樁基施工中廢棄管線處理技術及成本分析

滕 博

(中鐵六局集團有限公司交通工程分公司 北京市 100070)

鉆孔灌注樁施工工藝在國內已十分成熟,但在城市地區施工,難免下敷市政管線,廢棄管線的處理質量將直接影響鉆孔灌注樁施工。目前現場管線排遷方案為新建,將原位管線按廢棄處理。因管線遷改后未將原地下管線清除,造成鉆孔灌注樁無法在廢管處進行鉆進,因此樁基施工前需對廢棄管線進行處理。

1 工程概況

沈陽地鐵3號線工程高架段沿開發二十二號路路中走行,沿線橋梁基礎與現狀雨水及污水管線形成占位沖突,設計方案為遷改管線至新線位后完成基礎施工。

根據前期輸入資料,開發二十二號路下敷設管線包含:雨水、污水、燃氣、給水、熱力、通信等地下管線,其中與樁基礎占位沖突的主要為雨水和污水管線,雨水、污水管線埋深在地面以下2.6～10.5m,管徑DN500～DN2400,管線剖面關系圖見圖1。

圖1 管線剖面關系圖

2 方案對比

2.1 鋼板樁+鋼支撐明挖法

2.1.1施工方法

采用鋼板樁+鋼支撐方式明挖法施工,承臺范圍內路面破除→打入鋼板樁→安裝鋼圍檁→基坑開挖→安裝第二道鋼圍檁(超過6m)→基坑開挖→雨污水管道破除封堵→基坑回填→拔出鋼板樁→樁基施工。

2.1.2存在問題

(1)工期方面:每個承臺周期約7d,受場地影響,無法形成流水作業,工期影響約4個月甚至更長,對目前已滯后的工期十分不利;由產權單位組織實施,不可控因素增多。

(2)安全方面:回填深度較深(5～9m),無法采用大型機械壓實,沉降期短,容易造成后期不均勻沉降。樁基施工時大型機械旋挖鉆機、吊車吊裝需要在回填區域進行運轉,若有地基不均沉降情況出現,容易造成鉆機失穩而傾倒砸傷兩側車輛及行人。開發二十二路屬于寶馬公司的重要通道,車流量大,若發生鉆機傾覆,則可能出現群死群傷現象。

(3)質量方面:施工質量不易控制。

(4)造價方面:經過初步計算,費用在四個方案中為最高,經濟性最差。

2.1.3費用造價

雨污水管破除綜合單價496元/m3,開挖土方單價14.66元/m3,回填土方單價43.55元/m3,土方外運單價35.68元/m3,鋼板樁單價724.39元/噸,鋼圍檁及鋼支撐單價3617.22元/噸,預計造價2834萬元。

2.2 鋼護筒跟進并拔除方案

2.2.1施工方法

采用鋼護筒套管跟進廢管頂部,采用旋挖鉆對廢管進行破除,破除前對管道進行清淤、排除有害氣體等準備工作,然后人工下至管底進行廢管封堵,封堵采用50cm厚磚砌擋墻,封堵完畢后鉆進至廢管底部2m,待磚墻砂漿強度在75%以上后進行混凝土灌注,灌注完畢,混凝土初凝前拔除鋼護筒[1]。

鋼護筒采用壁厚2cm的鋼板卷制而成,其中直徑1.2m樁基采用直徑1.5m的鋼護筒,直徑1.5m樁基采用直徑1.8m的鋼護筒;鋼護筒埋設采用振動打樁錘進行錘擊的方式。管線與鋼護筒剖面關系圖見圖2,鋼護筒跟進并拔除示意圖見圖3。

圖2 管線與鋼護筒剖面關系圖

圖3 鋼護筒跟進并拔除示意圖

2.2.2存在問題

(1)工期方面:前期準備工作時間較長,需要對管道內的積水及淤泥物進行清理;需要進行每根管兩側封堵、等強,無法連續鉆進,單個承臺只能單個施工,護筒占用時間長,循環性差,工期延長至少在3個月以上。

(2)安全方面:需人工下至5.0～8.5m深度進行封堵,因護筒直徑只有1.5m,屬于有限空間作業,且既有雨污水管已經存在十多年,大部分存在雨污混流,在巡查過程中發現檢查井內氣味難聞,一般的通風措施難以消除,作業條件極差,無法長時間作業;因污水管大部分連接廠家的化糞池及年代久遠的原因,存在大量有害氣體。由于樁基數量較大,每個標段均在1000根以上,安全風險急劇增加,安全管理難度大,雖然可以采取通風措施,但也極易發生中毒現象及安全事故。

