摘要：结合工程实际，介绍了在砂质土条件下，市政污水管道工程采取人工顶管法施工时深工作坑施工方案的选取及理论验证，同时对施工过程中需注意的重点事项给出了建议。
关键词：砂质土 顶管施工 深工作坑
1 工程概况
新郑市龙湖镇污水连通干管工程位于龙湖镇辖区内，地势高差较大。管材为D1200mm的Ⅲ级钢筋混凝土“F”型接口管，管线全长为1420.91m。地质勘察报告显示，沿线土质多为粉土、粉砂。工程场地土自上而下依次为：素填土、粉土、粉砂。粉砂层一般分布于地表以下8.5m～12.7m。土质类型为中软场地土，场地类别Ⅲ类。地下水位在自然地坪下10.3m～15.7m。
为满足顶管施工需要，结合现场实际情况，沿线共设置工作坑24座，其中8m以上13座，8m以下11座，最深的工作坑距地表11.3m。工作坑设计深度内无地下水。
2 支护方案的选取
经过数次专家论证，本工程最终确定采用下述支护方案：工作坑深度小于8m的设计为矩形，沿管线方向展布，基底按平面尺寸3m×4m设计，以满足施工人员，机械设备及支护的需要。上口按照1：0.1的放坡系数进行放坡，采用槽钢及竹模板组合进行支护，实践证明，效果良好。工作坑深度大于8m的设计为圆形，以图纸设计检查井中心为圆心，根据机械设备及支护的需要放样出直径为5.3m的圆形工作坑。圆形工作坑采用两种支护结构施工，即0～8m深度内用普通粘土砖砌厚为240m墙支护，深度大于8m时用倒八字形混凝土支护。其平面布置如图1，剖面图如图2。
3 支护方案的理论验证
本工程结合支护方案和现场实际情况，综合考虑库仑土压理论和朗肯土压理论的使用条件和基本假定，出于安全方面考虑确定支护方案的理论验证采取朗肯土压理论中的主动土压力进行计算。
朗肯主动土压力公式：
式中：Ea——主动土压力（KN）；γ——土的容重（KN/m3），采用加权平均值；h——挡土桩长（m）；φ——土的内摩擦角（°）。c——土的粘聚力（KN）。
考虑工作坑周边堆载，取地面均布荷载q=10kN/m2
对式（1）进行修正
结合上述基本理论，根据实际情况选取相应参数，对深度大于8m的工作坑全部进行了理论计算，结果证明所选取的方案是安全的。
4 施工过程中重点注意事项
4.1 信息化施工
建立专人专坑负责制，随时对施工过程进行监控，发现问题及时上报，迅速处理，时刻保持信息畅通。
4.2 应急措施和预案
深坑支护必须有相应的应急措施和预案。譬如每个坑内必须确保有2根以上的救生绳，必须有一根通气管露出地面等应急措施，防患于未然。
4.3 逆行作业法施工质量的控制
结合现场实际情况，应重点从以下几个方面进行控制：
4.3.1 砌筑质量。对进场材料进行严格控制和验收。砖墙砌筑弧度应平缓圆滑，不能出现尖角和折角，以避免出现应力集中。砖墙背面要紧靠土壁，不留间隙，因为砌筑自上而下进行，砖墙本身的自重一部分是靠其与土体的摩擦力来承受，所以墙背与土体必须紧密接触，其次是为了避免周围土壁受到震动坍塌而对砖墙施加动力冲击荷载，造成更大的破坏。严格控制墙体垂直度，砌筑完成后墙体垂直度偏差小于3%，以避免附加弯矩的影响。墙体竖向灰缝要严格按照规范要求控制其宽度和砂浆强度，砂浆一定要饱满，因为竖向灰缝的饱满度和砂浆强度在环向压力作用下显得至关重要。
4.3.2 开挖和砌筑速度。现场采用人工分层开挖，根据现场地质情况，在保证安全的情况下确定每次开挖深度为0.5m～1m。且开挖必须采取分部分段开挖，在每次设定的开挖深度范围内至少分3段，挖一段砌一段，随挖随砌，逐渐扩展一周，决不允许一次开挖成型。上部砌体的重量从开始的下面土体承受逐渐转化为下段砌体承受，所以必须保证每段砌体有了一定强度之后才开始开挖下部土体。现场是在5月份施工，要求每天砌筑高度不超过1m，砌完之后，即刻涂抹水泥砂浆照面，隔一天再行开挖下部土方，严格控制砌筑速度和开挖速度。
4.3.3 随时注意卸载。工作坑周边不允许堆载，开挖出的土方必须当时清运出工作坑施工区域外，避免增加荷载而引起塌方。
4.3.4 钢筋砼质量的控制。砼自吊斗口下落的自由倾落垂直高度不得超过2m，浇注井壁砼时，在模板侧面开门子洞安装斜溜槽分层浇注，每层高度1m，每层砼浇注振捣密实后将门子洞模板封闭严实，并固定牢固。每段浇注之后间隔3天再行开挖下部土方，两段之间的结合部位严格按照规范规定的施工缝处理方法执行。
4.3.5 防雨和排水措施。这是雨季施工需要重点考虑的问题。工作坑上口周边必须用水泥砂浆做散水，底部周边设置排水明沟，砌筑集水坑，每坑附设一台污水泵，配备足够面积的彩条布。
4.3.6 变形观测。对沿线工作坑周边道路、高压线杆和围墙设置沉降观测点，高度重视沉降变形观测，一旦发现异常情况，立刻采取相应措施。本工程根据实际情况，沿线采取了注浆法进行了有针对性的处理。
5 结论
该工作坑支护方案充分考虑了砖砌体和砼抗压强度高的特点，历经5.12汶川地震的考验，无开裂现象发生。本工程沿线周边道路、高压线杆和围墙的变形监测结果表明，最大沉降值为10mm，最大倾斜值为0.07％，属正常允许范围。本工程所采用的工作坑支护综合处理方案是有效的，达到了施工周期短、投资少和保证坑体稳定及周边安全的目的。
参考文献：
[1]建筑地基基础设计规范.北京：中国建筑工业出版社，2002.
[2]建筑边坡工程技术规范.北京：中国建筑工业出版社，2002.
[3]赵明华.土力学与基础工程.武汉理工大学出版社.2003.8.
作者简介：
魏国安（1981－），男，河南郑州人，硕士，主要从事建设工程设计、施工、管理以及相关教学研究工作。
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