深大现浇污水检查井重型顶板预制安装技术.docx
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深大现浇污水检查井重型顶板预制安装技术
深、大现浇污水检查井重型顶板预制安装技术
1前言
沉井法又称沉箱凿井法，是在土层开挖前,在井简设计位置，把预先制好的一段6~7m长的整体井壁，靠自重局部沉入土中，然后在它的掩护下,边掘进边下沉,相应砌筑井壁,通常称为普通沉井法。
该方法是目前顶管工程工作井及接收井施工的主流方法之一。
沉井施工完成后，需要封闭井室，传统方式是从井底搭设满堂脚手架至井室顶部，安装底模，再采用现浇的方式进行顶板施工。
但是该方式施工时间长，耗费资金多。
2技术特点
本技术针对深、大现浇污水检查井重型顶板施工，采用现浇牛腿、分节预制顶板吊装和顶板湿接、四周湿接的工艺流程，在井壁顶部中心增加6道钢筋混凝土牛腿作为支撑，与最后一节井壁同时浇筑，吊装就位后板间采用吊模法湿接，再将四周预留钢筋连接完成湿接。
取代传统的搭设满堂支架的方式进行施工，施工周期更短，安全系数更高。
图2.1牛腿平面示意图
图2.2牛腿剖面示意图
图2.3顶板施工示意图
在顶板施工时，项目采取了多种施工工艺，但都因各类施工缺点而放弃，而本工法阐述的增加牛腿支撑，预制顶板，吊装湿接的施工工法，以其各项优点脱颖而出，下列表格将其进行详细对比：
施工工艺对比
工艺名称
深、大现浇污水检查井重型顶板预制安装技术
传统满堂支架现浇检查井顶板施工工艺
施工工艺
在井壁顶部中心增加6道牛腿作为支撑，顶板在长度方向上分成两块预制，中间及与井壁接触部分采用60cm湿接缝。
搭设满堂脚手架作为顶板底模支撑，再采用现浇的方式进行顶板施工
优缺点
无需底模支撑，施工速度快，工期短，但必须严控牛腿施工质量。
施工方法简单，但搭拆满堂脚手架费工费时，拆除的脚手架和模板只能从预留洞口逐件运出，而且模板损耗大。
经济效益
施工成本较低
施工成本较高
表2.4新旧顶板施工工法对比
3适用范围
主要适用于污水检查井深度较深且位于不良地质上，采用沉井施工，顶管完成后沉井兼做污水检查井，顶板为现浇混凝土与井壁固结，预留检查人孔（D700mm）。
4工艺原理
在本项目的顶管的工作井、接收井施工过程，项目采用在井壁顶部中心增加6道牛腿作为支撑，根据顶板重量等荷载验算出各个牛腿的配筋。
由于顶板重量较大，且厚度较小，若整块吊装容易产生裂纹，故在长度方向上分成两块预制，吊装完成后，中间及与井壁接触部分采用60cm湿接缝施工。
5工艺流程
5.1工艺流程
最后一节沉井施工
牛腿钢筋绑扎
牛腿支模
浇筑砼
顶板吊装
湿接缝
顶板完成
牛腿验算
预制顶板
材料进场
图5-1;沉井法顶板新施工工法流程图
5.2牛腿验算
本项目的顶管工作井及接收井有矩形5m*7m，矩形3m*5m，圆形D=5.6m，圆形D=7m四种尺寸，平均深度为7~10m。
根据验算得出，所有工作井、接收井的牛腿尺寸及配筋情况如下表所示：
序号
井尺寸/m
牛腿所在的井室长度/m
牛腿顶部按荷载效应组合计算的竖向力值Fvk/N
竖向力设计值
Fv/N
牛腿宽b/mm
牛腿外边缘至下柱边缘的水平距离b1/mm
竖向力作用点至下柱边缘的水平距离a/mm
牛腿高度h/mm
纵向钢筋/mm
水平箍筋/mm
1
5m*7m
8.2
1771471
2302912
700
500
250
1174
4C20+4C18
A10@50
2
5m*7m
6.2
1339405
1741226
700
500
250
959
4C20+2C18
A10@56
3
3m*5m
6.2
939984
1221979
600
400
200
788
4C20
A12@83
4
3m*5m
4.2
636763
827792
400
400
200
797
4C18
A12@101
5
D=5.6m
无
