污水輸水管超深溝槽接管的鋼板樁施工工藝

徐敏賢

本文針對(duì)由拖管、沉井方式施工的污水排水管道項(xiàng)目，拖管施工完成后，由于存在地下障礙物、周邊土層情況不理想以及施工工期因素的影響，部分連接井原設(shè)計(jì)的沉井法無法實(shí)施。本文所述沉井深度為10m，通過變更設(shè)計(jì)采用了鋼板樁的支護(hù)形式，同時(shí)考慮基坑深度較深、施工現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜，施工影響因素多，施工中鋼板樁選用拉森樁形式，并多種措施并舉，加強(qiáng)了鋼板樁支撐能力，保證了支撐體系的安全。

一、前言

現(xiàn)階段城市開發(fā)和改造過程中，新建和改建了大量城市污水聯(lián)通管道。污水聯(lián)通因埋深較深，且多在現(xiàn)有市政道路下方，需下穿大量原有地面構(gòu)筑物，故很多采用非開挖作業(yè)方式實(shí)施。

污水聯(lián)通管道采用拖管施工時(shí)，管道接頭部位常采用沉井進(jìn)行施工，沉井下沉后形成接管連接操作空間進(jìn)行施工。接管結(jié)束后進(jìn)內(nèi)回土填平。而沉井施工受周邊環(huán)境影響較大，當(dāng)沉井部位周邊土層情況較差，地下存在障礙物以及其他環(huán)境影響因素時(shí)，沉井無法施工或施工風(fēng)險(xiǎn)較大。

本文針對(duì)“蘇州市吳中區(qū)木瀆新城污水處理廠提標(biāo)改造（EPC）工程”中，新建污水聯(lián)通管道接原有市政管網(wǎng)施工中，沉井受周邊環(huán)境影響無法施工時(shí)，通過一系列的設(shè)計(jì)變更，并采用了多項(xiàng)優(yōu)化的改進(jìn)措施，保證了污水管道接管施工安全，并保證了接管施工質(zhì)量。

二、項(xiàng)目簡介

由我公司實(shí)施的“蘇州市吳中區(qū)木瀆新城污水處理廠提標(biāo)改造（EPC）工程”，項(xiàng)目包括結(jié)構(gòu)主體（反硝化池）、設(shè)備機(jī)房、管道施工、道路路面恢復(fù)、道路排水以及項(xiàng)目施工范圍內(nèi)的污水聯(lián)通管道施工。項(xiàng)目污水管道為壓力管，管道埋設(shè)方式采取拖管方式實(shí)施。拖管管材采用DN800PE 實(shí)壁管，拖管接頭連接處采用沉井方式圍護(hù)，在井內(nèi)進(jìn)行管道焊接連接施工。原設(shè)計(jì)圖如下：

圖1 原設(shè)計(jì)圖

三、施工主要存在的問題

污水聯(lián)通管道施工配合結(jié)構(gòu)主體及部分新建污水管道施工進(jìn)度實(shí)施。在項(xiàng)目木東路口段落施工時(shí)，發(fā)現(xiàn)主要有以下難點(diǎn)：

（1）木東路交叉口段落拖管位于河岸邊，土層上部存在較厚淤泥土層，土層強(qiáng)度差，沉井下沉過程中容易偏斜。在管位位置下方土層存在承壓水，施工還需采用止水降水措施。

項(xiàng)目所在地質(zhì)土層結(jié)構(gòu)如下：

①1 層淤泥：灰黑色，流塑。含有機(jī)質(zhì)，有異味，夾雜生活垃圾、碎石等。該上層主要分布于擬建管道沿線勘探孔C5～J5、C122～C123、C36-1～J39、C55～C56、JC106～C108 之間的河道中，厚度0.5～1.0m。具觸變性，工程特性極差。

②層粉質(zhì)黏土：淺灰黃色，可塑～軟塑，合灰色斑紋及鐵錳質(zhì)侵染斑點(diǎn)，該上層擬建管線沿線局部有分布，層厚0.3～1.60m,層底標(biāo)高-2.06～08m，壓縮性中等～高，工程特性一般。

