二十埠河顶管沟槽开挖专项方案专家意见修改.docx
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二十埠河顶管沟槽开挖专项方案专家意见修改
二十埠河综合整治项目
河道治理I标段工程
顶管及深基坑专项施工方案
编写:
审核:
批准:
安徽水安建设发展股份有限公司
二OO九年五月
二十埠河综合治理工程I标
顶管及深基坑专项施工方案
一、工程概况
1.1工程概况
本工程沟槽开挖工程主要为污水管道工程沟槽开挖,根据二十埠河截污工程I标设计图纸,污水管道工程共包括五段,其中东岸3段,分别为DWA、DWB、DWC段;西岸2段,分别为XWA、XWC段。
XWC段管道工程XWC1#-XWC5#段管道埋深为8.407-9.612m,采用人工顶管方法施工。
其余部分XWC5#-XWC18#段管道平均埋深为5.5m,采用开挖沟槽方法施工。
1.2工程地质
本工程自起点汴河路桥至终点k6+050,长6.05km,河水总体流向为西北-东南。
根据二十埠河改造工程(一标段)岩土工程勘察报告,地层构成由上而下依次为:
①层耕(填)土(Qml)----层厚0.00-4.40m,层底标高8.70-17.52m。
灰、黄灰色,主要成分为软塑~可塑状态的中粉质壤土及重粉质壤土,含植物根,在临泉路-新安江路段表部含少量碎石、砼地坪,土质工程级别为Ⅱ级。
其中XWC1#-1~XWC1#~XWC18#(D1400)段耕(填)土层厚1.0-1.9m,层底标高▽12.28-▽15.54。
②层淤泥质土、淤泥(Q4h)----层厚0.00-3.9m,层底标高7.00-15.81m。
青灰色、黄灰色,湿,流塑~软塑状态。
该层在河道中主要为淤泥、含有机质及腐植质,具腥臭味,在岸上主要为淤泥质土。
该层土摇振反应中等,无光泽,干强度低,韧性低。
其静力触探比贯入阻力Ps值一般为0.40-1.00Mpa。
土质工程级别为Ⅱ级。
其中XWC1#-1~XWC1#~XWC18#(D1400)范围内,有2段淤泥层,分别为:
94#孔(河道桩号K5+100附近)-96#孔(河道桩号K5+410附近),长度约310m,层厚0-3m,层底标高▽10.01-▽13.01,其中95#孔(河道桩号K5+270附近)淤泥最厚,达3m;100#孔(河道桩号K5+950附近)-101#孔(河道桩号K6+050附近),长度约100m,层厚0-1.2m,层底标高▽11.01-▽12.21,其中101#孔(河道桩号K6+050附近)淤泥最厚,达1.2m。
③1层重粉质壤土(粉质粘土)(Q4al+pl)----层厚0.00-3.6m,层底标高8.27-15.70m。
灰黄色、湿,软塑状态,局部呈可塑状态。
该层夹中粉质壤土,局部呈互层状。
该层土无摇振反应,稍有光泽,干强度中等,韧性较低。
其静力触探比贯入阻力Ps值一般为1.00-1.50Mpa,平均为1.26Mpa。
土质工程级别为Ⅱ级。
其中XWC1#-1~XWC1#~XWC18#(D1400)范围内,该层主要分布于94#孔(河道桩号K5+100附近)-97#孔(河道桩号K5+550附近),长度约450m,层厚0-3.1m,层底标高▽10.191-▽13.29,由于该层土质较差,建议施工时挖除换填好土。
③2层重粉质壤土(粉质粘土、粘土)(Q4al+pl)----层厚0.00-3.30m,层底标高5.60-16.23m。
灰黄色、褐灰色,湿,可塑状态。
该层夹中粉质壤土,局部呈互层状。
该层土无摇振反应,稍有光泽,干强度中等,韧性中等。
其静力触探比贯入阻力Ps值一般为1.60-2.20Mpa,平均为1.83Mpa。
土质工程级别为Ⅳ级。
③3层重粉质壤土、粘土(粉质粘土、粘土)(Q4al+pl)----层厚大于10m。
黄灰色、灰黄色,湿,可塑~硬塑状态,含氧化铁、少量铁锰结核,夹薄层中粉质壤土,局部地段为粉质粘土。
该层土无摇振反应,稍有光泽,干强度高,韧性高。
