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        管線溝槽開挖支護(hù)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)綜合應(yīng)用

        2022-03-27 10:34:18張亦弛呂旻王旭明王洪
        家園·建筑與設(shè)計(jì) 2022年1期

        張亦弛 呂旻 王旭明 王洪

        【摘要】 城市污水管道串聯(lián)起了整個(gè)城市的給排水系統(tǒng),它關(guān)乎污水的治理排放,是城市供水建筑施工時(shí)重要的一部分。然而在當(dāng)下給排水建筑的施工過程中,地下管道越來越多樣化、復(fù)雜化,城市更新多變性導(dǎo)致施工難度逐漸增高,對(duì)施工中的安全性帶來更高的挑戰(zhàn),同時(shí)隨著市政工程各項(xiàng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的完善,對(duì)施工質(zhì)量也提出了更高的要求。本文結(jié)合竹園污水處理廠四期工程1.5標(biāo)工程,重點(diǎn)闡述根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告及現(xiàn)場(chǎng)勘探情況,針對(duì)復(fù)雜多樣的地下管道而設(shè)計(jì)出的三種不同管道施工圍護(hù)形式——拉森鋼板樁施工圍護(hù);PC鋼管工法樁施工圍護(hù);橫列板施工圍護(hù)。同時(shí)本文也會(huì)對(duì)不同圍護(hù)形式的施工要點(diǎn),例如工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、基坑挖深深度,分段支護(hù)等,逐一進(jìn)行探討、分析。

        【關(guān)鍵詞】:管道施工圍護(hù);拉森鋼板樁施工;PC鋼管工法樁施工技術(shù);橫列板施工;分段支護(hù)

        1、前言

        在城市排水管道施工過程中,存在著施工環(huán)境等因素的限制,管線溝槽支護(hù)形式復(fù)雜,地質(zhì)條件較差以及埋深較深導(dǎo)致施工困難等諸多問題。而軟土土質(zhì)給管線溝槽的開挖施工帶來了明顯的危害,例如在開挖過程中,容易出現(xiàn)的溝槽邊坡滑坡甚至塌方,還有基礎(chǔ)處理不妥導(dǎo)致的不均勻沉降等。而為了保障施工安全及質(zhì)量,需要有完善的、合理的溝槽支護(hù)方案來保證工程施工的進(jìn)度、安全及質(zhì)量。

        2、工程概況

        2.1 工程簡(jiǎn)介

        竹園污水處理廠四期工程位于浦東高東鎮(zhèn),用地南至華東路,東至洲海路,西至規(guī)劃高東二路,北至外高橋船廠。竹園污水處理廠四期工程用地面積58.70h㎡,工程規(guī)模120萬m3/d,本標(biāo)段為竹園污水處理廠四期工程的ZYSQ1.5標(biāo),位于70萬m3/d廠區(qū)(東側(cè)地塊)內(nèi),具體內(nèi)容包括新建70萬m3AAO生物反應(yīng)池、平流式二沉池、雨水泵房、污水泵房、碳源投加間及本標(biāo)段范圍內(nèi)管道及箱涵等構(gòu)筑物。

        2.2 管線溝槽設(shè)計(jì)方案概況

        本工程涉及室外管道種類繁多,包括:雨水管、污水管、污泥管、反沖洗廢水管、工藝管等。

        其中雨污水及工藝管道采用開槽埋管形式施工,根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求,管徑≤300的管道采用白色 HDPE 排水管,φ500~φ1200 的排水管采用承插式鋼筋砼管,使用“O”形橡膠圈接口。廠區(qū)雨污水泵房出水管和特殊注明的管道采用球墨鐵管或鋼管。

        同時(shí),埋深在3m以內(nèi)采用了橫列板樁的圍護(hù)形式,在 3 米~7m 之間的采用拉森鋼板樁圍護(hù),埋深在 7米以上則采用 PC 鋼管工法樁圍護(hù)。管道底部采用 5 米深的φ800@500 高壓旋噴樁地基加固,兩側(cè)采用 1.5 米寬的雙液注漿作為止水帷幕。