③1T 層粉土夾粉質(zhì)黏土：灰黃色～灰色，稍密～中密，濕。局部夾粉質(zhì)黏土薄層，局部多。層厚1.00～6.00m,層底標(biāo)高-14.29～4.54m。壓縮性中等，工程特性一般。

④2 層粉土：灰黃色～灰色，稍密～中密，濕為主。火粉質(zhì)黏土薄層，局部多。該上層擬建管線沿線局部分布，層厚1.00～8.00m,層底標(biāo)高-15.46～-8.97m.壓縮性中等，工程特性一般。

（2）沉井與管廊圍護(hù)結(jié)構(gòu)SMW 工法樁近間距約為2.0m，因此處土層情況較差，工法樁施工存在鼓樁現(xiàn)象，對(duì)工法樁周邊原有土層擾動(dòng)較大。沉井距離圍護(hù)樁較近，下沉過程中沉井一側(cè)為擾動(dòng)土，另一側(cè)為原土層，沉井兩側(cè)土壓不平衡容易造成沉井偏位，甚至傾斜。沉井存在工程風(fēng)險(xiǎn)。

（3）在木東路交叉口拖管施工時(shí)，發(fā)現(xiàn)沉井井位處地下存在障礙物，拖管壁有被障礙物剮蹭、卡管現(xiàn)象，且沉井在管道接頭位置，無法移位避障。若采用井內(nèi)人工除障的方式進(jìn)行清理，本工程刃腳下土質(zhì)情況差，開挖可能造成井外水土向井內(nèi)流失的情況，造成質(zhì)量事故。

（4）管道接頭埋深約10.0m，原設(shè)計(jì)采用沉井施工，而沉井施工工序多，養(yǎng)護(hù)時(shí)間長，本項(xiàng)目施工工期緊張，木東路交叉口屬于施工節(jié)點(diǎn)部位，直接影響上部道路恢復(fù)施工，采用沉井預(yù)制下沉工期難以滿足要求。

（5）沉井在已施工敷設(shè)完成的管道上施工，采用騎馬井方式，在管節(jié)位置刃腳上預(yù)留開口，DN800 管開口寬度通常需約1.8～2.0m，才能保證刃腳不對(duì)已有管道造成影響。本項(xiàng)目上部土層較差，刃腳開口后，下沉至本項(xiàng)目③1t 粉上夾粉質(zhì)黏土后，容易發(fā)生外部水土涌入井內(nèi)，造成沉井施工失敗。

四、實(shí)施方案策劃

鑒于以上木東路交叉口段落沉井施工存在的問題，項(xiàng)目部采用發(fā)散思維，大膽設(shè)計(jì)改進(jìn)方法，并與業(yè)主方和設(shè)計(jì)院多次溝通，達(dá)成變更共識(shí)，最終確定以下變更措施：

（1）為避免沉井施工的風(fēng)險(xiǎn)，將沉井直接變更為拉森鋼板樁圍護(hù)開挖，節(jié)省了沉井預(yù)制養(yǎng)護(hù)、封底等工序，施工速度快。

（2）鋼板樁施打靈活，可根據(jù)地下障礙物情況及時(shí)調(diào)整支撐圍護(hù)范圍，便于避開障礙物。可以保證基坑支護(hù)順利實(shí)施。

（3）在鋼板樁施工前對(duì)地表原有淤泥質(zhì)土進(jìn)行卸土，減少圍護(hù)開挖深度，提高鋼板樁圍護(hù)安全穩(wěn)定性。

（4）鋼板樁圍護(hù)隔水性能弱于沉井結(jié)構(gòu)，且管道接管管口位置存在透水層。鑒于現(xiàn)場(chǎng)土層透水性弱，降水對(duì)上部土層沉降影響弱，故施工前，對(duì)原設(shè)計(jì)的2口沉井降水井進(jìn)行保留，并額外增加3 口降水井，以減小基坑外水壓力保證基坑施工正常實(shí)施。

（5）因項(xiàng)目鋼板樁施工前，下部拖管已施工完畢，受管道影響，管道部位鋼板樁無法打設(shè)到位，此部分鋼板樁懸空支撐。管道四周土體存在無支撐開挖的情況。為確保開挖施工安全，對(duì)無支撐土體采用進(jìn)行加固，加固方式采用壓密注漿，以提高土體強(qiáng)度，避免開挖過程中失穩(wěn)。

