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        泥水平衡頂管在特殊環(huán)境下的基坑支護(hù)施工方案探析

        2016-10-19 20:20:10周兵
        建筑與裝飾 2016年7期

        周兵

        摘 要 泥水平衡頂管頂進(jìn)過程中遇障礙物、遇松散覆蓋層且存在集中滲漏通道情況下,頂管機(jī)很大概率被周圍土體抱死,根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況,基坑只能采用東西兩側(cè)垂直支護(hù)、南北兩側(cè)放坡的施工方式將被抱死的頂管機(jī)吊出地面,再采用現(xiàn)場鋼管合攏的方式進(jìn)行閉合,而其中基坑垂直支護(hù)方式需根據(jù)各個(gè)特殊環(huán)境進(jìn)行最優(yōu)樁類選擇。

        關(guān)鍵詞 泥水平衡頂管;頂管機(jī);抱死;基坑支護(hù);施工方案

        引言

        泥水平衡頂管在粉細(xì)砂質(zhì)地層中正常頂進(jìn)時(shí)管周的摩擦阻力較其他土層較大,如在頂進(jìn)過程中遇到前期地勘不明的建筑物或構(gòu)造物鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌石結(jié)構(gòu)等障礙物時(shí),遇到松散覆蓋層且存在集中滲漏通道這種惡劣的地質(zhì)地層條件時(shí),頂管機(jī)很大概率被周圍土體抱死。本文所述工程中由于現(xiàn)場場地狹窄,頂管機(jī)周圍地上地下條件復(fù)雜,綜合比較,基坑只能采用東西兩側(cè)垂直支護(hù),南北兩側(cè)放坡的施工方式,而其中垂直支護(hù)方式需根據(jù)各個(gè)特殊環(huán)境進(jìn)行最優(yōu)樁類選擇。

        1 工程概況

        南水北調(diào)中線總干渠35號(hào)供水管線滑縣第三水廠支線坐落在黃河故道上,全線沉積著較厚的黃河泥沙,是典型的砂質(zhì)土層,尤其是縣城中心城區(qū)段2400m的直徑DN1800mm的管材為JPCCP管道的供水管線基本坐落在粉細(xì)砂層上。

        縣城中心城區(qū)段供水管線布置在大宮河?xùn)|側(cè)沿河道路下5~7m,該段道路寬約5m,一側(cè)緊鄰河堤且河堤上方有高壓線,高壓線為滑縣的主要供電線路,無法拆除;道路的另一側(cè)為密集的居民房屋及單位房屋;道路下埋設(shè)各種通訊電纜、光纜、自來水管道、天然氣管道、雨污水管道等專項(xiàng)專線項(xiàng)目。同時(shí),供水管線橫穿三條城市主干道和一座廢棄的引灌水渠道,因?yàn)榻ㄔO(shè)年代久遠(yuǎn),相關(guān)數(shù)據(jù)資料缺失,給頂管施工帶來較大風(fēng)險(xiǎn)。

        滑縣縣城中心城區(qū)頂管段工期短,場地狹窄,施工干擾多,施工難度大,施工項(xiàng)目繁多,工程量大,而JPCCP管道泥水平衡頂管施工作為本標(biāo)段的關(guān)鍵項(xiàng)目,直接關(guān)系到整個(gè)工程的成敗。

        2 施工過程中遇到的各特殊環(huán)境簡述

        2.1 9號(hào)沉井南側(cè)遇砌石結(jié)構(gòu)閘室情況

        9號(hào)沉井下沉過程中已遇到該砌石結(jié)構(gòu)閘室的一部分,結(jié)合相關(guān)的地質(zhì)勘測資料,9號(hào)沉井附近原為滑縣的老六干渠,但具體位置及結(jié)構(gòu)不明。為了探明位置和結(jié)構(gòu),待9號(hào)沉井完成后對(duì)沉井南側(cè)砌石結(jié)構(gòu)進(jìn)行了補(bǔ)充探測,發(fā)現(xiàn)該老六干渠閘室自北向南依次分布有6條閘墩及1處閘底板,其中第1條和第6條閘墩為擋墻結(jié)構(gòu),第1條閘墩砌石在沉井下沉施工已經(jīng)被破除。目前剩余5處閘墩及閘底板與頂管預(yù)留孔洞相互沖突。

