市政頂管工程沉井結構設計要點及運用分析摘""要：在市政工程中，頂管施工技術的應用愈加廣泛。深入探討了市政頂管工程中沉井結構的設計要點與實際運用。沉井結構類型多樣，包括按平面形狀分為圓形、矩形等，按制作方式分為現(xiàn)澆與預制沉井。其具有整體穩(wěn)定性好、承載能力強、施工場地要求低等特點。在設計要點方面，涵蓋尺寸確定，如根據(jù)頂管直徑等確定平面尺寸及考慮多種因素，旨在保障市政頂管工程沉井結構設計與施工質量。關鍵詞：市政頂管工程""沉井結構""井壁""地下水中圖分類號：TU753Key"Points"and"Application"Analysis"of"Open"Caisson"Structure"Design"for"Municipal"Pipe"Jacking"EngineeringSUN"Xiucheng""LI"Chao""LI"Xinxing""JI"LinjianCentral"and"Southern"China"Municipal"Engineering"Design"and"Research"Institute"Co.，"Ltd.，"Wuhan，"Hubei"Province，"430010"ChinaAbstract："The"application"of"pipe"jacking"construction"technology"is"becoming"increasingly"widespread"in"municipal"engineering."The"article"delves"into"the"design"points"and"practical"application"of"open"caisson"structures"in"municipal"pipe"jacking"projects."There"are"various"types"of"open"caisson"structures，"including"circular"and"rectangular"ones"based"on"their"planar"shape，"and"cast-in-place"and"prefabricated"open"caisson"structures"based"on"their"manufacturing"methods."It"has"the"characteristics"of"good"overall"stability，"strong"bearing"capacity，"and"low"construction"site"requirements."In"terms"of"design"points，"it"covers"size"determination，"such"as"determining"the"plane"size"based"on"the"diameter"of"the"top"pipe"and"considering"various"factors，"aiming"to"ensure"the"design"and"construction"quality"of"the"municipal"top"pipe"engineering"open"caisson"structure.Key"Words："Municipal"pipe"jacking"project;"Open"caisson"structure;"Wall"of"the"well;"Groundwater隨著城市的快速發(fā)展，市政基礎設施建設不斷推進。在市政工程中，頂管施工技術由于其對地面交通和周圍環(huán)境影響較小等優(yōu)點，得到了廣泛應用。而沉井作為頂管工程中的一種重要結構，其設計的合理性直接關系到工程的質量、安全和進度，如何保障頂管工程沉井結構設計與應用質量，成為了行業(yè)重點考慮的問題。因此，深入研究市政頂管工程沉井結構的設計要點及運用具有重要的現(xiàn)實意義。1""沉井結構的類型與特點1.1""沉井結構類型1.1.1""按平面形狀劃分沉井平面形狀可細分為圓形、矩形、多邊形。