（6）為減少管道對(duì)基坑圍護(hù)的影響，項(xiàng)目通過與管網(wǎng)設(shè)計(jì)方溝通，將基坑內(nèi)拖管尚未實(shí)施的一側(cè)管道埋深抬高，將拖管接管口上移。在井內(nèi)施工上翻管連接。一側(cè)管口抬高后，接管施工可在鋼板樁拔除后的淺基坑內(nèi)進(jìn)行接管，減少了管道對(duì)基坑圍護(hù)的影響。

（7）管道埋深較深，深度約為10m，以達(dá)到鋼板樁適宜的基坑支撐圍護(hù)深度的極限，考慮到打設(shè)施工機(jī)械能力，項(xiàng)目基坑支護(hù)鋼板樁選用15m 的拉森樁。為減小圍護(hù)變形造成滲漏水，在基坑頂首先對(duì)原地面進(jìn)行卸土，卸土厚度2.5m。對(duì)拉森樁基坑內(nèi)部采用加密支撐的方式，上下對(duì)撐間距1.5m-2.0m。

變更后基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)如下所示：

圖2 變更后基坑圍護(hù)立面圖

圖3 變更后基坑圍護(hù)平面圖

圖4 管道上翻設(shè)計(jì)

五、施工工藝

1.施工流程安排

（1）降水井施工并預(yù)降水；（2）清表并卸土2.5m；（3）打設(shè)拉森鋼板樁；（4）基坑底及已施工拖管口外壓密注漿；（5）土方開挖及隨挖隨安裝鋼支撐；（6）挖出拖管口切割并安裝上翻管；（7）分層回填，同時(shí)分層加固上翻管；（8）拔除拉森鋼板樁，并回填樁孔；（9）施工另一側(cè)拖管，與上翻管口焊接連接。

2.降水井施工

項(xiàng)目共設(shè)置5 口降水井，內(nèi)2 口外3 口，其中2口井布置在南側(cè)靠河岸位置，一口布置在北側(cè)靠現(xiàn)有道路位置。井位布置如下所示：

坑外測(cè)試觀測(cè)井，深度為20m。凈水鉆孔直徑600mm，濾管直徑為273mm、壁厚3mm 焊接鋼管，外側(cè)包固80 目的濾網(wǎng)，填筑中粗砂作為進(jìn)內(nèi)的濾料，井壁回填采用優(yōu)質(zhì)黏土回填。

3.拉森鋼板樁施工

拉森樁為SP-IV 型，單根長度15m 寬400mm。施工機(jī)械采用長臂挖機(jī)和液壓振動(dòng)錘。施工前先安裝定位架，從一側(cè)開始按順序施打。基坑回填后拔除鋼板樁。鋼板樁拔除后留下的土孔應(yīng)及時(shí)采用水泥漿液填筑處理，水灰比0.5。

4.注漿加固施工

按照設(shè)計(jì)漿液配合比，制備漿液待用。漿液采用42.5 級(jí)水泥配置，摻入50kg/m3特細(xì)粉煤灰，拌合后進(jìn)行注漿，注漿量80kg/m3。

注漿前首先計(jì)算預(yù)計(jì)每一段的壓降量，注漿至預(yù)計(jì)的漿量后停止，進(jìn)行周邊點(diǎn)位的注漿施工。待20 分鐘后，提升50cm 注漿。穩(wěn)定后拔管至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

壓漿若有冒漿現(xiàn)象，需停止壓降作業(yè)，等待前期漿液水泥初凝形成一定強(qiáng)度后，再繼續(xù)進(jìn)行施工。

5.內(nèi)支撐安裝

鋼牛腿安裝：每層土方開挖至支撐下50cm 后，開始安裝鋼牛腿，安裝采用焊接方式進(jìn)行施工，與鋼板樁圍護(hù)進(jìn)行焊接。鋼牛腿與鋼板樁焊縫應(yīng)大于8mm 厚。