        2.3 水文地質(zhì)條件

        本工程場(chǎng)地潛水主要存在淺部土層(①1層填土和②3 層粉性土厚度較大,富水性強(qiáng))中。⑤2 層為微承壓含水層,⑦1層、⑦lt 層承壓水含水層。(微)承壓水位年呈季節(jié)性變化;水位埋深一般在 3m~11m 左右為微承壓含水層,水位埋深一般在 3m~12m為承壓水含水層。

        3、管線溝槽基坑難特點(diǎn)

        3.1 管線種類多且復(fù)雜

        作為市政污水處理廠,工程室外管線種類多,長(zhǎng)度長(zhǎng),標(biāo)高多。管線交錯(cuò)復(fù)雜,其中加藥管約長(zhǎng)533m、消防管長(zhǎng)約 1.7km、給水管約2.2km長(zhǎng)、回水管約2.2km長(zhǎng)、雨水管約 2.1km長(zhǎng),各類管線埋深均不相同,位于1.6m~5.8m處。

        對(duì)此,本工程采用分區(qū)分段施工,隨著污水處理池主體結(jié)構(gòu)施工,溝槽開挖穿插進(jìn)行。盡量減少基坑開挖過程中,對(duì)周邊臨時(shí)道路及主體結(jié)構(gòu)施工的影。具體實(shí)施細(xì)節(jié)為先開挖施工最深處管道,待回填后開挖施工橫向的淺層管道,淺層管道基礎(chǔ)也按先深后淺的原則進(jìn)行開挖施工。

        3.2 同截面多根管道,施工要求高

        本工程管線存在多種情況,同一截面處有多根管道,有垂直排布及水平排布,且挖深不一致,所以支護(hù)形式需要有多種形式。

        對(duì)此,采用了不同的溝槽支護(hù)形式,如埋深在3m以內(nèi)采用了橫列板樁,在 3 米~7m 之間的采用拉森鋼板樁圍護(hù),埋深在 7米以上的采用 PC 鋼管工法樁圍護(hù)。三種不同的基坑支護(hù)形式,在兼顧經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)上,不僅滿足施工進(jìn)度的要求,同時(shí)保證了基坑開挖過程中的安全性。

        3.3 施工區(qū)域廣,不良地基影響大

        本工程的部分施工區(qū)域存在圍護(hù)結(jié)構(gòu)邊界長(zhǎng)且情況復(fù)雜的問題。填土層、明暗浜、地下管線、老基礎(chǔ)復(fù)雜地分布在不同區(qū)域,不同埋深處,這些情況各異且不良的地基對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形式及施工質(zhì)量提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

        對(duì)此,本工程預(yù)先對(duì)不良的施工區(qū)域進(jìn)行清障施工,清障深度至地下3米處。針對(duì)場(chǎng)地內(nèi)存在明暗浜的情況,采取了管道施工前進(jìn)行開挖清淤處理并使用高優(yōu)質(zhì)粘土回填、壓實(shí)的措施。

        4、支護(hù)方案對(duì)比選擇

        針對(duì)軟土地基,挖深相對(duì)較淺的基坑,有如下幾種常用的支護(hù)形式:放坡開挖、水泥攪拌土重力壩、型鋼支護(hù)、SMW工法樁、灌注樁加止水帷幕等。

        結(jié)合本工程地下水位較高,以淤泥質(zhì)土、軟粘土為主的地質(zhì)特點(diǎn),考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工的安全性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)合理性,本工程使用了以下三種支護(hù)方案。

        4.1 PC鋼管工法樁

        本工程最大挖深為8.73m,對(duì)于挖深大于 7m 的溝槽,工程采用PC鋼管工法樁進(jìn)行圍護(hù)施工。鋼管樁與拉森Ⅳ型鋼板樁相互扣打, 規(guī)格為 12m鋼管樁+9mⅣ拉森鋼板樁;雙拼36b鋼支撐、圍檁;溝槽兩側(cè)采用雙液分層注漿、底部Φ800@500高壓旋噴樁進(jìn)行加固。