其中，圓形沉井具有更好的受力性，在土質較好的區(qū)域更為適用；矩形沉井具有更高的空間利用率，在場地受限區(qū)域更為適用；多邊形沉井應用較少，適用于特殊環(huán)境或特殊要求的領域[1]。1.1.2""按制作方式劃分沉井可分為預制沉井、現(xiàn)澆沉井。其中，現(xiàn)澆沉井具有更好的整體性，但也需要更長的施工周期；預制沉井可在工廠進行預制，更有助于控制其質量，提高了施工效率。1.2""沉井結構特點2""市政頂管工程沉井結構設計要點2.1""尺寸確定2.1.1""平面尺寸結合多項因素考慮平面尺寸。其中，頂管的數(shù)量、直徑是核心影響因素。如果頂管工程的頂管直徑較大，則也要增大工作井的平面尺寸，從而滿足頂管設備安裝、操作空間要求。假設頂管直徑達到2"m，則工作井平面尺寸可考慮設置成8"m長、6"m寬；假設頂管直徑達到3"m，則工作井平面尺寸可能要達到10"m長、8"m寬。并且，如果同時進行多個頂管施工，則要根據(jù)頂管布置情況對工作井、接收井平面尺寸進行調整。2.1.2""深度確定確定沉井深度時，需要重點考慮頂管埋深要求，要求沉井深度一定大于頂管設計埋深，保障頂管順利進出沉井。同時，要考慮地質條件：如果施工現(xiàn)場為軟土地基，則沉井會產生更大的下沉量，應適當減少沉井深度，避免產生施工風險；反之，如果施工現(xiàn)場地質條件很好，則適當增加沉井深度。在地下水位方面，如果地下水位較高，則在沉降時應采取有效的降水措施，但也會增加施工復雜性和成本。所以，應盡可能減小沉井深度，避免降水難度過高。通常地下水位在地面以下2"m時，沉井深度可設計在地下水位以下5"m左右；地下水位在地面以下5"m時，則沉井深度可設計在地下水位以下8"m左右[2]。2.2""結構計算2.2.1""下沉計算沉井下沉期間，應重點分析下沉阻力、下沉穩(wěn)定性。下沉阻力受到土側摩阻力、刃腳底面反力影響。而土側摩阻力與土壤類型、沉井外壁粗糙度、下沉深度等因素有關。例如：黏性土的側摩阻力相對較大，可達到每平方米幾十千牛。刃腳底面反力與土承載力、刃腳形狀有關。下沉穩(wěn)定性分析應重點考慮重心位置、入土深度、土壤物理力學性質等因素。如若沉井重心偏高、入土較淺，可能在下沉期間出現(xiàn)傾斜問題。所以，在設計中，應采用合理的結構布置、施工措施，確保下沉過程的穩(wěn)定性。2.2.2""封底計算沉井封底應計算封底混凝土強度、抗浮參數(shù)。一般情況下，封底混凝土強度等級不得低于C25，并根據(jù)沉井尺寸、地下水位、土浮力等指標確定封底混凝土厚度。例如：某直徑6"m的圓形沉井，施工所在地的地下水位高、土浮力較大，則考慮將封底混凝土厚度設計為1"m。再者，根據(jù)地下水位、沉井自重、封底混凝土重量等因素計算抗浮，如果抗浮參數(shù)不達標，則考慮增加沉井自重、增設抗浮標桿等措施[3]。2.2.3""井壁計算井壁主要計算強度、裂縫寬度。結合井壁橫向壓力、豎向壓力、土側壓力計算強度。豎向壓力來自沉井自重、頂部荷載；豎平壓力來自土側壓力、地下水壓力；土側壓力采用土壓力理論計算，通常土側壓力系數(shù)在0.3～0.7之間。例如，砂土的內摩擦角為30°，則土側壓力系數(shù)取0.5左右。裂縫寬度應確保不超過0.2"mm，否則會對沉井耐久性造成影響。2.3""構造設計2.3.1""刃腳設計刃腳必須具備足夠的剛度、強度，主要設計成楔形，結合土質條件設計其角度。軟土地基中可適當減小刃腳角度，控制在30°～45°之間；硬土地基則適當增加刃腳角度，控制在45°～60°之間。例如，粉質黏土的刃腳角度通常設置為45°左右。在刃腳處增設鋼筋提高其承載力。根據(jù)刃腳受力情況確定加強筋的直徑、間距，通常直徑為16～25"mm，間距為100～200"mm。2.3.2""井壁厚度根據(jù)沉井深度、直徑、土側壓力確定井壁厚度，無特殊要求下，井壁厚度應在0.4"m以上。如果井深度較大、土側壓力較大，應適當增加井壁厚度。