838613
1090197
550
400
200
773
2C20+2C18
A12@81
6
D=7m
无
1266609
1646592
700
500
250
922
2C20+4C18
A12@73
具体验算方式见附件一：
牛腿验算。
5.3钢筋工程
按图纸要求加工好钢筋，然后根据不同的结构部位合理地安排好钢筋的绑扎顺序，按规范要求进行焊接和混凝土保护层垫层的设置。
5.4模板工程
钢筋绑扎成形并经过隐蔽工程验收合格后即可进行模板的安装。
模板采用木模板。
为了防止浇混凝土时发生胀模或爆模情况，牛腿模板采用M16止水对拉螺杆紧固。
对拉螺杆的纵、横向间距均为800mm。
底部第一道对拉螺杆的中心离300mm。
模板成形后用围檩管和顶帽、M16mm止水拉杆螺杆、山型卡等模板配件加以固定，围檩用2∅48mm钢管，以0.5m×0.6m纵横设置。
模板必须用线锤吊垂直，确认尺寸无误即可将模板固定在作为支撑体系的内脚手架上。
5.5浇筑砼
浇筑混凝土前必须完成的工作主要有：
钢筋已经隐检符合质量验收规范与设计要求；模板已安装并经过检查验收合格，模板内的垃圾及杂物已清理干净，模板已涂刷脱模隔离剂；牛腿位置、尺寸、标高已经过复核无误；由专业试验室或混凝土制品厂提供的混凝土配合比设计报告已经审核批准实施；首次使用的混凝土配合比应进行开盘鉴定，进场混凝土应进行配合比泵送工作性能鉴定，其工作性能应满足设计配合比的要求。
浇筑混凝土时，混凝土搅拌车将混凝土料从搅拌站运到现场，由现场的技术人员对混凝土的配合比和易性和坍落度进行检查。
在混凝土符合质量和施工要求后，即可进行浇捣。
混凝土料送入模板内，布料要合理地选择浇捣起始点和走向。
混凝土料的分配要合理，注意在浇捣过程中不产生冷缝，布料要对称、分层、均匀地进行，对每点的放料要加以控制，使放料高度控制在50cm以内。
混凝土料的供应要连续，以确保混凝土浇捣正常进行。
混凝土入模后，要及时充分振捣，使混凝土密实，不能漏振，也不能过振，否则会影响混凝土的质量。
在振捣混凝土时，插点要均匀，振动棒应快插慢拔。
一般当混凝土表面平坦，出现浮浆，不再下沉时为宜。
振动器距离模板不应大于振动器作用半径的0.5倍，但不宜紧靠模板振动，且应尽量避免碰撞钢筋。
5.6预制顶板
顶板预制过程较为简单，就不一一细说，以5m*7m的顶板为例，如下图所示尺寸，分成两块顶板预制，预留60cm的湿接部分。
图5.6顶板施工示意图
5.7顶板吊装
（1）顶板规格尺寸
顶板尺寸
3m*5m
5m*7m
D=5.6m
D*7m
一块顶板重量（kg）
18750
43750
24618
38465
预制顶板重量（kg）
18750
20000
17114.5
18000
（2）考虑到预制的顶板重量较大，顶板吊装过程中选取50t汽车起重吊车进行安装，顶板按重量估计值为20吨，最大方形沉井尺寸为5m*7m，考虑到吊车距离坑边安全因素及吊车性能，吊车起重臂最小工作半径取6m，具体吊装验算见附件二。
5.8湿接缝施工
首先将相邻顶板钢筋上的水泥砂浆铁锈清除于净。
采用吊模施工方法，先将底模安装牢固，用螺栓锁紧，缝隙封堵，再进行钢筋的焊接，然后进行湿接缝砼浇筑，必须连续一次性浇筑，捣实施工完毕。
浇筑高度与相邻面板顶面齐平。
6设备选用
序号
机械
规格、型号
备注
1
汽车吊
50T
2
交流电焊机
AX-300-1
3
振捣棒
4
发电机
50kw
5
钢筋加工设备
6
木工机械
7质量保证措施
7.1应执行的质量标准规范
《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015
7.2砼浇筑控制
1、砼浇筑前应对模板、钢筋和预埋件进行检查并做好记录，检查砼的均匀性和坍落度，符合设计要求后方可浇筑。
2、从高处直接倾卸时，其自由倾落高度不宜超过2m，以不发生离析为度。
