淺談鋼結構在S237沿線過入海水道和蘇北灌溉總渠頂管工程中的應用

杜 磊 陳 韜 張德華

（1.淮安市淮安區(qū)水利建筑工程公司 淮安 223200 2.江蘇省淮安市淮安區(qū)水利局 淮安 223200）

隨著城市基礎設施建設的不斷發(fā)展，沉井施工應用在水利工程中日益普遍。沉井施工具有突出優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在施工時對周圍環(huán)境、建筑物影響較小。而且沉井可以節(jié)省用地，可根據(jù)地勘情況，靈活選擇沉井方式，相比開挖基坑，其挖土量較少，防護措施好落實，所以沉井施工應用范圍廣泛。本文以淮安區(qū)S237 沿線過入海水道和蘇北灌溉總渠頂管工程中沉井結構設計和施工為例，介紹一種鋼筋混凝土與鋼結構組合的沉井結構形式。

1 工程概況

淮安區(qū)S237 沿線過入海水道和蘇北灌溉總渠頂管工程采用鋼管頂管施工，管道采用雙路DN1400 涂塑復合鋼管，單管長度約1144m，管頂標高-12.20m。設兩座工作井、一座接收井，工作井內(nèi)尺寸均為12m×8m，接收井尺寸為8m×8m，井深均為22.85m。防洪補償主要包括高壓水泥旋噴樁約13750m，以及護坡約4039.2m2，總投資為4200 萬元。

2 鋼結構設計

2.1 鋼筋混凝土與鋼結構井壁的比較

在沉井工程設計中，要求設計者對鋼筋混凝土與鋼結構的區(qū)別有一個深刻的認識。下面從5 個方面進行分析。

2.1.1 材質

鋼筋混凝土結構主要由鋼筋和混凝土兩種材料組成，整體性好、自重大、強度高、剛度大，通過選取不同類型、功能的混凝土，可以滿足較高的抗侵蝕、抗?jié)B、抗凍等級要求。鋼結構主要都由鋼構件拼接而成，自重相對較輕，具有一定的柔韌性，但其整體性、密封性、耐火性較差，抗外界腐蝕能力弱，強度與剛度也不及鋼筋混凝土結構。

2.1.2 受力狀況

鋼筋混凝土結構由于包含鋼筋和混凝土兩種材料，受力狀況比較復雜，力的傳遞途徑不明確。即使借助模型分析軟件得到的計算結果，與實際情況仍有一定的差別。鋼結構主要的受力構件均為鋼構件，因而受力傳遞簡單，途徑明確。通過軟件進行模型計算分析，結果與實際受力情況較接近。另外，鋼筋混凝土結構的超靜定次數(shù)通常比鋼結構要多一些，構件連接處節(jié)點的剛度也比鋼結構大。

2.1.3 施工工藝

在沉井工程中，鋼筋混凝土結構一般都是支?，F(xiàn)澆。沉井較深時，往往還分二次或三次澆筑。而中大型鋼結構大多都是在工廠或工地預制場預先加工好各種部件，然后運到現(xiàn)場吊裝、拼接和焊接。

2.1.4 施工周期

在沉井工程中，對于同等體積的井壁，采用鋼結構的施工速度會比鋼筋混凝土結構快得多。尤其當沉井分二次或三次澆筑下沉時，若采用鋼結構可節(jié)省大量混凝土養(yǎng)護時間。

2.1.5 造價分析

在沉井工程中，二者的造價差別與材料各自的市場價格直接相關。但鋼結構的工期短，在成本控制中，縮短施工工期將直接帶來可觀的經(jīng)濟效益。而且鋼結構工地相對容易清理，也不會產(chǎn)生較大的噪音和揚塵污染，可減少措施費的支出，在綜合效益上鋼結構明顯更好一些。

2.2 鋼結構設計過程

在設計時要綜合考慮鋼結構的特點和工程造價等因素，同時結合不同建筑物的特點，選擇合理經(jīng)濟的結構形式；布置結構時，要求整體剛度和柱間抗側支撐分布均勻。在沉井工程中，要考慮和驗算沉井自重、摩擦力是否滿足下沉要求，井壁強度、剛度能否承受側向土壓力等。

