模塊式鋼板樁在市政管道改造中的應用

摘? 要：北京懷柔北大街作為懷柔區最長主干道其改造工程涉及道路改造和地下管線改造兩方面內容。為了克服既有管線、地質條件及交通導改等困難。本工程通過采用模塊式鋼板樁工藝，安全快速的完成了污水改造工程。實踐證明該工藝的實施為以后類似地下管線改造工程提供了有效參考。

關鍵詞：既有管線;管線改造;模塊式鋼板樁

中圖分類號：TU992.05? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2019）07-0000-00

1 工程概況

為緩解北大街的交通壓力、改善沿線居民的出行環境和雨污水排放不暢問題，以此解決環保、民生等需求，經研究決定現對北大街道路進行改造升級。北大街西起躍進橋東至小泉河，全長2.85km，其中K0+300～K2+100段為為既有道路改造升級。

在道路南側，西起斜街路口（道路里程K1+080），東至開放路口西（道路里程K1+735）段新建污水管（D=500～600），向東接入開放路現況污水管（D=800）。該管道埋深4.0～5.0m。該污水管線位于既有雨水工程和電力工程之間，如圖1所示，線間距分別為1.0～1.5m和0.5～1.0 m。雨水工程上方填料為天然砂石，無自穩能力。南側電力工程完工時間短，該工程回填土未經夯實且含水量大，因此自穩能力非常差，如圖2所示。該工程還橫穿居民小區和企事業單位門口，因此施工過程中不能中斷交通，必須保證周邊居民和企事業單位正常生活和工作。

2 方案對比

目前，地下工程施工主要分明挖和暗挖。其中明挖分放坡開挖和支護開挖;暗挖分：頂管、淺埋暗挖、盾構等。

（1）放坡開挖：需要場地開闊，周邊無建筑物和構筑物;且工程量大，如大量堆放影響基坑穩定性;有時會造成土方調配成本增加。

（2）鋼板樁：不加內支撐抗彎能力差，支護剛度小，開挖后變形大不能保證工人安全;且需要大型機械，因此占地大，噪音大。適用范圍小≤4m基坑。如加內支撐則具有精度高，周期長，勞動繁重等特點，但其支撐間距過小，不利于管件吊裝。履帶式打樁機，破壞道路、噪音大、其震動對既有管線有破壞力且占道時間長，不利于周邊居民出行。

（3）土釘墻：施工周期長、污染嚴重、土質要求較好，成本較高。

（4）暗挖法：對管徑大小有要求，最小為1050mm，工期長，造價高，存在安全隱患。

（5）其余圍護樁、SMW工法等方法因場地要求大、污染嚴重、工期長和造價高等原因也不適用。

以上所有施工工藝均不適用既有道路管線升級改造施工，必須研發一種新的施工工藝。在總結以上工藝優缺點的基礎上，并結合市政道路改造工作面小、交通導改困難、既有管線多及新建管線與其交叉、施工干擾大及以人為本等特點，研發出便于安裝、拆卸和運輸的模塊式鋼板樁。

3 模塊式鋼板樁結構形式及原理

3.1原理

根據朗肯（W.J.M. Rankine）理論，把結構模型簡化為單支撐板式樁的形式，如圖3所示。假定上端為簡支，下端為自由支承。作用在樁后為主動土壓力，作用在樁前為被動土壓力[1]。

3.2結構形式

模塊式鋼板樁每塊寬2m，由I10鋼板、14槽鋼、I16型鋼、及連接件（見圖4）組成。本體系從結構上分鋼板樁本體、橫向連接體系和縱向連接體系;鋼板樁本體分擋土體和嵌入體兩部分。

縱向連接體系通過縱向連接孔和高強鏈條連接。縱向連接孔焊接在鋼板樁本體上。本工程采用抗拉強度為≥6t的高強鏈條。研究表明高強鏈條具有耐磨、易彎曲、延展性低、受力后不會伸長等優點。此連接方式即解決了模塊參差不齊，加固難等問題;又實現了模塊鋼板樁之間的快速連接和拆卸;同時又提高了工作效率，降低了工程成本和保證作業人員安全。

橫向連接體系通過多向旋轉軸、連接卡槽、橫向支撐梁和固定扣件組成。橫向支撐梁通過連接卡槽和鋼板樁本體形成一個整體，所述橫向支撐梁主要承受土體水平推力。多向旋轉軸能360o旋轉，直徑為Φ24。該多向旋轉軸解決了2鋼板樁任意角度的問題;使模塊鋼板樁更加靈活多變。

