市政結(jié)構(gòu)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

夏海

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，城市建設(shè)也獲得了高速度發(fā)展，尤其在"五水共治"的大背景下，全國各地水處理工作開展的如火如荼，使得市政工程的建設(shè)總量也在逐步增加，為保障城市建設(shè)正常的運(yùn)行和對功能效益的合理利用，對各類具有特殊功能的水治理管道需求量也在日益增加。而因?yàn)槊總€都市在建設(shè)之初道路設(shè)計(jì)都相對繁瑣，為提高施工進(jìn)度建設(shè)單元通常都會引入非施工技術(shù)人員幫助完成相應(yīng)的施工目標(biāo)。而身為當(dāng)中的重要技術(shù)種類，頂管施工技術(shù)一直以來都是施工單位關(guān)注，并在實(shí)踐操作中被多次使用過的重要技術(shù)類型，此科技在加快了施工進(jìn)度的同時，也取得了對應(yīng)的施工效果。

關(guān)鍵詞：市政結(jié)構(gòu);頂管工程;沉井結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)研究

沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法在現(xiàn)代市政結(jié)構(gòu)頂管工程中的應(yīng)用頻率非常高，該種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略不僅能夠充分滿足市政工程地下半地下施工需求，施工便捷度高、成本投入低、占地空間小，而且可以實(shí)現(xiàn)不開挖施工操作，施工噪音低，周期短，對周圍環(huán)境的破壞以及對周邊居民的影響都比較小，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價值。所以相關(guān)行業(yè)工作人員應(yīng)當(dāng)對該種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法給予足夠的重視，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中多加應(yīng)用，并在不斷優(yōu)化過程中探索更為科學(xué)的設(shè)計(jì)方式。

一、市政結(jié)構(gòu)頂管工程中的沉井結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

城市為全面完成其各種職能，往往必須鋪設(shè)許多管線。其中頂管井作為一項(xiàng)臨時基礎(chǔ)設(shè)施，由于其安裝期限相對較短且具有成本低廉等諸多優(yōu)越性特點(diǎn)，因而被普遍使用于市政工程中[1]。沉井則是一個比較普遍的市政工程頂部供水管井構(gòu)造形式，在一般的城市公共建筑結(jié)構(gòu)頂管建設(shè)工程中，沉井構(gòu)造的剛性和縱深都相應(yīng)很大，具備了較好的構(gòu)造穩(wěn)定性。但又由于沉井構(gòu)造較深，使得其較為易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)力過大、沉井壁厚過大等狀況，因而直接影響到巿政建筑結(jié)構(gòu)頂管建設(shè)工程。所以要求工程設(shè)計(jì)技術(shù)人員充分地根據(jù)實(shí)際工程實(shí)踐，并嚴(yán)格地按照我國的有關(guān)規(guī)范規(guī)定對我國市政建筑構(gòu)件頂管施工中的沉井構(gòu)造做出了最佳優(yōu)化工程設(shè)計(jì)。

二、頂管井結(jié)構(gòu)方案

（一）沉井結(jié)構(gòu)

該類構(gòu)件在實(shí)際施工使用中有著許多優(yōu)點(diǎn)，如剛性大、穩(wěn)定性好等，所以也是廣泛采用的構(gòu)件型式[2]。但必須注意的是，因?yàn)楦鱾€建筑的特性有所不同，使用此類構(gòu)件若是要求的深度很大，相對的應(yīng)該盡可能減小其內(nèi)力，采用內(nèi)撐方法以保證整體建筑的穩(wěn)定性。這樣既可以降低建設(shè)厚度，又可以很大程度的改善工程品質(zhì)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)際建造作業(yè)時，工程設(shè)計(jì)人員要充分對建筑結(jié)構(gòu)所在地段的各種因素加以考慮，包括流沙或是涌水等特殊的地質(zhì)情況都必須將數(shù)據(jù)匯總后，加以詳細(xì)分析。

（二）地下連續(xù)墻

因?yàn)榈叵逻B續(xù)墻體屬于平面結(jié)構(gòu)，所以在實(shí)際使用的過程中常常會發(fā)生各種問題，比如穩(wěn)定性不好或者墻體在實(shí)際應(yīng)用時會出現(xiàn)變形或裂縫等問題。所以，有關(guān)工程技術(shù)人員在確定使用這種構(gòu)造時應(yīng)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膬?nèi)支撐結(jié)構(gòu)或增添平面環(huán)向加勁梁，有助于保證整個構(gòu)造的使用穩(wěn)定性。在一般情況下，這個構(gòu)造的使用范圍都是在較深的頂管井中，因此有關(guān)這一構(gòu)造的特點(diǎn)和周圍地質(zhì)狀況分析，需要特別重視。

（三）排樁結(jié)構(gòu)

一般情況下，工程單元若是在進(jìn)行頂管井作業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)時，當(dāng)發(fā)覺頂管井平面上存在不規(guī)律且深度大特征的時間，最先思考的便是排樁架構(gòu)設(shè)計(jì)[3]。而想要更進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)定的施工效果，就應(yīng)該更加完善相應(yīng)的止水設(shè)施比如擺噴或旋噴等，因?yàn)檫@種設(shè)置方式可以有效減少了地下水影響施工結(jié)構(gòu)的問題。也減少了在施工時許多不必要的困難。

