城市既有雨水箱涵改造擴(kuò)容技術(shù)研究

王 輝

（中交路橋建設(shè)有限公司，北京市 101100）

0 引 言

吉利路（江二路）（漢南大道—興城大道）建設(shè)工程為新建市政道路工程，地點(diǎn)位于湖北省武漢市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，北起現(xiàn)狀漢南大道，由北向南分別與通江一路、通江二路、幸福園路和通江四路交叉，止于現(xiàn)狀興城大道。道路全線為直線，起點(diǎn)樁號(hào)K0+000，終點(diǎn)樁號(hào)K3+742.826，全長(zhǎng)3 742.826 m。道路為城市主干路，道路紅線寬度50 m。

原有雨水箱涵為2 孔5 m×4 m 鋼筋混凝土箱涵。為滿足日益嚴(yán)峻的排澇要求，現(xiàn)對(duì)區(qū)段內(nèi)箱涵予以擴(kuò)容。擴(kuò)容箱涵為6 m×4 m 漸變?yōu)? m×4 m 箱涵，破除部分原有舊涵，以舊涵懸臂部分鋼筋伸入到待擴(kuò)容區(qū)箱涵底板內(nèi)。圖1 為箱涵擴(kuò)容設(shè)計(jì)圖。

圖1 箱涵擴(kuò)容設(shè)計(jì)圖

1 施工難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

因基坑開挖深度較大，且存在既有箱涵，鋼板樁施工時(shí)，鋼支撐另一側(cè)勢(shì)必對(duì)既有箱涵造成影響。鑒于此，提出利用既有箱涵為支撐進(jìn)行基坑支護(hù)。基坑設(shè)計(jì)見圖2。

圖2 箱涵支護(hù)設(shè)計(jì)圖

施工工序?yàn)? 測(cè)量放線→鋼板樁施工→開挖至第一層鋼圍檁底→第一層內(nèi)支撐施工→開挖至第二層鋼圍檁底→第二層內(nèi)支撐和導(dǎo)撐施工→土方分層開挖至基坑底→箱涵底板及底板換撐施工→換撐混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除第二道鋼管撐和導(dǎo)撐→箱涵結(jié)構(gòu)施工→回填至第一道鋼支撐底，碾壓達(dá)標(biāo)后拆除第一道鋼支撐→施工箱涵頂板→回填至箱涵頂面→碾壓達(dá)標(biāo)后拔除鋼板樁→回填至地面。

2 施工方法

施工準(zhǔn)備完畢后，進(jìn)行測(cè)量放樣并標(biāo)注開挖邊界，確認(rèn)無(wú)誤后即可開挖基坑第一層，第一層開挖結(jié)束后進(jìn)行右側(cè)鋼板樁插打。待開挖至內(nèi)撐底1 m 處時(shí)，進(jìn)行圍檁及內(nèi)撐安裝，隨后繼續(xù)開挖。圖3 為施工工藝流程。

圖3 施工工藝流程

2.1 鋼板樁施工

鋼板樁采用BZ-V450 打樁機(jī)進(jìn)行插打，從上游開始，插打至下游合龍。插打鋼板樁前，對(duì)插板機(jī)進(jìn)行檢查、檢修，確保振樁時(shí)插板機(jī)性能良好，能滿足鋼板樁插打施工。為確保鋼板樁線形順直，垂直度可控，在插打鋼板樁時(shí)，可利用兩塊鋼板樁作為簡(jiǎn)易導(dǎo)梁，擺放于待打設(shè)區(qū)域平面上[1]，通過(guò)兩塊鋼板樁卡住打設(shè)面，確保線形順直及垂直度。

根據(jù)地質(zhì)資料可知，鋼板樁施工范圍地質(zhì)主要為素填土、雜填土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土、粉質(zhì)黏土夾粉土、粉砂及粉細(xì)砂，土層側(cè)摩阻力約為16～30 kPa。鋼板樁截面尺寸為：寬400 mm，高170 mm，厚度15.5 mm。

最大18 m 鋼板樁面積為：2×（0.4+0.17）×18=20.52 m2。

按最大鋼板樁面積進(jìn)行計(jì)算，克服側(cè)摩阻力所需力：30×20.52≈616 kN≈61.6 t，61.6 t＜75 t。

故BZ-V450 打樁機(jī)滿足施工要求，如遇插打不進(jìn)去的情況，根據(jù)實(shí)際情況更換打樁機(jī)。

2.2 基坑內(nèi)首次開挖

鋼板樁插打完成后，在施工平臺(tái)上采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)進(jìn)行基坑內(nèi)開挖，開挖至圍檁及內(nèi)支撐底1 m 位置[2]。開挖時(shí)優(yōu)先開挖鋼板樁內(nèi)周邊，以便及早進(jìn)行圍檁安裝工作，縮短施工工期。靠近既有箱涵腹板處，預(yù)留50 cm 空間，人工開挖，避免破壞涵體結(jié)構(gòu)。