        4.2 拉森鋼板樁

        對(duì)于挖深在3 米~7m 之間的溝槽,工程采用規(guī)格為12m的拉森Ⅳ鋼板樁,雙拼36b槽鋼圍凜、支撐。并且溝槽底部使用Φ800@500高壓旋噴樁,兩側(cè)采用雙液分層注漿,以此進(jìn)行加固。

        4.3 橫列板樁

        挖深在3m以內(nèi)的管道溝槽采用了橫列板樁,規(guī)格采用了橫列版、豎列板及 @3000鐵撐柱支撐。并且溝槽底部使用Φ800@500高壓旋噴樁,兩側(cè)采用雙液分層注漿,以此進(jìn)行加固。

        5、關(guān)鍵施工技術(shù)

        5.1 施工部署

        5.1.1 施工總體部署

        本工程管道沿污水池周邊布置,部分穿插進(jìn)池壁內(nèi),具體管道設(shè)計(jì)布置見圖6,其中考慮到結(jié)構(gòu)施工階段,與污水池穿插施工,分為12個(gè)區(qū),施工順序依次為A 區(qū)→B 區(qū)→I、L 區(qū)→H 區(qū)→G 區(qū)→C 區(qū)→D 區(qū)→J、K 區(qū)→F、E區(qū)。

        本工程管道施工共有三個(gè)階段。第一階段:施工溝槽圍護(hù)范圍內(nèi)及永久廠區(qū)道路投影下的管線(工藝、污水及雨水等)。A-H,JK 區(qū)上部均有廠區(qū)永久道路,埋管完成后先施工至 C25 鋼筋砼路面層(除瀝青層),便于后續(xù)翻交及臨時(shí)交通。第二階段:非永久道路區(qū)域,室外場(chǎng)地回填至 4.65m 后,開挖敷設(shè)淺埋管線(中水、給水、消防及電纜溝等)。第三階段:與本標(biāo)段或非本標(biāo)段構(gòu)筑物連接管線通管施工。開挖并鑿除圍護(hù) prc 管樁埋管接入構(gòu)筑物后回填。

        5.1.2 施工機(jī)具選擇

        工程采用2臺(tái)PC200(1m3)挖掘機(jī)以及1臺(tái)PC200(0.4m3)挖掘機(jī)進(jìn)行管道溝槽的開挖。同時(shí),為現(xiàn)場(chǎng)施工方便,使用三輛HLJ560(10t)自卸車,2臺(tái)切割機(jī)以及5臺(tái)4BA-18的水泵進(jìn)行輔助施工。

        5.1.3 施工總體工況

        根據(jù)本污水處理廠主體結(jié)構(gòu)施工的進(jìn)展,管道附屬設(shè)施將逐步推進(jìn)施工,總體工況共可以分為以下這四個(gè)工況,分別為:

        (1)施工工況1:場(chǎng)地清障整平后打設(shè)圍護(hù)樁及底(側(cè))加固,隨后開挖較深溝槽。

        (2)施工工況2:由深至淺依次埋管,待較深側(cè)溝槽回填完成后,開挖淺側(cè)溝槽埋管。

        (3)施工工況3:本場(chǎng)永久道路底部管道敷設(shè)并回填完成后,拔除圍護(hù)樁,對(duì)樁孔進(jìn)行灌漿處理,隨后向上施工路面結(jié)構(gòu)至C25混凝土路基層。

        (4)施工工況4:非永久道路區(qū)域,室外場(chǎng)地回填至4.64m后,開挖敷設(shè)淺埋管線。

        5.2 拉森鋼板樁施工技術(shù)

        拉森鋼板樁主要針對(duì)于本工程中開挖在7m以下的溝槽支護(hù)情況。

        施工流程:首先定位放線確定鋼板樁位置,接著開挖溝槽、安裝導(dǎo)梁。施工拉森鋼板樁,施工樁完成后拆除導(dǎo)梁,進(jìn)行挖土工作,完成管線安裝后可回填土方,最后拔除拉森鋼板樁并進(jìn)行注漿處理。