其静力触探比贯入阻力Ps值一般为2.3-4.90Mpa,平均为3.43Mpa。
土质工程级别为Ⅳ级。
根据工程地质报告土层性质见下表。
层号
(KN/m3)
Ck(Kpa)
①层耕(填)土
18.0
18.0
②层淤泥质土、淤泥
19.2
20.0
16.0
③1层重粉质壤土
19.3
25.0
14.0
③2层重粉质壤土
19.4
33.5
13.2
③3层重粉质壤土、粘土
19.9
40.2
12.0
1.3水文地质条件
工地地层①、②、③1层中埋藏有上层滞水型地下水,地下水量不大,其水量补给来源主要为大气降水,并与二十埠河有一定的水力联系。
地下水静止水位埋深为0.40-1.80m,静止水位标高约为9.80-15.40m。
其中XWC1#-1~XWC1#~XWC18#(D1400)范围内,地下水静止水位埋深为0.50m。
施工现场土层的渗透指标及分级见下表
层号
渗透系数k(cm/s)
渗透性等级
②层淤泥质土、淤泥
1.61×10-6
微透水
③1层重粉质壤土
3.00×10-6
微透水
③2层重粉质壤土
3.51×10-6
微透水
③3层重粉质壤土、粘土
6.73×10-6
微透水
二、施工准备工作
2.1生产准备
1、进行施工测量和现场放线工作。
2、确定管线范围内及施工需用场地内所有障碍物,如管线、电线杆、树木及附近房屋等的准确位置。
3、修建临时设施,场内临时施工道路用地在满足施工要求的前提下,结合现场具体情况进行修筑。
施工道路设置在沟槽右边的绿化带上,道路布置在河道两岸堤顶道路边线内,宽4m,考虑到土方运输错车所需,间距100m左右,设置一处错车场,错车场路宽7m,长10m。
临时施工道路直接采用推土机清除表面腐蚀土后,进行平整压实。
局部土质不好的部位采用挖除换填的方法进行处理。
同时施工过程中加强道路管理和维护,以保证施工道路畅通。
安装临时水、电线路,并试水、试电。
4、进行顶管所用设备的加工制作。
5、根据顶进长度,准备好各类管线和所需的辅助物(固定架等)。
6、根据材料计划,分期分批组织材料进场。
2.2技术准备
熟悉施工图纸,编制施工方案并经审批,对有关施工人员进行技术交底。
组织有关人员现场勘察地形、地貌,实地了解施工现场及周围情况。
组织测量人员进行桩位交接验收及复测工作,测设土方开挖及顶管工程控制点。
三、XWC1#~XWC5#段顶管工程主要施工方法
XWC1#-XWC5#段污水管道工程,采用人工顶管方法施工,本段管道埋深为8.407-9.612m,全长290.5m,其中XWC2#处有一段过河管道,管径D1000,长71.5m。
顶距最长为XWC2#~XWC3#段,为75m。
本段污水管道工程共包括6个污水检查井,其中在XWC2#、XWC4#污水检查井处设置2个工作坑,其余污水检查井处设置接收井。
工作坑深度均超过5米,为深基坑。
8.66m7.58m9.6m9.1m8.4m
XWC1#XWC2#XWC3#XWC4#XWC5#
52m75m46m46m
XWC1#-XWC5#剖面示意图
XWC1#-XWC5#(顶管段)平面图
XWC1#-XWC5#段地面标高较高主要由于位于土堆下。
土堆上面附近居民建有住房,拆迁后留下大量的建筑垃圾,全部需要清理。
房屋基础埋深按1m考虑,则本段建筑垃圾清理深度在2m。
同时XWC4#检查井位于池塘里,施工时开挖缺口放空池塘内积水,清楚淤泥后,再组织施工。
本工程计划用2套顶管设备,分成两个阶段顶进,第一阶段为工作井、接收井的施工,第二阶段为人工顶管的实施。
3.1施工顺序
施工顺序为:
工作井施工→顶进设备安装调试→吊装砼管到轨道上→装顶铁→开启油泵顶进→出土→管道贯通→砌检查井。
3.2主要工程项目的施工技术方案
3.2.1、工作井深基坑施工方案
1、深基坑位置选定
根据设计图纸井位的设置,分别在XWC2#、XWC4#污水检查井位置设2个工作坑,其余XWC1#、XWC3#、XWC5#及DWC18#污水检查井设置为接收井,基坑深度为7.58-9.6米。