3、砼按一定厚度、顺序和方向分层浇筑，在下层砼初凝前浇筑完成上层砼。
上下层同时浇筑时，上层与下层前后浇筑距离保持1.5m以上。
4、使用插入式振动器时，移动间距不超过振动器作用半径的1.5倍；与侧模应保持50—100mm的距离；插入下层砼50—100mm；每一处振动完毕后边振动边徐徐提出振动棒；避免振动棒碰撞模板、钢筋及其他预埋件。
5、对每一振动部位必须振动到该部位砼密实为止。
6、砼的浇筑连续进行。
7、砼浇筑完成后，对砼裸露面及时进行修整、抹平，待定浆后再抹第二遍并拉毛。
当裸露面面积较大或气候不良时加盖防护，但在开始养生前，覆盖物不得接触砼面。
8、以同等条件制作和养护砼的试块，以测定其抗压强度。
9、浇筑砼时，填写砼施工记录。
7.3砼养护
1、砼浇筑完成后，在收浆后尽快予以覆盖和洒水养护，覆盖时不得损伤或污染砼的表面。
2、当气温低于5℃时应覆盖保湿，不得向砼面上洒水。
3、砼养护用水的条件与拌和用水相同。
4、砼的洒水养护时间一般为7天，可根据空气的湿度、温度和水泥品种及掺用的外加剂等情况酌情延长或缩短，每天洒水次数以能保持砼表面经常处于湿润状态为度。
5、砼强度达到2.5Mpa前，不得使其承受行人、运输工具、模板等荷载。
8安全保证措施
8.1应执行的安全标准
《建筑施工安全检查标准》JGJ59-99
《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33-2001
《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-2005
8.2安全措施
1、按施工现场安全防护规定对深基础临边、模板支撑、脚手架搭拆、四口五临边、卸料平台，各类大型机械拆装和运行中的环节进行防护，并对防护情况进行检查和验收。
2、操作前应检查所有工具、电焊机、电源开关及线路是否良好，金属外壳应有安全可靠接地，进出线应有完整的防护罩，进出线端应用铜接头焊牢。
3、凡吊装物体（钢材、砖、钢模、钢管等）应捆绑牢固，并有专人司索、指挥。
4、所有移动、手持电具，都应具有二级漏电保护和外壳接零保护，保持电具手持部分有良好的绝缘性，电线无破损，插头插座应完整，严禁不用插头而用电线直接插入插座内。
8.2.5在拼接管段前或因故障停顿时，应加强联系，及时通知工具管头部操作人员停止冲泥出土，防止由于冲吸过多造成塌方。
5、木工平刨口要有安全装置。
木板厚度小于3公分，严禁使用平刨。
平刨和圆锯不准使用倒顺开关。
9环境保证措施
在本工程施工的全过程中，系统地采用和实施一系列环境保护管理手段，以期得到最优化的结果。
根据客观存在的粉尘、污水、噪声、废气和固体废物等环境因素，实施全过程污染预防控制，尽可能地减少或防止不利的环境影响。
9.1施工噪声
1、施工期间严格执行合作区对建筑施工噪声污染控制管理的相关规定。
2、由于特殊原因须在夜间从事超标准的、危害居民健康的建设施工作业活动的，必须事先向作业活动所在地的环境保护主管部门办理审批手续，并向周围居民进行公告。
3、根据施工项目现场环境的实际情况，合理布置机械设备及运输车辆进出口，搅拌机等高噪声设备及车辆进出口应安置在离居民区域相对较远的方位。
4、合理安排施工机械作业，高噪声作业活动尽可能安排在不影响周围居民及社会正常生活的时段下进行。
5、对于高噪声设备附近加设可移动的简易隔声屏，减少噪声对周围环境的影响。
6、如发现有超标现象，应采取对应措施减缓对周围环境敏感点造成的环境影响。
10效益分析
10.1工期效益
按完成一块顶板计算。
满堂支架法：
搭设满堂脚手架（3天）、支模及绑扎钢筋（2天）、浇筑砼（1天）、养护时间（7天）、拆除脚手架及模板（4天），合计17天
牛腿法：
牛腿钢筋绑扎及支模浇筑砼（1天）、养护时间（7天）、顶板预制（非关键路线）、吊装及湿接缝（1天），合计9天。
综合每一块顶板可减少工期8天。