        拉森鋼板樁施工工況:

        (1)第一種圍護(hù)形式施工:拉森鋼板樁施工、PC鋼管樁施工。

        (2)第二種圍護(hù)形式施工:高壓旋噴樁施工。

        (3)土方開挖:首先開挖至第一道支撐以下1m,第一道支撐完成后再進(jìn)行土方開挖至設(shè)計(jì)底標(biāo)高。

        (4)管道施工:管道施工原則為先深后淺,此處直接施工φ600污水管道,施工完成后回填土。

        (5)回填完成后,將拉森鋼板樁拔出,并使用壓密注漿進(jìn)行封堵。

        5.3 PC鋼管工法樁施工技術(shù)

        針對(duì)埋深于7m以上的管線溝槽支護(hù)的情況,采用 PC 鋼管工法樁圍護(hù)。由于同截面管道中分布形式的不同,本工程中PC鋼管工法樁技術(shù)主要存在兩種形式,同截面單管支護(hù)和同截面多管支護(hù)。

        5.3.1 施工流程:

        PC鋼管工法樁施工流程為,先進(jìn)行樁基放樣,同時(shí)完成樁位復(fù)測(cè),隨后開槽、設(shè)置導(dǎo)向架,插入鋼管樁并進(jìn)行位移控制與垂直度檢測(cè),進(jìn)行管線施工,最后將鋼管樁拔除并且注漿壓至密實(shí)完成施工。

        5.3.2 同截面單管支護(hù)施工技術(shù)

        (1)第一種圍護(hù)形式施工:拉森鋼板樁施工、PC鋼管樁施工。

        (2)第二種圍護(hù)形式施工:高壓旋噴樁施工。

        (3)土方開挖:首先開挖至第一道支撐以下1m,完成第一道支撐后開挖土方至第二道支撐,完成第二道支撐后開挖至第三道支撐,最后開挖至設(shè)計(jì)底標(biāo)高。

        (4)管道施工:管道施工原則為先深后淺,單管支護(hù)直接施工φ600工藝管道,施工完成后回填土。

        (5)回填完成后,將拉森鋼板樁及PC鋼管樁拔出,拔出后使用壓密注漿進(jìn)行封堵。

        5.3.3 同截面多管施工技術(shù)

        (1)第一種圍護(hù)形式施工:拉森鋼板樁及PC鋼管樁施工。

        (2)第二種圍護(hù)形式施工:兩側(cè)采用高壓旋噴樁進(jìn)行土體加固,基地采用高壓旋噴樁進(jìn)行土體加固。

        (3)土方開挖:開挖至第一道支撐以下0.5m,第一道支撐完成后再進(jìn)行土方開挖至第二道支撐,第二道支撐完成后開挖至設(shè)計(jì)底標(biāo)高。

        (4)管道施工:對(duì)于同截面多管支護(hù),首先施工φ1000污水管,完成后進(jìn)行回填。再施工DN800污水管,同樣完成后就進(jìn)行回填。最后施工φ1350雨水管,最后進(jìn)行土方回填。

        (5)回填完成后,將拉森鋼板樁及PC鋼管樁拔出,拔出后使用壓密注漿進(jìn)行封堵。

        (6)為緩解現(xiàn)場(chǎng)交通壓力,先施工永久道路中15cm礫石砂及30cmC25鋼筋砼,且在最底層鋪設(shè)80cm石灰土。

        5.4 橫列板施工

        橫列板施工主要針對(duì)于本工程挖深小于3m的溝槽支護(hù)情況。其施工方法為,首先開挖土方至 1.2m深度,使用撐頭擋板對(duì)土壁進(jìn)行及時(shí)支撐,且撐板的高度一般控制在 0.8m左右。在支護(hù)時(shí),橫列板要求水平放置,其深度應(yīng)確保到基礎(chǔ)面。若有橫穿溝槽的地下管線的情況,則管線上下方的撐板一般離管線 0.1m,對(duì)管線應(yīng)視具體情況可分別采用吊、撐、托、包等保護(hù)措施。

