市政污水管網(wǎng)支護設計方案研究

唐杰祥

摘要：隨著近年污水管網(wǎng)工程的大量建設，各種支護方式涌現(xiàn)，但是在管網(wǎng)工程從市政路往排水戶推進過程中，一些的管網(wǎng)支護設計方式顯得水土不服，導致推進困難，更甚者導致索賠。本文對各種支護體系進行對比分析，在各種工況中考慮優(yōu)缺從而提出支護方式的指導性建議

關鍵詞：排水管網(wǎng);支護;開挖工程

正文：

污水管網(wǎng)工程的建設是水環(huán)境治理的關鍵一環(huán)，是整個污水處理系統(tǒng)的血管發(fā)揮重要作用，隨著治污工作的推進，我們的管網(wǎng)從市政道路向排水戶延伸，越來越接近正真的污染源頭，很多的在市政路上的開挖支護方式到了居民密集處，房屋密集處，交通密集處將不再適應，但我們很多設計單位由于經(jīng)驗，專業(yè)水平等原因，選擇了不合適的支護形式，導致實際現(xiàn)場施工難以推進，最終導致工程停滯甚至取消，更甚者由于開挖支護方式不當造成附近建筑物損壞導致賠償。所以我們的排水專業(yè)設計人員應在方案階段就必須根據(jù)現(xiàn)場實際情況和規(guī)范允許情況對開挖支護方案有一個研判，在可研方案或初步設計，設計概算中考慮相關支護開挖方式對實施可行性和費用，避免設計與實際脫節(jié)，費用包不住的情況，而不能只顧排水專業(yè)而不顧其他專業(yè)又或者結構專業(yè)不理排水專業(yè)，各自畫圖而沒有通盤考慮。作為市政排水工程的主導專業(yè)，排水設計將這類問題統(tǒng)籌考慮是非常有必要的。由排水專業(yè)在方案階段就已經(jīng)對支護設計方案進行研究為日后的支護設計提供指引。本文將從規(guī)范規(guī)定，實際實施經(jīng)驗對各種支護設計方案進行介紹與研究。

根據(jù)《室外排水設計標準》5.3.14的規(guī)定：管道的施工方法，應根據(jù)管道所處土層性質、埋深、管徑、地下水位、附近地下河地上建筑物等因素，經(jīng)技術經(jīng)濟比較確定是否采用開槽、頂管或盾構施工等。開槽施工有放坡開挖方式，橫列板支護、鋼板樁支護開挖方式，重力式擋土墻支護開挖方式，工法樁支護開挖方式。以下為常用形式的支護設計情況。

一、放坡開挖支護形式

（一）規(guī)范規(guī)定：依據(jù)《給水排水構筑物工程施工及驗收規(guī)范》4.4.4條規(guī)定開挖坡度要求，開挖深度約2.5米，再根據(jù)一般挖機都是跨槽施工而導致的動載，按砼管污水管徑D400，再按照《給水排水管道工程施工與驗收規(guī)范》的最少開挖寬度要求，如土質按老黃土考慮坡度按1：0.33算，則開挖寬度為2.85米，如按中密的碎石類土計算開挖寬度為4.95米，如按中密沙土考慮，開挖寬度為8.7米。如去到居民區(qū)的街巷施工，街巷范圍一般為6米左右，考慮0.5米的安全距離，可開挖寬度為5米，按中密沙土坡度1：1.5反推基坑深度僅為1.2米。通過上述數(shù)據(jù)，管道埋深將受土質和開挖面寬度影響較大，故設計時需參看勘察報告的土質判定以及相關數(shù)據(jù)，另外尚需了解現(xiàn)場的可施工范圍，了解開挖面情況。對于狹窄街巷管網(wǎng)盡量以支管為主，非必要不要布設主干管。

二、橫列板和鋼板樁支護形式

（一）橫列板支護（圖1）

橫列板支護根據(jù)木材的強度以及施工難度進行選用，施工安全橫列板支護一般適合于2.5米深以內，并需要按照時空效應，在開挖施工面后立刻進行支護。所以在在設計方案中，需將橫列板的具體做法和需要準備的材料予以說明，并輔以大樣。現(xiàn)在很多設計單位，對于橫列版支護沒有圖樣，只有說明，導致現(xiàn)場施工支護沒有指導圖紙。而且由于選用木材制作的方木豎棱，易損壞強度不高，在較硬的如老黃土等情況難以用壓樁機壓入，而需要超挖埋設，故在此情況下需采用槽鋼作為豎棱。