（四）鋼板樁

鋼板樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具備多種優(yōu)點(diǎn)，具有總體費(fèi)用少、建筑速度快和強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，是一個廣泛與各個建筑工程中的一種構(gòu)件型式。但同樣的，由于這些構(gòu)件在現(xiàn)實(shí)使用時也極為易遭受外界條件環(huán)境影響，包含地質(zhì)條件和地下水位等。所以，在現(xiàn)實(shí)建筑設(shè)計(jì)建造時要重視鋼板樁鋼管的設(shè)置情況，并必須將其輸入到不透水層中以提高建筑品質(zhì)。

三、市政結(jié)構(gòu)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

（一）重量和壁厚設(shè)計(jì)要點(diǎn)

沉井結(jié)構(gòu)下沉施工的實(shí)現(xiàn)原理主要是依靠井體結(jié)構(gòu)的自身重力，但是根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，在下沉過程中經(jīng)常會出現(xiàn)自重力作用達(dá)不到預(yù)期效果的問題[4]。基于此，設(shè)計(jì)人員需要在設(shè)計(jì)方案中重視對外力的應(yīng)用，以確保施工進(jìn)度可以順利進(jìn)行。

（二）標(biāo)高設(shè)計(jì)要點(diǎn)

針對市政頂管工程建設(shè)沉井構(gòu)造的屬性特征，在對沉井頂高度加以設(shè)置時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)頂管工程建設(shè)沉井構(gòu)造的實(shí)際應(yīng)用要求，充分考慮到影響構(gòu)造安全性的各種因素，并對建筑周邊水位加以分析，確定井頂設(shè)置深度高于建筑周邊水位的0.5m以上，以防止工程建設(shè)沉井構(gòu)造在終沉后地層中洪水的滲入。所以，在沉井結(jié)構(gòu)井頂?shù)母叨仍O(shè)計(jì)時，應(yīng)當(dāng)保證高度超過地面0.3m，而具體數(shù)字則要根據(jù)工地的實(shí)際需要制定。

（三）平面尺寸設(shè)計(jì)要點(diǎn)

建筑平面尺度是市政項(xiàng)目沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵性組成部分，其設(shè)計(jì)水準(zhǔn)的好壞影響著沉井構(gòu)造的整體強(qiáng)度、剛性和耐壓技術(shù)能力[5]。在建筑沉井平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其下沉沉降深度宜限制在10m以內(nèi)，最大水平位移限制在100mm，同時保證最大水平位移低于總沉降深的1%。此外，在市政頂管等建筑沉井架構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，還需要根據(jù)其終沉深度對建筑沉井平面尺寸加以確定，因此在前期數(shù)據(jù)測算時，還必須進(jìn)行測試工作。

（四）刃腳踏面標(biāo)高設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)對沉井構(gòu)造抗沖擊剛度的估算，可以確認(rèn)所有的沉井構(gòu)造刃腳必須埋設(shè)在足夠深度。首先，在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮到城市污水處理廠的能力和沉井構(gòu)造各部位尺度要求，并經(jīng)過研究沉井構(gòu)造抗滑動、防傾覆等的穩(wěn)定性能和沉井構(gòu)造刃腳踏面高度相互之間的關(guān)系，以便于大體規(guī)定刃腳踏面高度數(shù)據(jù);然后，工程設(shè)計(jì)要嚴(yán)密地根據(jù)《給排水施工混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中對刃腳踏面高度的規(guī)范計(jì)算并允許偏差，確保在所執(zhí)行的整個沉井架構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，均保留出刃腳踏面高度的偏差。

（五）頂力計(jì)算要點(diǎn)

因?yàn)樵谑姓Y(jié)構(gòu)頂管施工中，施工人員通常通過專門的工作井頂管設(shè)備進(jìn)行管線頂進(jìn)作業(yè)，所以施工人員必須嚴(yán)格控制工程頂力，而影響頂管頂力值的因素主要有管徑尺寸、頂進(jìn)直徑、頂管頂力及其頂進(jìn)阻力等幾項(xiàng)參數(shù)，若在沉井架構(gòu)設(shè)計(jì)中，頂管機(jī)頂力比所規(guī)范的工作井頂理論精度大，則要求有關(guān)設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際狀況，相應(yīng)地降低管線頂進(jìn)阻力[6]。

（六）環(huán)向計(jì)算要點(diǎn)

針對于某些特定的城市公共頂管井構(gòu)件，例如以圓環(huán)沉井井壁為簡殼結(jié)構(gòu)的頂部供水管井，受周圍土壤受壓作用影響，在沉井?dāng)嗝娴氖芰顩r下，拉應(yīng)力相對較小。充分考慮到磚砌體結(jié)構(gòu)和素水泥構(gòu)造通常擁有較優(yōu)異的承壓能力，所以假如在城市公共建筑結(jié)構(gòu)頂管設(shè)計(jì)中采用的圓環(huán)沉井規(guī)模并不大，則提議采用磚砌體結(jié)構(gòu)沉井或者素水泥的圓環(huán)沉井構(gòu)造。

結(jié)束語

綜上所述，頂管井結(jié)構(gòu)施工時必須針對各種狀況選用不同的構(gòu)造與應(yīng)用型式，包括沉水井、地下連續(xù)墻、排樁、鋼板樁和型鋼混凝土樁。對市政結(jié)構(gòu)而言，最關(guān)鍵的就是要確保整體建筑的使用效益和整個空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，如此就可以提高效益的發(fā)揮、凸顯出結(jié)構(gòu)材料在對應(yīng)特點(diǎn)區(qū)域中的使用優(yōu)勢

參考文獻(xiàn)

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