2深基坑结构设计
顶管采用双向顶进,根据施工经验,工作坑采用内直径Φ6.2m的砖砌圆形倒挂井支护结构。
顶管深基坑设计最大深度9.6米,顶管管径Φ1400㎜。
1)工作井深基坑管道方向长度A
A=L1+L2+L3+L4+L5+L6=2.0+1.5+0.3+0+0.4+0=4.2米
L1-----管道长度(米),2.0米
L2-----千斤顶长度(米),1.5米
L3-----后背厚度(米),0.3米
L4-----顶进管节预留在导轨上的最小长度(米),由于工作坑采用圆形结构,取0米
L5-----管内出土操作时管尾预留空间(米)取0.4米
L6-----双向顶进时附近长度(米),由于工作坑采用圆形结构,取0米
2)工作井深基坑垂直管道方向长度B
B=D+2B1+2B2=1.7+2×1.2+0.4=4.5米
D--------管外径
B1-------深基坑管道两侧的工作宽度,当D>1米时取1.2米
B2--------支撑材料厚度,本工程取0.20米
故选用直径Φ6.2m的砖砌圆形倒挂井满足施工要求。
接收井选用Φ2.0m的砖砌圆形倒挂井。
3深基坑支护结构设计
根据地质报告,地层①、③1层中埋藏有上层滞水型地下水,地下水量不大,顶管深基坑采用倒挂法砖砌井施工,井内径6200㎜,深基坑中深度在4米以内的部分,墙体采用240㎜厚,M10水泥砂浆、Mu10机砖砌筑,深度超过4米的部分墙体:
XWC2#(工作井深度为7.58m)工作井采用500㎜厚,M10水泥砂浆、Mu10红砖砌筑;XW4#(工作井深度为9.14m)工作井采用500㎜厚,M10水泥砂浆、Mu10红砖砌筑;XWC1#、XWC3#、XWC5#、DWC18#接收井采用370㎜厚,M10水泥砂浆、Mu10红砖砌筑。
同时每3m加设一道C25砼圈梁,圈梁高25cm,宽度同壁厚,钢筋采用4Φ10,箍紧采用Φ6@20cm,第一道圈梁距离井口2m。
工作坑上口2m范围内浇筑10cm厚C10砼。
顶镐后背采用浇筑C30的钢筋砼墙,尺寸为3.2×3.2×0.30米,布Ø16@200双向钢筋网片。
深基坑基础采用20㎝厚碎石垫层,上铺20㎝厚C25砼,深基坑边设深50㎝集水井,以便雨水及地下渗水的抽排,深基坑底板上设一个临时高程点。
4深基坑支护结构力学验算
如下:
受力计算简图
tDt
受力计算简图
1)砖砌井外侧土主动土压力验算
(1)XWC2#工作井
由于本工程地层①层中埋藏有上层滞水型地下水,地下水量不大,为简化计算且偏于安全,本次验算不考虑土的内聚力(c=0)影响。
根据工程地质报告,最大深度H=7.582m,①层土的容重γ1=18KN/m3,Φ1=18,h1=2.378m,③3层土的容重γ2=19.9KN/m3,Φ2=12,h2=5.024m。
γw=10KN/m3。
h0=0.5m。
D=6200㎜,t=500㎜。
取①层土底部砖砌井外侧受土压力:
P=γHtg2(45。
-Φ/2)+(γ-γw)(H-h0)tg2(45。
-Φ/2)+(H-h0)γw
=18.0×2.38×tg2(45。
-18。
/2)+(18-10)(2.38-0.5)tg2(45。
-18。
/2)+(2.38-0.5)×10
=56.46KN/m2
=0.05646N/mm2
砖砌井所受环向应力:
Ón=P(D+2t)/2t=0.05646×6680/(2×240)
=0.7857N/㎜2<f=1.89N/㎜2
由以上验算知,环向应力Ón小于允许应力f,故满足要求。
取③3层土底部即最深处砖砌井外侧受土压力:
h`=h*γ1/γ2=2.38*18/19.9=2.15m
H=h2+h`=5.204+2.15=7.354m
P=γHtg2(45。
-Φ/2)+(γ-γw)(H-h0)tg2(45。
-Φ/2)+(H-h0)γw
=19.9×7.354×tg2(45。
-12。
/2)+(19.9-10)(7.354-0.5)tg2(45。
-12。
/2)+(7.354-0.5)×10