10.2经济效益
按施工5m*7m的顶板计算
满堂支架法：
假设沉井深度为8米，搭拆5m*7m*8m的脚手架费用为0.87万元，浇筑顶板的费用为3.02万元，合计3.89万元：
牛腿法：
牛腿尺寸见5.2，牛腿制作费用为0.27万元，顶板预制费用2.75万，吊装费用0.09万元，湿接缝费用0.16万元，合计3.27万元：
综合每一块顶板采用牛腿法可节约0.62万元左右。
10.3社会效益
本技术解决了深汕项目工期紧，施工周期短的问题，对之后的顶管工程以及道路施工能够在工程节点前完成提供了很大的助力。
由于在国内通常处理工艺为满堂支架法，其施工工期长、造价高。
该项技术取代井内支架现浇法，有效解决检查井人孔小模板无法循环使用、脚手架拆除困难、施工速度慢等问题，同时规避了受限空间施工、高处作业等安全风险，大大缩短了施工时间、保证了施工质量，使每块顶板施工时工期均能缩短8天，得到了业主的好评，产生了良好的社会效益。
11工程实例
工程名称
施工日期
（年、月）
顶板规格尺寸
工程数量（块）
应用效果
m
顶管工程
2017.6
-2017.12
5*7
3*5
D=5.6
D=7
2
2
1
1
混凝土强度符合要求，综合缩短工期48天，节约成本约3.7万元。
顶管工程
2017.11
-今
5*7
3*5
D=5.6
D=7
1
2
1
1
混凝土强度符合要求,综合缩短工期40天，节约成本约3.1万元。
图11-1工程应用表
附件一：
牛腿尺寸验算.
1顶管工程.5m*7m的工作井，在其四条边的中点各增加一个牛腿，共计4个牛腿。
根据受力分析，四个牛腿仅受竖向力作用。
根据长短边的比例分配，作用于长边牛腿顶部按荷载效应组合计算的竖向力值
，竖向力设计值为
作用于长边牛腿顶部按荷载效应组合计算的水平拉力值
，水平拉力设计值为
竖向力作用点至下柱边缘的水平距离a=250mm（包括已考虑的偏差20mm在内），牛腿底面倾斜角采用
。
牛腿外边缘高度采用
（h为牛腿高度）。
（1）已知条件
混凝土强度等级C30，
（2）计算牛腿高度h
因该牛腿仅有
，而
，按以下公式计算得：
取
则
则
满足要求。
（3）牛腿局部受压承载力计算
满足要求。
（4）求承受竖向力所需的纵向受拉钢筋截面面积
因为
应用公式
选用4C20+4C18，则
满足要求。
（5）竖向力作用下纵向受力钢筋配筋验算
则
满足要求。
（6）求牛腿的水平箍筋
在牛腿上部2
范围内的水平箍筋总截面面积不宜小于承受竖向力的受拉箍筋截面面积的1/2。
即在
范围内水平箍筋总截面面积不宜小于
。
水平箍筋选用直径A10，间距s=50mm，双肢箍，在
范围内有15层水平箍筋，则算得
，满足要求。
则在牛腿高度（h=1174mm）范围内，总的水平箍筋截面面积为1806mm2（箍筋直径A10，间距s=50mm，双肢箍）。
（7）求弯起钢筋
因为
，可不设置弯起钢筋，即
。
同理可算出，该工作井短边的牛腿在
的情况下，h=959mm，纵向受拉钢筋选用4C20+2C18，水平箍筋选用直径A10，间距s=56mm。
附件二：
吊装验算
考虑到预制的顶板重量较大，顶板吊装过程中选取50t汽车起重吊车进行安装，顶板按重量估计值为20吨，最大方形沉井尺寸为5m*7m，考虑到吊车距离坑边安全因素及吊车性能，吊车起重臂最小工作半径取6m。
50吨汽车起重机起重性能表
（一）
1吊装受力验算
（1）起重高度计算
H≥H1+H2+H3+H4
式中H——起重机的起升高度（m）；
H1——从停机面算起至安装支座表面的高度（m）；
H2——安装间隙，视具体情况而定，一般取0.2~0.3m；
H3——绑扎点至构件起吊后底面的距离，取板厚0.5（m）；
H4——索具高度（m），绑扎点至吊钩的距离，视具体情况而定。
取H1＝2米，H2＝0.2米，H3＝0.5米，H4取10.7米。
选用起重机的起重高度H≥12.42米，起重高度取13.2m。