        2.2 2號(hào)-1號(hào)沉井區(qū)間遇障礙物情況

        泥水平衡頂管機(jī)自2號(hào)沉井向1號(hào)沉井方向頂進(jìn)剛剛穿越一條城市主干道后,頂管機(jī)停滯不前。依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)雷達(dá)探測和釬探情況,頂管機(jī)頭的上方、前方存在各種管線及障礙物,包括10Kv電力線路、35Kv造紙廠線路、聯(lián)通公司地埋光纜、自來水管道、污水管道、地埋廣電光纜等,機(jī)頭處障礙物為廢棄的樁頭且在污水管道及自來水管道正下方。頂管機(jī)部位緊鄰大宮河,西側(cè)分布有大宮河河堤、污水泵站、10Kv高壓線桿,東側(cè)緊鄰廣電小區(qū)樓層,施工場地非常狹窄。

        2.3 6號(hào)-5號(hào)沉井區(qū)間遇松散覆蓋層且存在集中滲漏通道情況

        泥水平衡頂管機(jī)自6號(hào)沉井向5號(hào)沉井方向頂進(jìn)穿越一條城市主干道后,頂進(jìn)至159m處因頂管機(jī)至第一套中繼間之間39米管道出現(xiàn)大量流失泥水、膨潤土泥漿現(xiàn)象,造成管道無法繼續(xù)頂進(jìn)。依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)雷達(dá)探測和釬探情況,管頂覆蓋層大部分為土質(zhì)不均的松散狀沙壤土、人工雜填土(較多的磚瓦碎塊及生活垃圾、沿線大部分為路基雜填土及瀝青路面),雨污水管道縱橫且年久損壞,使其形成了自上而下垂直方向單向滲漏通道。同時(shí)由于泥水平衡頂管頂進(jìn)過程中都有觸變泥漿形成的圓環(huán)厚度為3~5cm的泥漿潤滑套,一旦雨污水管道的垂直通道與JPCCP管道外壁泥漿潤滑套形成的水平通道連通,那么觸變泥漿潤滑套就不容易形成,甚至在雨污水管道滲水量較大的情況下完成形不成泥漿潤滑套,此時(shí)如果不及時(shí)處理,很大可能造成JPCCP管道被周圍土體抱死的工程隱患,那時(shí)處理起來會(huì)非常的麻煩。

        3 基坑支護(hù)方案比選

        因?yàn)槭┕龅鬲M窄,頂管機(jī)部位周邊環(huán)境復(fù)雜,遇到以上特殊情況下需要及時(shí)處理,綜合對(duì)比施工方案,總體上采用基坑支護(hù)方案,具體的基坑支護(hù)方式因各特殊部位情況進(jìn)行施工方案對(duì)比而定,具體對(duì)比分析情況如下:

        3.1 9號(hào)沉井南側(cè)

        基坑挖土深度為7.6m,根據(jù)基坑挖土深度、周邊環(huán)境情況及相關(guān)規(guī)范規(guī)定,基坑安全等級(jí)定為:二級(jí)。綜合考慮本工程管線復(fù)雜、建筑物距離近、施工場地狹小等特點(diǎn)及可實(shí)施性和工程造價(jià)等相關(guān)因素,我們提出以下三種施工方案作為比選。

        ⑴鋼板樁+土釘支護(hù)方案

        深基坑?xùn)|、西兩側(cè)開挖全部采用拉森鋼板樁垂直支護(hù)方式,擬采用樁長13.5m的拉森鋼板樁,深基坑南、北兩側(cè)1:1放坡,邊坡采用土釘支護(hù)方式,這種方案特點(diǎn)如下:

        ①優(yōu)點(diǎn)

        鋼板樁具有良好的耐久性,基坑施工完畢回填土后可將鋼板樁拔出回收再次使用;施工方便,工期短;拉森鋼板樁由于抗彎能力較強(qiáng),多用于周圍環(huán)境要求不甚高的深5m~9m的基坑。

        ②缺點(diǎn)

        拉森鋼板樁長12m、15m、18m等,打樁設(shè)備較高、較寬,由于施工現(xiàn)場場地有限(征地紅線寬僅為12m),沉井周圍環(huán)境復(fù)雜,尤其是施工區(qū)域西側(cè)架線高度為8~10 m的高壓線路成為打樁設(shè)備的攔路虎。

        另外,在本工程中拉森鋼板樁耗用量大,重復(fù)使用率低,租賃或采購成本大。

        打樁伴隨的振動(dòng)很可能引起施工區(qū)域東側(cè)民眾的阻工和賠償訴求。

        ⑵鋼管樁+土釘支護(hù)方案

        深基坑?xùn)|、西兩側(cè)開挖全部采用鋼管樁垂直支護(hù)方式,擬采用樁長10.0m的?245@500的鋼管樁,鋼管樁灌注1:0.5水泥漿,深基坑南、北兩側(cè)1:1放坡,邊坡采用土釘支護(hù)方式。

        該方案施工成本較高,鋼管樁打樁設(shè)備所使用的履帶式柴油打樁機(jī)較大,場地要求高,而且打樁機(jī)震動(dòng)、噪音較大,容易引起臨近的西側(cè)73#高壓線桿和東南側(cè)的房屋安全隱患以及附近居民的阻工情況發(fā)生。

        ⑶鋼筋混凝土排樁加內(nèi)支撐+土釘支護(hù)方案

        深基坑?xùn)|、西兩側(cè)開挖全部采用鋼筋混凝土垂直排樁加內(nèi)支撐支護(hù)方式,采用樁長9.59~11.59m的鋼筋混凝土灌注樁;深基坑南、北兩側(cè)1:1放坡,邊坡采用土釘支護(hù)方式,其中鋼筋混凝土排樁采用反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行土層鉆進(jìn)成孔、沖擊鉆機(jī)進(jìn)行砌石底板鉆進(jìn)成孔、灌注混凝土的施工工藝。該方案特點(diǎn)如下:

        ① 鋼筋混凝土灌注樁成樁設(shè)備小,打樁設(shè)備震動(dòng)、噪音小,對(duì)周邊環(huán)境影響小。

        ② 施工進(jìn)度、安全能得到保證。

        綜合考慮巖土工程勘察報(bào)告和周邊地形地貌及建筑物的特點(diǎn),比較基坑支護(hù)方案的安全、經(jīng)濟(jì)、可實(shí)施性方面比較和選型上,該部位的基坑支護(hù)采用鋼筋混凝土排樁加內(nèi)支撐+土釘支護(hù)方案。

        該部位基坑?xùn)|、西兩面鋼筋混凝土排樁所采用的鉆孔灌注樁共計(jì)34根,實(shí)際施工時(shí)間為20天,基本滿足施工工期要求。

        3.2 2號(hào)-1號(hào)沉井區(qū)間

        基坑挖土深度為8.27m,參照9號(hào)沉井南側(cè)基坑支護(hù)施工方案比選分析,提出以下三種施工方案作為比選。

        ⑴鋼板樁+土釘支護(hù)方案

        深基坑南、北兩側(cè)1:0.3放坡,其他內(nèi)容同“9號(hào)沉井南側(cè)鋼板樁支護(hù)方案”。

        ⑵水泥土墻+土釘支護(hù)方案

        根據(jù)計(jì)算書計(jì)算結(jié)果,水泥土墻的抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算和抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算均不滿足要求。