=181.61KN/m2
=0.18161N/mm2
砖砌井所受环向应力:
Ón=P(D+2t)/2t=0.18161×7200/(2×500)
=1.31N/㎜2<f=1.89N/㎜2
由以上验算知,环向应力Ón小于允许应力f,故满足要求。
砖砌井所受径向应力:
Óa=P/2=0.18161/2=0.0908N/㎜2<fv=0.18N/㎜2
由以上验算知,径向应力Óa小于允许应力fv,故满足要求。
取地下4m深处,即240㎜砖墙最深处验算:
此时H=4m,h0=0.5m,D=6200㎜,t=240㎜。
h`=h*γ1/γ2=2.38*18/19.9=2.15m
H=h2+h`=2.38+2.15=3.77m
P=γHtg2(45。
-Ø/2)+(γ-γw)(H-H0)tg2(45。
-Ø/2)+(H-h0)γw
=19.9×3.77×tg2(45。
-12。
/2)+(19.9-10)(3.77-0.5)tg(45。
-12。
/2)+(3.77-0.5)×10
=89.39KN/m2
=0.0894N/m2
砖砌工作井所受环向应力
Ón=P(D+2t)/2t
=0.0894×6680/(2×240)
=1.24N/㎜2<f=1.89N/㎜2
由以上验算知,环向应力Ón小于允许应力f故满足要求。
同时为施工方便,在地下3.5m-4m处,护壁砌筑370mm砖墙,使护壁壁厚逐渐放大至500mm。
(2)XWC4#工作井
由于本工程地层①、③1层中埋藏有上层滞水型地下水,地下水量不大,同时为保证安全,简化计算,本次验算不考虑土的内聚力(c=0)影响。
根据工程地质报告,最大深度H=9.1m,①层土的容重γ1=18KN/m3,Φ1=18,h1=4.442m,③1层土的容重γ2=19.3KN/m3,Φ2=12,h2=0.479m,③3层土的容重γ3=19.9KN/m3,Φ3=12,h3=4.215m。
γw=
10KN/m3。
h0=0.5m。
D=6200㎜,t=500㎜。
取①层土底部砖砌井外侧受土压力:
P=γHtg2(45。
-Φ/2)+(γ-γw)(H-h0)tg2(45。
-Φ/2)+(H-h0)γw
=18.0×4.442×tg2(45。
-18。
/2)+(18-10)(4.442-0.5)tg2(45。
-18。
/2)+(4.442-0.5)×10
=98.27KN/m2
=0.09827N/mm2
砖砌井所受环向应力:
Ón=P(D+2t)/2t=0.009827×6680/(2×240)
=1.3676N/㎜2<f=1.89N/㎜2
由以上验算知,环向应力Ó小于允许应力f,故满足要求。
取③1层土底部砖砌井外侧受土压力:
h1`=h*γ1/γ2=4.442*18/19.3=4.143m
H=h2+h1`=0.479+4.143=4.622m
P=γHtg2(45。
-Φ/2)+(γ-γw)(H-h0)tg2(45。
-Φ/2)+(H-h0)γw
=19.3×4.662×tg2(45。
-14。
/2)+(19.3-10)(4.662-0.5)tg2(45。
-14。
/2)+(4.662-0.5)×10
=119.07KN/m2
=0.11907N/mm2
砖砌井所受环向应力:
Ón=P(D+2t)/2t=0.11907×6740/(2×370)
=1.085N/㎜2<f=1.89N/㎜2
由以上验算知,环向应力Ón小于允许应力f,故满足要求。
取③3层土底部即最深处砖砌井外侧受土压力:
h1`=h*γ1/γ3=4.442*18/19.9=4.018m
h2`=h*γ1/γ3=0.479*19.3/19.9=0.465m
H=h3+h1`+h2`=4.215+4.018+0.465=8.695m
P=γHtg2(45。
-Φ/2)+(γ-γw)(H-h0)tg2(45。
-Φ/2)+(H-h0)γw
=19.9×8.695×tg2(45。
-12。
/2)+(19.9-10)(8.695-0.5)tg2(45。