本工程中的工作井和接收井原為鋼筋混凝土結構矩形沉井，鋼筋混凝土井體強度達標養(yǎng)護期長。由于工程施工期正值淮河流域主汛期，為防止淮河入海水道行洪對接收井施工造成影響，應建設單位要求，對G1 工作井和J1 接收井采用下部鋼筋混凝土結構、上部鋼結構的組合形式，同步進行下部混凝土現(xiàn)澆和上部鋼結構預制的施工方法，從而縮短沉井制作工期，確保如期完成頂管工程。

G1 和J1 沉井高程-16.4m 至-5.65m 段（10.75m高）按原設計鋼筋混凝土沉井制作，高程-5.65m至6.45m 段（12.1m 高）為先期預制、快速安裝的鋼結構井壁沉井。支撐體系為HM600 鋼柱，內(nèi)設HM300 鋼圍檁，外設12mm 厚鋼板封閉擋土。鋼結構井壁與鋼筋混凝土井壁采用預埋地腳螺栓連接。

3 鋼結構制作及安裝

3.1 加工制作

鋼結構沉井制作流程：材料進料驗收→制作圖樣→編制工藝卡→放樣、落樣→下料→組對→焊接→矯正→除銹、防腐→驗收→運輸。

鋼結構的原材料鋼材和焊材須符合國家標準，其各項指標須符合設計要求。鋼構件制作須符合施工圖要求，按施工詳圖放樣。放樣完成之后，須校對大樣基本尺寸，檢查構件設計、制作、組合及運輸是否有問題等。

鋼構件采用等離子切割機火焰切割法裁切，切割速度應適當。制孔主要設備為懸臂鉆床，孔徑、孔位及孔間距須符合圖紙規(guī)定并達到質量要求。構件組合時注意先后順序，組合點焊的焊縫長度、間距須符合相關標準。鋼板對接順序按鋼板厚度確定，采用埋弧焊或CO2焊焊接，注意層間清理，最后對焊接缺陷進行改善。

鋼結構檢測包括：尺寸檢查、焊接面檢查、焊接部位檢查、焊道檢查、超聲波內(nèi)部檢測等。

3.2 安裝工藝

鋼結構沉井安裝流程：基礎驗收→放安裝基礎線→柱中心線檢測→鋼柱安裝→垂直度、標高校正→螺栓鎖緊→圍檁支撐安裝→鋼板安裝。

地腳螺栓定位沿著沉井墻中心線方向進行，按圖紙尺寸及已確定的中心基準點，在木模板上裝上專用的定位夾具，依次穿入地腳螺栓，并用水準儀、經(jīng)緯儀復核螺栓的標高和位置，螺栓中心允許偏差為±5mm。

立柱吊裝前先放好基礎平面的基準線，作為安裝定位線。立柱吊裝準備工作就緒后，首先進行試吊。試吊成功后，開始正式吊裝，當柱底距離基礎40～100mm 時，調(diào)整柱底達到準確位置，并擰上全部地腳螺栓螺母。立柱垂直度與標高校正采用兩部經(jīng)緯儀，校正完成后，擰緊全部螺母。在立柱吊裝完畢后方可進行圍檁、柱間支撐及冠梁等的吊裝，其吊裝方式基本相同。

鋼架外側鋼板預先調(diào)平、加工坡口。使用2 個鴨嘴夾做吊鉤，吊起鋼板緩慢靠近鋼架，通過人工找正，先通過點焊焊接在骨架肋筋上，最后采用半自動氣體保護焊焊接完成。

3.3 注意事項

下部沉井混凝土強度等級達到設計強度的70%后，方可進行鋼柱安裝；鋼柱調(diào)直、調(diào)平，采用楔鐵、墊鐵，柱底板和基礎頂面的空隙采用自流性無收縮水泥灌漿，應確保密實；為防止外圍擋土鋼板內(nèi)凹，鋼板與圍檁梁空隙中設置四層支撐角鋼；工程完工后，考慮安全風險，鋼結構井壁不建議拆除。

4 結語

鋼結構技術符合綠色環(huán)保和節(jié)約能源的政策。鋼結構重量輕、抗震性好、工業(yè)化程度高、重復利用率高，在應急搶險、工期要求緊的工程中發(fā)揮著不可替代的作用。而鋼結構和混凝土相互配合，取長補短的組合結構沉井，在質量、工期、造價等方面綜合效益較好，值得在大中型頂管工程中應用和推廣■