(3)質量方面:護筒拔除需要在混凝土初凝前進行,施工時間不易控制,護筒可能難以拔除;由于封堵的是圓形管道,封閉難以嚴實。護筒在拔除過程中,由于混凝土側壓力對磚墻的沖擊,容易發生漏漿及漏混凝土的情況,造成樁基缺陷,樁基缺陷一般在樁檢測時才能發現,而檢測樁基一般在施工后1個月左右,可能出現大批量缺陷樁的情況,后期處理難度大、費用極高。

(4)造價方面:造價相對較高。

2.2.3費用造價

管徑1.5m鋼護筒打拔費用為1800元/m(旋挖帶護筒驅動器),管徑1.8m鋼護筒打拔費用為2100元/m(旋挖帶護筒驅動器),鋼筋混凝土管道破除費用496元/m3,砌磚1099元/m3,清淤138元/m3,預計造價1048.9萬元。

2.3 雙護筒方案(外護筒拔除,內護筒保留)

2.3.1施工方法

采用外鋼護筒套管跟進廢管頂部,鉆機對廢管進行破除,破除完畢后鉆進至廢管底部1m,繼續鉆進至樁基底部,安裝內鋼護筒,待樁基混凝土灌注完畢后,直接拔出外鋼護筒,無需拔除內鋼護筒。承臺施工時,直接切除內鋼護筒[2]。

外鋼護筒采用壁厚3cm的鋼板卷制而成(可倒用),其中直徑1.2m樁基采用直徑1.5m的鋼護筒,直徑1.5m樁基采用直徑1.8m的鋼護筒;內鋼護筒采用壁厚1cm的鋼板卷制而成,直徑比樁徑大20cm。鋼護筒埋設采用旋挖套裝機進行安裝。

2.3.2存在問題

(1)工期方面:與普通樁基施工差異不大,可大大減少廢管處理時間,緩解工期壓力,為后續施工按期完成提供保障。

(2)安全方面:施工方法較成熟,安全可靠。

(3)質量方面:與普通樁基施工差異不大,質量較易控制。

(4)造價方面:造價高。

2.3.3費用造價

管徑1.5m外鋼護筒打拔費用為1800元/m(旋挖帶護筒驅動器),管徑1.8m外鋼護筒打拔費用為2100元/m(旋挖帶護筒驅動器);管徑1.7m內鋼護筒為2841.82元/m,管徑1.4m內鋼護筒為2316.05元/m;鋼筋混凝土管道破除費用496元/m,預計造價2114.6萬元。

2.4 管道封填方案(地面鉆孔封堵)

2.4.1施工方法

采用水泥砂漿將管道封堵。

2.4.2處理原則

工程樁所在位置樁周范圍內發現的廢棄管線均須處理。

2.4.3具體處理措施

(1)管波探測要求

(a)管波探測:對樁基范圍內進行探測并分析探測結果及探測深度。

(b)根據鉆探及管波探測結果,記錄廢棄管線深度及高度。

(2)施工要求

(a)布置鉆孔

每個承臺下,每根樁兩側打設2個220mm鉆孔,通過鉆孔用水泥砂漿將管線封堵。鉆孔距離樁邊0.5m,按照一個管線回填長度12m左右布置鉆孔,并做好標記。

(b)鉆孔

鉆孔采用XY-1型地質鉆機,鉆孔直徑為220mm,孔徑誤差小于5mm,鉆孔平面位置誤差小于50mm,傾斜度不超過1.0%。鉆機采用泥漿循環、護壁成孔和清孔,如遇特殊巖土時需下套管鉆機,防止塌孔。成孔深度要求進入廢棄管線[3]。

(c)排氣孔施工

為保證灌注砂漿密實,在每一個填充孔旁需設一個排氣孔,保證砂漿灌注效果。排氣孔成孔施工與填充孔相同,成孔后下φ75mmPVC管至廢棄管線管頂,PVC管管口預先用棉絮封住,避免下管過程中泥漿進入管內堵塞管路,灌注砂漿前用高壓空氣將排氣孔疏通。