鋼板樁本體上方加強區有利于挖掘機把鋼板樁壓入基坑底部土體內。

每塊鋼板樁兩側各吊耳兩個，吊孔為Φ24。一對位于鋼板樁上側，一對位于鋼板樁下側1.6m的位置。該吊耳方便鋼板樁吊裝和運輸。

4 施工工藝及施工效果

4.1施工工藝

基坑開挖（2～3m）→打入鋼板樁→開挖（到槽底）→打鋼板樁→基礎驗槽→砂墊層施工→下管→閉水試驗→土方回填（距地面1.2m）→拔除鋼板樁→土方回填（至地面）。具體操作要點如下：

（1）開挖之前，先進行地下管線探測，根據業主提供既有管線圖基礎、聯系相關產權單位，探測在其業主監督下采用挖掘探溝和利用探測儀進行確認。

（2）常規鋼板樁是先把鋼板樁打入土層;然后進行開挖。在施工過程中有可能破壞既有地下管線。而模塊式鋼板樁是邊開挖，邊探測地下管線，邊打入;該工藝既保證了地下管線安全又保證了施工進度。由于此工藝是在開挖到一定深度時才打入鋼板樁，故對一次開挖距離有嚴格要求，本工程為2～3m;且對打入時間也有嚴格要求，在開挖完成后必須在0.5h內完成打入;并形成受力體系。

（3）下管前對進場混凝土管再次進行外觀檢查，不合格不能使用。安裝前管內外清掃干凈，嚴格按照規范要求進行操作。

（4）由于市政改造工程要求周期短，不能長期暴露。故閉水試驗選擇兩個檢查井作為一個試驗段落。由于混凝土和砂漿有吸水作用，在下管前對混凝土管浸泡24h，以縮短試驗周期。為了避免水資源浪費，把上一試驗段水抽排到下一試驗段。如接頭處出現滲漏情況，采取堵漏靈，然后增設混凝土包封。

（5）分層回填，在回填的過程中分層拆除縱向鉸鏈。待回填至既有頂時，拔出該側鋼板樁，把該側松散土體從新進行碾壓;以保證道路施工質量。然后拔出鋼板樁，進入下一個循環。本工程每個循環長35m。

4.2實施效果

（1）在整個施工過程中開挖、插拔模塊式鋼板樁、下管頂管和回填均使用挖掘機。回填夯實采用內燃沖擊夯。設備單一，便于組織協調和管理。

（2）模塊式鋼板樁應用范圍廣，即適合開闊路段施工，也適合狹小路段施工。該方法即減少對既有管線的擾動，又減少開挖量，減少土方外運或就地堆放占用道路，具有減小基坑周邊荷載;縮短工期和成本低等優點。

（3）在加固完成前，所有操作均在地上進行，故工人安全易得到保證。即使發生土體開裂和下滑，由于模塊式鋼板樁剛度大，兩側會形成一個人字形體系，也能保證溝槽內工人安全。此外為了保證安全，在溝槽兩側設安全梯，以便工人出入基坑，發生塌方時也可以作為安全通道。

5 結語

隨著我國社會經濟的發展，城市規模不斷擴大，城市人口、車輛不斷增加，節能環保要求不斷提高，已有市政設施遠遠不能滿足發展需要。當前城市經常出現交通堵塞，路基路面過早損壞，雨水、污水排放不暢等問題，這嚴重影響了居民生活。因此，舊城改造升級將成為未來市政建設的重要組成部分。模塊鋼板樁在北京懷柔北大街改造工程的應用，有效解決了周邊地下管線和構筑物復雜，既有管線與新建管線間距過小、施工場地狹小和工期緊等市政管道改造難題，為類似工程的應用提供了參考。

參考文獻

1） 趙峰，郭成軍，孫洪飛.雙排樁支護結構樁后土壓力分析[J].山西建筑，2012（20）：60-61.

[2]李凱，郭芬，呂雨.拉森鋼板樁在城市復雜地段河道整治結構施工中的應用[J].安徽建筑，2011（4）：83-87.

收稿日期：2019-08-05

作者簡介：朱衛臣（1973—），男，北京人，本科，工程師，研究方向：市政工程施工管理。

Application of Modular Steel Sheet Pile in Municipal Pipeline Reconstruction

ZHU Weichen

（China Railway 16th Bureau Group Fourth Engineering Co.Ltd.，? Beijing? 101400）

Abstract：As the longest main road in Huairou District， Beijing Huairou North Street's reconstruction project involves road reconstruction and underground pipeline reconstruction. In order to overcome the difficulties of existing pipelines， geological conditions and traffic guidance and reform. This project uses the modular steel sheet pile process to complete the sewage reconstruction project safely and quickly. Practice has proved that the implementation of this process provides an effective reference for similar underground pipeline reconstruction projects in the future.

Key words：Existing pipelines;Pipeline reconstruction;Modular steel sheet pile