例如：某圓形沉井的深度為10"m、直徑為6"m，則井壁厚度可設計為0.6"m左右。2.3.3""連接構造沉井各個節(jié)段必須要采取可靠連接，包括焊接、螺栓連接等。連接處應進行強度計算、防水處理，確保沉井整體性、密封性。焊接期間應保障焊縫質量達標，要求焊縫強度不低于母材強度。螺栓連接中，應根據(jù)沉井受力情況確定螺栓規(guī)格、間距。一般情況下，螺栓直徑為16～24"mm，間距為200～400"mm。連接部位防水可采用橡膠止水帶、密封膠等材料，確保沉井在下沉、使用期間不會產生滲漏問題。3""市政頂管工程沉井結構的施工工藝3.1""施工準備前期要做好施工場地平整工作，清理障礙物，保障施工場地滿足沉井制作、下沉要求。在場地平整后，高差不得超過0.3"m，以保障沉井的平整度。清理干凈場地內的大塊石頭、建筑垃圾。根據(jù)設計圖紙測量放線，確定沉井位置、尺寸，要求平面位置誤差不超過50"mm，高程誤差不超過30"mm。例如，若沉井的設計中心坐標為（X=1000.00，Y=2000.00），則實際測量的中心坐標應在（X=999.50～1000.50，Y=1999.70～2000.30）范圍內。正確使用全站儀等設備，保障沉井位置精準無誤[4]。根據(jù)沉井尺寸、深度開挖基坑，底部夯實處理，確保沉井穩(wěn)定性?；由疃葢_到沉井深度的1/3～1/2。例如：沉井深度為10"m，則基坑深度應在3～5"m之間?；拥撞坎捎脵C械與人工結合夯實方法，要求地基承載力不低于設計標準。通常小型沉井承載力應在100"kPa以上；大型沉井承載力在150"kPa以上。3.2""沉井制作使用高強度、高剛度的模板，大型沉井使用鋼模板以保障重復利用率、施工效率，面板平整度誤差不得超過2"mm。木模板應保持表面光滑，無裂縫、變形。安裝期間應確?？煽啃?、拼接嚴密、不得漏漿。拼縫處使用密封條密封。在模板內綁扎鋼筋，通常選擇熱軋帶肋鋼筋。鋼筋直徑為16～25"mm、箍筋直徑為8～12"mm，保持間距均勻，鋼筋綁扎牢固，不得出現(xiàn)松動情況[5]。采用混凝土分層澆筑法，每層厚度不超過500"mm，強度等級不低于C30。水泥、砂、石、水比例為1∶2∶3∶0.5。澆筑期間振搗確?；炷撩軐嵍?。根據(jù)振搗器類型確定振搗時間，通常插入式振搗器的振搗時間為20～30"s，平板式振搗器振搗時間為30～40"s。3.3""沉井下沉土質好、地下水位低的區(qū)域采用排水下沉方案。在井內設置排水系統(tǒng)，將地下水排出井外，之后通過機械、人工等方法是沉井下沉。井點降水深度為沉井底部2～3"m，井點間距為1.5～2.0"m；集水井深度為沉井底部以下1.0～1.5"m，間距為5～10"m。其間嚴格控制沉井下沉速度，每天下沉量不宜超過1"m。土質較差、地下水位較高的區(qū)域采用不排水下沉方案。通過向井下注水，讓水位略高于地下水，使用抓斗、吸泥機等設備挖掘使井下沉。通常注水高度應高于地下水0.5～1.0"m。挖掘速度根據(jù)沉井下沉情況確定，通常每天下沉量不宜超過0.5"m。3.4""封底與底板施工待到沉井下沉到設計深度后進行封底施工。封底混凝土強度不低于C30，厚度為1.0～1.5"m。使用導管法進行水下混凝土澆筑，導管間距為3～5"m。保持澆筑的連續(xù)性，根據(jù)混凝土供應情況、導管埋深控制澆筑速度。待到封底混凝土強度達標后進行底板施工，底板混凝土強度不低于C30，厚度為0.5～1.0"m，分層澆筑厚度為0.3～0.5"m。分層澆筑、分層振搗，確?；炷恋拿軐嵍萚6]。綜上所述，市政頂管工程中沉井結構的設計和運用是一項復雜而重要的工作。在設計過程中，應充分考慮沉井的類型、特點、尺寸確定、結構計算、構造設計等方面的要點，結合實際工程情況，選擇合理的設計方案和施工工藝。同時，在施工過程中應加強質量控制和安全管理，確保沉井結構的穩(wěn)定性和可靠性。通過合理的設計和施工，沉井結構在市政頂管工程中能夠發(fā)揮重要的作用，為城市基礎設施建設提供有力的支持。[1]"閆輝峰，張琳.市政結構頂管工程沉井結構設計研究[J].中國住宅設施，"