-12。
/2)+(8.695-0.5)×10
=248.62KN/m2
=0.24862N/mm2
砖砌井所受环向应力:
Ón=P(D+2t)/2t=0.24862×7200/(2×500)
=1.79N/㎜2<f=1.89N/㎜2
由以上验算知,环向应力Ón小于允许应力f,故满足要求。
砖砌井所受径向应力:
Óa=P/2=0.24862/2=0.12431N/㎜2<fv=0.18N/㎜2
由以上验算知,径向应力Óa小于允许应力fv,故满足要求。
取地下4m深处,即240㎜砖墙最深处验算:
此时H1=4m,h0=0.5m,D=6200㎜,t=240㎜。
P=γHtg2(45。
-Ø/2)+(γ-γw)(H-H0)tg2(45。
-Ø/2)+(H-h0)γw
=18.0×4×tg2(45。
-18。
/2)+(18.0-10)(4-0.5)tg2(45。
-18。
/2)+(4-0.5)×10
=88.63KN/m2
=0.08863N/m2
砖砌工作井所受环向应力
Ón=P(D+2t)/2t
=0.08863×6680/(2×240)
=1.23N/㎜2<f=1.89N/㎜2
由以上验算知,环向应力Ón小于允许应力f故满足要求。
同时为施工方便,在地下3.5m-4m处,护壁砌筑370mm砖墙,使护壁壁厚逐渐放大至500mm。
(3)XWC1#、XWC3#、XWC5#、DWC18#接收井
因为XWC1#、XWC3#、XWC5#、DWC18#接收井中最深的为XWC3#接收井,为9.612m。
故对XWC3#接收井进行验算。
由于本工程地层①、③1层中埋藏有上层滞水型地下水,地下水量不大,同时为保证安全,简化计算,本次验算不考虑土的内聚力(c=0)影响。
根据工程地质报告,最大深度H=9.612m,①层土的容重γ1=18KN/m3,Φ1=18,h1=2.93m,③3层土的容重γ2=19.9KN/m3,Φ2=12,h2=6.682m。
γw=10KN/m3。
h0=0.5m。
D=2000㎜,4m以上时壁厚t=240㎜,4m以下时壁厚t=370㎜。
取最深处砖砌井外侧受土压力:
h1`=h*γ1/γ2=2.93*18/19.3=2.65m
H=h2+h1`=6.682+2.65=9.332m
P=γHtg2(45。
-Φ/2)+(γ-γw)(H-h0)tg2(45。
-Φ/2)+(H-h0)γw
=19.9×9.332×tg2(45。
-12。
/2)+(19.9-10)(9.332-0.5)tg2(45。
-12。
/2)+(9.332-0.5)×10
=267.43KN/m2
=0.26743N/mm2
砖砌井所受环向应力:
Ón=P(D+2t)/2t=0.26743×2740/(2×370)
=0.99N/㎜2<f=1.89N/㎜2
由以上验算知,环向应力Ón小于允许应力f,故满足要求。
砖砌井所受径向应力:
Óa=P/2=0.26743/2=0.13372<fvN/㎜2=0.18N/㎜2
由以上验算知,环向应力Óa小于允许应力fv,故满足要求。
取地下4m深处,即240㎜砖墙最深处验算:
此时h1=2.93m,h2=4-2.93=1.07m,h0=0.5m,D=2200㎜,t=240㎜。
h1`=h*γ1/γ2=2.93*18/19.3=2.65m
H=h2+h1`=1.07+2.65=3.72m
P=γHtg2(45。
-Ø/2)+(γ-γw)(H-h0)tg(45。
-Ø/2)+(H-h0)γw
=19.9×3.72×tg2(45。
-12。
/2)+(19.9-10)(3.72-0.5)tg(45。
-12。
/2)+(3.72-0.5)×10
=101.65KN/m2
=0.10165N/m2
砖砌工作井所受环向应力
Ón=P(D+2t)/2t
=0.10165×2480/(2×240)
=0.525N/㎜2<f=1.89N/㎜2
由以上验算知,环向应力Ón小于允许应力f故满足要求.