鋼圍檁安裝：基坑各邊為一段鋼圍檁，采用挖機(jī)吊住鋼圍檁后，下放至安裝完成的牛腿上。鋼圍檁采HM440＊300＊11＊18 型鋼。

鋼管支撐安裝：鋼管支撐采用φ400 鋼管制作，與鋼圍檁間電焊固定。鋼管支撐采用吊機(jī)吊裝安設(shè)。鋼支撐的安裝控制在24 小時(shí)以內(nèi)，人工配合吊車吊裝就位。

6.土方開挖

基坑內(nèi)支撐間距較密，挖機(jī)無法進(jìn)入基坑內(nèi)進(jìn)行開挖施工。本項(xiàng)目基坑上部土層采用挖機(jī)在基坑上方進(jìn)行開挖出土。基坑下部挖機(jī)大臂無法夠及，采用抓斗機(jī)進(jìn)行出土，基坑內(nèi)人工配合清理土方。

7.上翻管道安裝

將管道熱熔對(duì)焊機(jī)提前吊入坑內(nèi)，坑內(nèi)安置固定。上翻管道采用挖機(jī)吊入基坑內(nèi)，挖機(jī)吊住管道不脫鉤，在基坑內(nèi)采用鋼管及石塊臨時(shí)支墊固定，將兩側(cè)管口卡入熱熔對(duì)焊機(jī)固定，完成管道焊接作業(yè)。

上翻管下部接管完成后，管道繼續(xù)由挖機(jī)吊住不松脫，避免松脫后接頭受力開裂，待基坑回填至6.0m以上后，方可松開吊繩。上翻管上部接口，在基坑回填并完成另一側(cè)拖管后實(shí)施。上部管口連接時(shí)需增加一個(gè)伸縮節(jié)，以保護(hù)管道對(duì)接連接長度。

六、施工工藝優(yōu)點(diǎn)

（1）接管部位基坑下存在地下障礙物，采用沉井施工刃腳下遇到障礙物后，井內(nèi)人工除障，可能造成井外水土向井內(nèi)流失，造成質(zhì)量事故。而采用鋼板樁圍護(hù)，鋼板樁施打靈活，施工過程中遇地下障礙物，可及時(shí)變更鋼板樁施打位置，便于避障。

（2）鋼板樁開挖接管施工相對(duì)于沉井內(nèi)接管施工，施工工序大大縮減，減少了沉井預(yù)制養(yǎng)護(hù)下沉施工時(shí)間，按原設(shè)計(jì)沉井下沉接管施工工期約需21 天，而采用鋼板樁圍護(hù)接管僅需13 天。大大節(jié)省了施工工期。

（3）項(xiàng)目土層情況不理想，地表存在較厚軟弱土層，沉井容易偏位傾斜。而項(xiàng)目一側(cè)拖管已施工完成，沉井刃腳下需預(yù)留倒U 型拖管槽，一側(cè)刃腳損失大，在下沉過程中土層情況不佳，更容易造成進(jìn)位偏斜。而采用鋼板樁支護(hù)則不存在此問題。

（4）相對(duì)于沉井接管施工，鋼板樁圍護(hù)施工節(jié)省了施工成本，而變更后利潤提高。一方面節(jié)省建設(shè)方投資的前提下，我方施工利潤更高。是一項(xiàng)共贏的施工改進(jìn)措施。

（5）為了保證鋼板樁支撐的安全穩(wěn)定性，本成果綜合采用了強(qiáng)化降水、強(qiáng)化內(nèi)支撐、大量注漿封堵，變更管道接頭等措施，對(duì)今后類似項(xiàng)目提供參照。

七、結(jié)論

本項(xiàng)目原設(shè)計(jì)為沉井施工深度為10m，地質(zhì)土層情況差，基坑底存在已施工管并存在障礙物，沉井難以實(shí)施。項(xiàng)目通過變更采用了鋼板樁進(jìn)行基坑圍護(hù)，并采取了多種基坑防護(hù)措施，保證了支護(hù)體系安全穩(wěn)定。使得拉森鋼板樁支護(hù)體系可安全適用的基坑開挖增加到10m 深度。也為以后類似項(xiàng)目沉井無法施工時(shí)，變更采用鋼板樁支撐體系提供了可借鑒的成功案例。