2.3 鋼牛腿安裝

牛腿為12 mm 厚鋼板焊接制作而成，支撐牛腿沿圍堰四周按圖紙間距布置在鋼板樁側(cè)壁，牛腿焊接時(shí)需注意保證頂面標(biāo)高齊平，相鄰牛腿間的頂面高差小于5 mm，牛腿采用角焊縫連接，焊縫厚度不小于10 mm，水平方向每隔3.5 m 設(shè)置一處牛腿。

對(duì)于設(shè)置在既有箱涵處的鋼牛腿，通過(guò)M20/L=200 mm 膨脹螺栓施打在箱涵側(cè)板上，再將膨脹螺栓與牛腿連接。

2.4 第一層圍檁安裝

鋼圍檁加工: 鋼圍檁加工采用雙拼H 型鋼（HM400×300b）焊接而成。依據(jù)支撐間距（3.5 m）在對(duì)應(yīng)支撐位置焊接，鋼圍檁分段加工，一般分段長(zhǎng)度取2～3 個(gè)支撐間距，轉(zhuǎn)角部位應(yīng)根據(jù)實(shí)際長(zhǎng)度加工[3]。

2.5 第一層內(nèi)支撐安裝

內(nèi)支撐為D609×12 mm 鋼管，水平方向每隔3.5 m 設(shè)置一道，豎直方向設(shè)置兩道。吊裝采用兩點(diǎn)起吊，在吊裝過(guò)程中保持支撐平穩(wěn)、無(wú)碰撞、無(wú)變形。內(nèi)支撐待圍檁安裝完成后即可采用吊車吊裝施焊，圍檁與鋼板樁之間焊接牢固，以確保鋼板樁圍堰的整體穩(wěn)定性[4]，在鋼板樁與圍檁之間有空隙的地方，需采用短型鋼或鋼板加工而成的鋼楔進(jìn)行塞緊（注意型鋼的高度需高于圍檁腹板間距20 cm，以保證圍檁完全受力），然后進(jìn)行焊接固定。

2.6 第二層鋼牛腿及圍檁安裝

當(dāng)開挖至第二層圍檁底處時(shí)，進(jìn)行第二層鋼牛腿及鋼圍檁安裝。右幅鋼牛腿焊接于鋼板樁上，左幅鋼牛腿通過(guò)M20/L=200 mm 膨脹螺栓施打在箱涵側(cè)板上，再將膨脹螺栓與牛腿連接。安裝方法與前述一致，不再贅述。

2.7 第二層內(nèi)支撐安裝

內(nèi)支撐為D609×12 mm 鋼管，水平方向3.5 m設(shè)置一道，豎直方向設(shè)置兩道。吊裝采用兩點(diǎn)起吊，在吊裝過(guò)程中保持支撐平穩(wěn)、無(wú)碰撞、無(wú)變形[5]。內(nèi)支撐待圍檁安裝完成后即可采用吊車吊裝施焊，圍檁與鋼板樁之間焊接牢固，以確保鋼板樁圍堰的整體穩(wěn)定性，在鋼板樁與圍檁之間有空隙的地方，需采用短型鋼或鋼板加工而成的鋼楔進(jìn)行塞緊（注意型鋼的高度需高于圍檁腹板間距20 cm，以保證圍檁完全受力），然后進(jìn)行焊接固定。

2.8 導(dǎo)撐安裝

為確保既有箱涵結(jié)構(gòu)安全，在既有箱涵內(nèi)設(shè)置一層導(dǎo)撐。導(dǎo)撐為D609×10 mm 鋼管，水平方向每隔3.5 m 設(shè)置一道。要注意的是，應(yīng)嚴(yán)格控制導(dǎo)撐與第二層內(nèi)撐標(biāo)高一致。首先在既有箱涵內(nèi)側(cè)施打M20/L=200 mm 膨脹螺栓，隨即將800 mm×800 mm×10mm鋼板與螺栓固定，再將導(dǎo)撐與鋼板焊接固定，導(dǎo)撐每延米重148 kg，單根5 m 長(zhǎng)，共重640 kg。因箱涵內(nèi)不具備吊裝條件，可焊接型鋼三腳架，然后掛設(shè)2 t手拉葫蘆提升安裝，在接頭處應(yīng)塞薄鋼板，確保連接面無(wú)間隙。導(dǎo)撐安裝完畢后，繼續(xù)開挖至基坑底[6]。圖4 為導(dǎo)撐安裝設(shè)計(jì)圖。

圖4 導(dǎo)撐安裝設(shè)計(jì)圖

2.9 換撐措施

箱涵底板澆筑時(shí)，沿底板方向兩側(cè)澆筑C30 混凝土，長(zhǎng)度為100 cm，厚60 cm，待同等條件下混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后，方可拆除第二道內(nèi)支撐，實(shí)現(xiàn)底板結(jié)構(gòu)對(duì)基坑應(yīng)力的體系轉(zhuǎn)換。底板澆筑完畢后，進(jìn)行擴(kuò)容段箱涵施工。