2)顶进时后背墙后土被动压力验算
在本工程中,设计最大推顶力T=316.51t,后背均采用C30钢筋砼,尺寸为3.2×3.2×0.30m,深度在底板下80㎝,布Ø16@200双向钢筋网片。
取最深处验算,后背中心处深度为H=9.1-1=8.1米,V=19.9KN/m3,Ø=12。
,c=40.2KN/m2。
后背中心处被动土压力:
P=γHtg2(45。
+Ø/2)+2c*tg(45。
+Ø/2)
=19.9×8.1×tg2(45+12。
/2)+2×40.2×tg(45。
+12。
/2)
=345.10KN/m2
后背总被动力压力:
EP=pbh
=345.10×3.2×3.2
=3533.82KN
=353.38t>设计最大推动顶力T=316.51t
故后背墙被动土压力满足施工要求.
5顶进力的计算
本工程的顶进管管道位于粘土层,按粘性土的土质考虑,管外壁人工涂改性石蜡、注触变泥浆,管外径DH=1680,最大顶进长度=75米。
A=∏×DH×75=395.64m2
取f=8~12KN/m2,由于本工程顶管采用人工先取土,再顶进的工艺,顶进时管道正面摩擦力很小,故取f=8KN/m2,则
最大顶进阻力F=A×f=3165.12KN
工作坑配备2台320t千斤顶。
6深基坑施工
深基坑上部3.5m深土方采用挖掘机开挖,人工修整护壁土方后,砌筑砖砌井,并及时填充墙与土壁孔隙,保证坑壁的稳定,然后在坑上架竖扒杆,卷扬机就位后,用人工开挖工作坑下部的土方和砌筑下面倒挂井直至设计坑底高程,工作坑四周20m×20m的范围用彩色钢板围护,并设置施工标志,安全警示标牌及夜间照明设备.
深基坑基础采用20㎝厚C30砼,底板砼施工时同时设临时性水准点、深基坑集水井、按轴线和高程埋设导轨预埋件,等砼达到一定强度后,安装轨道,浇筑砼后背。
深基坑支护施工做到宽度、长度满足要求,后背垂直偏差小于0.1%H(H为后背的高度),轨道高程偏差控制在0~+0.3mm,中线位移偏差±0.3之内。
7工作台及棚架搭设
1)工作台
①搭设在工作坑的顶面,主梁采用型钢,上面铺设15×15㎝方木,作为承重平台,中间留下管和出土的方孔为平台口,在平台口四周设置防护钢管栏杆,栏杆上横杆高度为1.2m,下横杆距离地面50-60cm,立杆间距2m。
②承重平台主梁必须根据荷载计算选用,方梁两端伸出工用坑壁搭地不得小于1.2米。
③平台口尺寸(长×宽)为:
长度L=l1+0.8
宽度B=D1+0.8
式中:
l1-----管子长度(米)
D1-----管外径(米)
2)棚架
①起重架与防雨棚合成一体,罩以防雨棚布为工作棚。
②起重卷扬机、滑轮、吊车。
3.2.2顶管工作井内设备安装
(1)导轨安装。
严格控制导轨的中心位置和高程,确保顶入管节中心及高程能符合设计要求。
1)、由于工作井底板浇注了20cm的砼,地基稳定,导轨直接放置在工作井的底板上。
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