(d)制備水泥砂漿

M10砂漿采用商品預拌。灌漿過程中可視情加入外加劑,增加其工作性。如廢棄管線直徑較大,也可采用C20混凝土(或砂漿)充填。

(e)泵送水泥砂漿

采用混凝土輸送泵將砂漿通過套管泵送進廢棄管線。待廢棄管線灌滿,穩壓30min左右,拔出導管。終注標準:無法注進為止。

(f)注漿孔封孔

注漿施工結束后,起拔套管并及時將孔口封堵。

(g)二次灌漿

灌漿完成后,可根據現場情況對灌漿孔繼續灌注水泥砂漿,作為第一次灌漿的補充。

2.4.4檢測原則和數量

采用“二次壓漿”方法檢查填充率。

要求每個管線均要檢測一次。壓水檢查工作應在灌漿結束7d后進行,管道封填方案示意圖見圖4。

圖4 管道封填方案示意圖

2.4.5存在問題

(1)工期方面:需要進行每根管兩側封堵,等強,如區間長度較長則應分段封堵灌注,工期延長約2～3個月。

(2)安全方面: 管線回填密實情況無法驗證,可能對后續樁基施工產生不良影響。

(3)質量方面:注漿質量較難確認。

(4)造價方面:造價較低。

2.4.6費用造價

全線污水抽除單價100元/m3,管內砂漿封堵單價500元/m3,觀測孔單價150元/m,預計造價669.9萬元。

3 方案比選

路基填料與地基土主要計算參數見表1。

表1 路基填料與地基土主要計算參數

管線封堵時砂漿外擴范圍及封堵效果無法確定,故進行封堵試驗,目前已完成兩次試驗,試驗結果如下。

3.1 試驗一

(1)試驗內容:調整砂漿稠度,保證封堵密實性,通過試驗確定單個承臺砂漿封堵外擴量及封堵效果。

(2)試驗過程:此次試驗地表鉆孔共5個,直徑220mm,每個深度5m(打穿廢管頂部);鉆孔距離樁邊0.5m,當日采用地泵灌注M10砂漿(稠度分別為90mm、70mm)累計完成30.5m3。此次試驗填充的是污水管道,廢管直徑1m,試驗一方案示意圖見圖5。

圖5 試驗一方案示意圖(單位:mm)

(3)試驗結果:砂漿灌注全部完成后,承臺內管道封堵未密實,砂漿凝固后管道內砂漿液面到管道1/2處。此次試驗結果顯示由于砂漿流動性過大,僅通過砂漿進行管道灌注無法在承臺及外擴的一定范圍內完成密實封堵。

3.2 試驗二

(1)試驗內容:在承臺外兩側用C20混凝土進行灌注,形成混凝土擋墻,使承臺內管道密閉,混凝土凝固后,在承臺內注入砂漿,將承臺內管道封堵。

(2)試驗過程:此次試驗地表鉆孔共7個(其中3個深度4.4m、4個深度4.3m),鉆孔距樁邊0.5m,打穿廢管頂部,直徑220mm;當日采用泵車灌注C20混凝土(坍落度16cm)累計20m3,采用泵車灌注M10砂漿(稠度70mm)累計10m3。此次試驗填充污水管道,管徑1m,試驗二方案示意圖見圖6。

圖6 試驗二方案示意圖(單位:mm)

(3)試驗結果:混凝土、砂漿全部灌注完成后,承臺內管道已密實,滿足樁基施工條件。經計算,試驗管道管徑1m,混凝土、砂漿共注入30m3,按管道體積換算,此次管道封堵總長度38.2m,承臺長7.2m,試驗封堵外擴量31m,即承臺兩側外擴15.5m,承臺凈距17.8m,單個承臺灌注長度大于承臺凈間距1/2,相當于已灌滿兩承臺間管線,管道封填試驗效果示意圖見圖7。

圖7 管道封填試驗效果示意圖

經兩次專家論證,由于砂漿封堵管道方案與雙護筒跟進拔除方案工期相近,造價相差較大,故決定采用砂漿封堵管道方案。

4 結論

文章通過工程實例對廢棄管線處理方案進行分析,保證樁基施工質量及安全,同時也對各種方案進行經濟成本分析,確定最經濟的施工方案。研究過程及結果可為類似工程施工提供參考。