        ⑶鋼筋混凝土排樁加內(nèi)支撐+土釘支護(hù)方案

        深基坑?xùn)|、西兩側(cè)開挖全部采用鋼筋混凝土垂直排樁加內(nèi)支撐支護(hù)方式,采用樁長12.27m的鋼筋混凝土灌注樁;深基坑南、北兩側(cè)1:0.3放坡,邊坡采用土釘支護(hù)方式,其中鋼筋混凝土排樁采用機(jī)鎖桿旋挖鉆機(jī)進(jìn)行土層干鉆成孔、灌注混凝土的施工工藝。該方案特點(diǎn)如下:

        ①機(jī)械化作業(yè),施工簡單,基本無振動(dòng)。

        ②鋼筋籠、砼可集中加工、配送,也可以現(xiàn)場加工,作業(yè)方便。

        ③施工速度快,工藝成熟,相當(dāng)來講過程中安全可靠。

        ④施工成本相對(duì)較低。

        綜合考慮各種因素,該部位的基坑支護(hù)采用鋼筋混凝土排樁加內(nèi)支撐+土釘支護(hù)方案。

        該部位基坑?xùn)|、西兩面鋼筋混凝土排樁所采用的鉆孔灌注樁共計(jì)18根,實(shí)際施工時(shí)間為5天,基本滿足施工工期要求。

        3.3 6號(hào)-5號(hào)沉井區(qū)間

        基坑挖土深度為7.64m,參照2號(hào)-1號(hào)沉井區(qū)間基坑支護(hù)施工方案比選分析,提出以下兩種施工方案作為比選。

        ⑴工字鋼樁+土釘支護(hù)方案

        深基坑?xùn)|、西兩側(cè)開挖全部采用工字鋼樁垂直支護(hù),工字鋼支護(hù)采用一順一丁組合方式布置,型號(hào)選用20a,樁長10m,工字鋼就位后采用履帶式液壓挖土機(jī)施打,深基坑南、北兩側(cè)1:0.3放坡,邊坡采用土釘支護(hù)方式。

        這種施工方案的最大優(yōu)點(diǎn)是施工周期短,施工成本低,盤活機(jī)頭、繼續(xù)頂進(jìn)施工的可能性較大,但打樁入土和拔樁出土過程中還是有強(qiáng)度不大的振動(dòng),很可能引起附近民眾的阻工和賠償訴求。

        ⑵鋼筋混凝土排樁加內(nèi)支撐+土釘支護(hù)方案

        采用樁長11.64m的鋼筋混凝土灌注樁,其他內(nèi)容同“2號(hào)-1號(hào)沉井區(qū)間鋼筋混凝土排樁加內(nèi)支撐+土釘支護(hù)方案”。

        實(shí)際施工過程中,我們優(yōu)先采用了第一種方案,待工字鋼樁準(zhǔn)備施打時(shí),由于強(qiáng)度不大的振動(dòng)引來了附近居民的阻工,綜合考慮各種因素,尤其是可實(shí)施性方面,我們最終采用了“鋼筋混凝土排樁加內(nèi)支撐+土釘支護(hù)方案”。

        該部位基坑?xùn)|、西兩面鋼筋混凝土排樁所采用的鉆孔灌注樁共計(jì)18根,實(shí)際施工時(shí)間為3天,基本滿足施工工期要求。

        4 結(jié)束語

        隨著社會(huì)進(jìn)步,工程技術(shù)水平提高,基坑支護(hù)方式種類也越來越豐富,在實(shí)際工作中怎樣找到最合適的施工方式變得越來越重要。本文認(rèn)為應(yīng)結(jié)合巖土工程勘察報(bào)告和周邊地形地貌及建筑物的特點(diǎn),從安全、經(jīng)濟(jì)、可實(shí)施性方面進(jìn)行綜合比較分析,進(jìn)而選擇出最優(yōu)方案。

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