，中心直径为27.5m。
        2.4顶力计算
        在市政顶管工程施工时，管道顶进操作通常是采用专业的顶管设备来完成的，因此施工人员要对工程顶力进行严格控制，如果在实际沉井结构设计过程中发现顶管机顶力大于规定的理论值，要结合实际情况来使管道的顶进阻力有所减小。
        2.5环向计算
        素混凝土以及砖砌体通常受压性较好，如果在实际工程中沉井规模并不是十分庞大，可以采用素混凝土圆形沉井或者是砖砌体沉井。但是，如果普通规模的沉井不能满足工程需求，要采用更大的圆形沉井，但外界荷载的影响有可能导致沉井截面的不均匀受压。因此，在市政顶管工程中要进行精确的沉井环向计算，通常来说，都会假设在垂直方向上沉井井壁二点土内摩擦角的差值处于5°～10°，从而保证土压力差值计算的可靠性和精确性。
        2.6竖向抗拉计算
        在市政顶管工程中，对沉井竖向抗拉的计算也是结构设计的重点之一。在本次工程中，施工区域内土层中具有较大的含水量，导致其稳定性不够。根据国家的要求和标准，在此可以将沉井竖向抗拉计算直接省略掉。这是由于在软土地区的沉井下沉过程中，只要保证下沉系数大于1.5，沉井刃脚都是深埋在土中，不会发生悬空状况，因此，如果顶管工程处于软土地区，那么在下沉作业过程中，通常不会发生沉井的竖向拉断问题。但是，必须保持沉井的下沉系数大于1.5，一旦发现其小于1.5，设计人员要立即进行计算并改正。
        2.7稳定性检算
        根据我国相关标准和规范，由于市政顶管工程中沉井受到土地的顶力作用，其稳定性要满足以下关系：Ptk≤ξ（0.8Epk-Eak）。在上述公式中，Eak和Epk分别表示沉井刃脚底部处的土与被动土的之间的压力标准值，一般通过ξ表示其折减系数。通过以下计算公式来进行井壁后背的土体顶力标准值计算：Fpk＝ξ（0.8Epk-Eak）结合工程中相应的沉井刃脚底部主动土与被动土的压力标准值，代入上述的公式中进行计算，最终确定沉井的井壁后背土体顶力标准值。
        结语：
        总而言之，在市政作业开展中，需要结合现场情况选择适合顶管井结构施工的结构类型，涉及到型钢搅拌桩、钢板桩、排桩、地下连续墙以及沉井等。对于市政结构而言，保证整体结构稳定性与施工效果尤为重要，只有科学设计结构类型，才能将其价值与优势在作业开展中充分发挥出来。
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