因為橫列板需要基坑形成后工人進內操作，所以而對于地下水豐富，存在流沙管涌的地區(qū)一般不宜選用，設計人員需予以注意。

（二）鋼板樁支護

鋼板樁支護是最常見的排樁支護方式，管網(wǎng)施工圖設計最常見的支護方式，為什么常見，主要是其適應性廣，造價相對低廉，樁體可重復運用符合綠色建設的需求，分震動式和靜壓式（見圖2）施工方法。但是震動式鋼板樁支護在其施工時的壓入和拔出同時有較大震動，對周邊建筑影響較大，噪聲大，又因為機械鋼板樁堆放的要求所以有占地范圍較大的問題。但總體來說優(yōu)點多于缺點，在設計中如根據(jù)實際情況予以周全考慮，是一個不錯的支護設計。現(xiàn)在我們來討論鋼板樁選用的設計要點：1、適用深度：根據(jù)廣東省標準《深基坑鋼板樁支護技術規(guī)程》3.0.1，支護深度不宜超過9米，因為一般嵌入深度為開挖深度的2倍，樁再長則施工困難也不經(jīng)濟。現(xiàn)時國內鋼板樁通用長度最長可達18米，但是一般市面較多的是6，9，12米定型樁長，并可采用焊接并接增加樁長，但焊接部分存在應力集中情況，所以圖紙中需說明焊接部位不得連續(xù)在同一標高，具體參見相關支護規(guī)范。2、適用土質，一般適用于大部分土質，根據(jù)廣東鋼板樁技術規(guī)程，采用標準貫入擊數(shù)N分類采用，N<25的的砂土、粉土及黏性土地層適用振動沉樁法及靜壓沉樁法。高壓射水輔助沉樁法適用于砂土、碎石土及N<50 的粉土及黏性土地層。螺旋鉆輔助靜壓沉樁法適用于N<75 且最大粒徑小于75mm的碎石土地層。3、適用位置：根據(jù)廣東鋼板樁技術規(guī)程3.0.3 鋼板樁支護應滿足下列功能要求：1 保證基坑周邊建（構）筑物、地下管線、道路的安全和正常使用。2 保證主體地下結構的施工安全和施工空間。3.0.6 條振動沉樁法適用于周邊環(huán)境等級為二級或三級的鋼板樁支護基坑，靜壓沉樁法適用于周邊環(huán) 境等級為一級、二級或三級的鋼板樁支護基坑。廣東的<建筑基坑工程技術規(guī)程DBJT 15-20>規(guī)定環(huán)境等級一級定義為基坑開挖影響范圍存在淺基礎房屋，樁長小于基坑開挖深度的摩擦樁基礎建筑，軌道交通設施，隧道，防滲墻、雨污水管，供水總管，煤氣總管，管線共同溝等照耀建構筑物，設施。環(huán)境等級為三級定義為：周邊三倍基坑開挖深度范圍內無任何建筑、管線等需保護的建（構）筑物。基坑開挖影響范圍一般取1倍開挖深度，當存在砂層，軟土層時取2倍開挖深度。根據(jù)上述要求，震動式鋼板樁機不能在一級環(huán)境中使用，換言之就是不能太靠近房屋，而在廣東地區(qū)一般存在軟土層，故在使用鋼板樁時深度達到2.5米以上時，最少開挖影響寬度為2.5*2+1.2=6.2米，一般的街巷已滿足不了這個要求，所以鋼板樁施工一般只適合在市政路等寬闊無其他管線建筑物的地域。除上述的要求外，我們的設計還應考慮打樁影響范圍，類似震動式鋼板樁施工震動影響范圍應按樁長進行估算，一般為樁長的1-2倍。而對于靜壓樁施工法雖然靜壓機械有小型但由于需要較大型機械予以配合，特別是需要進行鉆孔施工時，一般難以進入街巷施工。

三、重力式擋土墻支護開挖

應用于管網(wǎng)開挖支護的重力式擋土墻一般通過混凝土攪拌樁，高壓選噴樁形式進行土體固化，這兩種方式較為常見，其他的注漿加固，工法樁（攪拌體內加插槽鋼）一般應用較少。

重力式擋土墻的開挖深度一般不大于6米，但對土質要求能與水泥較好混合，具有軟塑的土層條件，如遇障礙物，有機質土，有腐蝕性的地下水，地下水豐富土層需進行試驗適用性，并不得用于泥炭土。同時開挖條件需具備施工重力式擋土墻的寬度，鄰近開挖面沒有重要建筑物和地下管道。采用混凝土攪拌樁做支護主要制約是場地問題，由于攪拌樁機要求豎向空間較高，并隨攪拌深度加大，遇障礙物，如高壓線等難以實施，同時其施工時單純機械需占地2.5米寬以上，即樁中兩側2.5米均為施工面，道路狹窄時難以實施。而高壓旋噴樁，機械細小，控制得當施工質量有保證，但是造價昂貴，造價根據(jù)水泥用量而定，一般是攪拌樁的5-7倍，這讓讓很多業(yè)主望而卻步。上述兩種設計方案由于需要等待混凝土28天齡期，所以與鋼板樁支護相比施工工期多出數(shù)倍，難以滿足管網(wǎng)工程施工短平快的要求。同時重力式擋土墻支護在沒有加筋的情況下抗剪強度不足，在存在額外的動載情況下不保險，而管網(wǎng)工程大部分位于道路上，動載較大。所有管網(wǎng)工程采用重力式擋土墻做支護較小，一般在井體支護才予以適用。

另外在一些個別困難不能采用放坡開挖，又不能打鋼板樁的位置，又不能施工攪拌樁或旋噴樁，采用攪拌體內加插槽鋼的工法樁是一個比較好的方法，具體做法是在攪拌樁或旋噴樁剛形成的尚未凝固的樁體內壓入槽鋼提升其抗剪能力，此方式在狹窄的街巷較為有效，但造價很貴只能小范圍采用。

綜上所述，污水管網(wǎng)工程的支護設計方案需根據(jù)土質，周邊建筑物情況等現(xiàn)場實際情況而定，而相對比較適合的是邊坡支護和鋼板樁支護。而隨著污水管網(wǎng)工程從市政路往排水戶推進，工程實施將面臨更復雜的現(xiàn)場，所有需要設計人員在確定方案前必須到現(xiàn)場進行踏勘，并參閱相關地質資料，綜合相關情況進行考慮方能出具合適有效的支護設計方案。