（3）吊起重量计算
KQ吊≥Q1+Q2时即满足要求；
K——起重量降低系数，一般取0.9；
Q吊——主机起重；
Q1——构件重量；
Q2——索具重量（0.2吨）。
A、吊装外边板选取参数
作业半径：
6米；
起重臂臂长：
10.7米；
起重机荷载：
24吨。
边梁：
KQ吊≥Q1+Q2即：
0.9×24≥20+0.2
起重量>顶板重量
因此起重量满足要求。
取停机点距起吊点水平距离为6m，可计算出起重机的起重高度H=√（625-196）=20.712m≥H1+H2+H3+H4=13.2m。
因此起重高度满足要求。
2、索具、卡环等工具的选择
（1）钢丝绳拉力计算：
N=K1*G/n*1/Sinα≤P/K2
式中：
N—每根钢丝绳索具的受拉力；
G—梁板质量的一半；
n—吊索根数；
α—吊索钢丝绳与板梁水平夹角；
P—吊索钢丝绳的破断拉力；
K1—吊装时动载系数，取1.2；
K2—吊索钢丝绳的安全系数，取6倍安全系数。
梁板质量的一半G=20/2=10KN，α取60°
N=K1*G/n*1/Sinα=1.2*10/2*1/Sin60°=6.928KN
拟选用6*37丝，钢丝绳φ34.5mm，公称抗拉强度1700N/mm2，破断拉力总和75.8KN。
SP=ΨΣSi
式中SP——钢丝绳的破断拉力，KN；
ΣSi——钢丝丝绳规格表中提供的钢丝破断拉力的总和，KN；
Ψ——钢丝捻制不均折减系数，对6×37绳，Ψ=0.82。
SP=0.82*75.8=1783.5KN
∵N=10KN
∴选用6*37丝，钢丝绳φ34.5mm，公称抗拉强度1700N/mm2，破断拉力总和75.8KN，钢丝绳满足要求。
（2）卡环的选择计算
吊装质量最大支撑时拉力N=46.8KN，卡环的允许荷载[FK]=40d2，拟选用17.5型卡环，查《路桥计算手册》15-15表得知d=64mm，
[FK]=40*642=163.84KN>46.8KN满足要求。
因此，采用汽车吊时选用17.5型卡环。
3、抗倾覆验算
为保证汽车吊在吊装过程中的稳定，需进行抗倾覆验算，即需使稳定力矩大于倾覆力矩。
查《起重机设计规范》可知：
KGMG+KQMQ+KWMW≥0
式中：
KG——自重加权系数，取1
KQ——起升荷载加权系数，取1.15
KW——风动载加权系数，取1
MG、MQ、MW为汽车吊自重、起升荷载、风动荷载对倾覆边的力矩，N•m；
覆边的力矩，N•m；
汽车吊工作时受力简图
图中：
G——汽车吊自重，取79.68+80t；
Q——起升物重量，取62.00t；
W——风动载，按起升物重量的20%考虑；
a——汽车吊重心至支脚倾覆支点的距离，支腿全伸10m，故a取5m；
R——汽车吊工作半径，最大取13m；
h——风动载合力点高度。
KGMG+KQMQ+KWMW
=1×G×a-1.15×Q×（R-a）-1×W×h
=（79680+80000）×5-1.15×62000×（13-5）-0.2×62000×（2+0.2+0.95/2）=194830N•m＞0
故稳定性满足要求。
4、地基承载力验算
汽车吊工作时最不利的情况是3点着地，也就是3个支腿支持着整台吊车的重量（包括自重和荷重），即：
单个支腿最大支承力=1/3（G+Q）=1/3*（79.68+80+72）=77.227（t）
式中：
G—汽车吊自重，取50t吊车验算，为79.68+80t,
Q—汽车吊最大荷重（额定荷重），为72.7t。
汽车吊对路基的压强应为：
单个支腿最大支承力/s=77.227/0.09=858（t/㎡）=8.58MPa
式中：
S—支腿着点面积
因此，50t汽车吊工作时地基承载力的要求为不小于8.58MPa，而处理后的路基地基承载力设计要求不小于30Mpa，故满足吊装要求。
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