        6、基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

        本工程在基準(zhǔn)點(diǎn)、測(cè)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)原件完好以及觀測(cè)工作條件優(yōu)良的情況下對(duì)管道工程進(jìn)行每日監(jiān)測(cè),并有詳細(xì)數(shù)據(jù)體現(xiàn)管道溝槽圍護(hù)的安全性以及可靠性。

        在溝槽基坑開挖以及降水施工過程中,基坑周圍地基土、基坑側(cè)壁土體應(yīng)力的變化是導(dǎo)致基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的因素之一。這將直接危及基坑的穩(wěn)定性和附近建(構(gòu))筑物的安全。因此在施工過程中,需要通過監(jiān)測(cè),時(shí)刻掌握溝槽基坑的變形情況,并且對(duì)此進(jìn)行分析,同設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較,及時(shí)調(diào)整,確保施工安全。

        在本工程管道溝槽施工中,一共有八處監(jiān)測(cè)點(diǎn),分別為:CX1、CX2、CX3、CX4、SW1、SW2、SW3、SW4。并且經(jīng)過嚴(yán)格的監(jiān)測(cè),有以下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如下圖所示。

        在開挖過程中,基坑內(nèi)側(cè)水平位移變化最大,累計(jì)達(dá)到54..8mm,同時(shí)數(shù)據(jù)顯示冠梁、支撐、圍檁無裂縫產(chǎn)生;墻后土體無沉陷、裂縫及滑移現(xiàn)象產(chǎn)生。

        縱向的基坑邊緣處受到橫向結(jié)構(gòu)的支撐擠壓,垂直位移受土體阻力的減小,因此有向上抬升,輕微隆起現(xiàn)象的發(fā)生,垂直位移累計(jì)變化為-88.4mm,然而這一數(shù)值在規(guī)定范圍內(nèi),支撐、立柱并無變形產(chǎn)生;并且溝槽底部無涌土、流沙或管涌等現(xiàn)象產(chǎn)生。周邊建筑、道路無裂縫產(chǎn)生且未有異常沉陷情況。

        同時(shí)經(jīng)過嚴(yán)格的監(jiān)測(cè),地表水、地下水狀況未發(fā)現(xiàn)異常;且基坑降水設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)正常。管道溝槽開挖及施工過程中,管道無破損等異常情況且未有泄漏情況發(fā)生。

        因此,經(jīng)過嚴(yán)格的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè),本工程使用的三類圍護(hù)結(jié)構(gòu):橫列板樁、拉森鋼板樁圍護(hù)及 PC 鋼管工法樁圍護(hù)均未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形、破壞、滲漏水等情況,對(duì)臨邊道路建筑影響較小,具有優(yōu)秀的安全性與可靠性保障。

        7、結(jié)語

        綜上所述,本工程室外管道開挖支護(hù)應(yīng)用了三種不同形式的圍護(hù)形式,經(jīng)過實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工取得了良好的效果。本工程中所采用的拉森鋼板樁、PC鋼管工法樁及橫列板樁這三類管線溝槽圍護(hù)施工技術(shù)可以應(yīng)對(duì)不同開挖深度的需求,同時(shí)在各自相對(duì)應(yīng)的開挖深度中均具有優(yōu)異的可靠性、安全性及有效性。這三種管線溝槽圍護(hù)施工技術(shù)進(jìn)一步提高了溝槽開挖的效率,為施工后續(xù)階段的施工打下了良好的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本工程對(duì)城市污水管道鋪設(shè)工藝進(jìn)行優(yōu)化,解決城市復(fù)雜多變的給排水難題,為建設(shè)合理、穩(wěn)定、高效的城市給排水系統(tǒng)添磚加瓦。

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        作者簡(jiǎn)介:張亦弛(1994-),碩士,助理工程師。

        通訊地址:上海市河間路2號(hào)(200090)。

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