半淤泥地層鋼板樁頂管工作井施工工藝的研究

劉 金 臨沂市政集團(tuán)有限公司

鄒良雨 臨沂市政集團(tuán)有限公司

趙玉闊 臨沂市政集團(tuán)有限公司

工作井的井壁現(xiàn)場制作方式大多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，存在施工周期長、施工成本高、施工后產(chǎn)生較多建筑垃圾等弊端。在此背景下，臨沂市政集團(tuán)有限公司決定研發(fā)鋼板樁頂管工作井施工技術(shù)，該工藝的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)是如何確保不同地層下頂管工作井后背墻的穩(wěn)定性。2020 年，臨沂市政集團(tuán)有限公司研制出了半淤泥地層鋼板樁頂管工作井，并在臨沂市國際生態(tài)城污水處理廠建設(shè)及配套管網(wǎng)工程和商谷片區(qū)污水處理廠建設(shè)及配套管網(wǎng)工程中進(jìn)行應(yīng)用，有效解決了半淤泥底層鋼板樁工作井施工中存在的問題。

1 施工工藝的特點(diǎn)、范圍及工藝原理

1.1 工藝特點(diǎn)

第一，采用鋼板樁快速施工，能夠有效縮短工作井的制作周期，使頂管施工快速完成。第二，采用可重復(fù)利用的拉森鋼板樁制作半淤泥地層頂管井，減少了鋼筋、模板混凝土的用量，大幅度降低施工成本。第三，在完成頂進(jìn)后，快速拆除鋼板樁工作井，符合綠色施工要求[1]。

1.2 適用范圍

本工藝適用于鋼板樁頂管工作井，尤其適用于頂管工作井后背墻背部為部分淤泥層的位置，對(duì)于后背墻位置上下層土體穩(wěn)定性差距較大的地層也有較好的適用性。

1.3 工藝原理

工作井背部存在部分淤泥，采用換填加固技術(shù)改變土體的性質(zhì)，提高土體的粘聚力及內(nèi)摩擦角，提高背部土體抗壓的穩(wěn)定性。采用一體化技術(shù)，將后背墻與封底底板鋼筋混凝土連接為一個(gè)整體，有效防止后背墻發(fā)生位移變形，提高后背墻的抗壓能力，確保頂進(jìn)施工軸線的穩(wěn)定性[2]。

采用混凝土構(gòu)件防裂縫技術(shù)，在后背墻兩側(cè)設(shè)置“倒角式”鋼筋混凝土連接墻，防止封底底板與后背墻連接處出現(xiàn)撕裂裂縫，確保頂進(jìn)順利。

2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 工藝流程

施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 鋼板樁工作井施工流程圖

2.2 操作要點(diǎn)

2.2.1 準(zhǔn)備工作

鋼板樁整體的穩(wěn)定性以及樁與樁之間的止水要求是工作井施工的關(guān)鍵控制指標(biāo)，所以施工前需要有相應(yīng)資質(zhì)的設(shè)計(jì)單位出具工作井支護(hù)設(shè)計(jì)方案。根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，頂管工作井采用拉森鋼板樁制作，矩形工作井的尺寸可設(shè)計(jì)為11.5 m×8.5 m。

2.2.2 定位放樣

施工前清理表層，確保作業(yè)面平整，采用RTK 測量系統(tǒng)或者全站儀確定工作井的準(zhǔn)確位置，如圖2 所示。

圖2 工作井位置放樣

2.2.3 鋼板樁施工

鋼板樁打設(shè)施工前，需對(duì)進(jìn)場的鋼板樁材料進(jìn)行檢查驗(yàn)收，對(duì)于咬合口存在破損、樁身銹蝕嚴(yán)重、樁主體存在直徑25 mm 以上空洞以及樁體變形等不符合要求的鋼板樁予以退場，嚴(yán)禁使用。施工前檢查打樁機(jī)操作人員的上崗證件，并對(duì)所有作業(yè)人員進(jìn)行安全技術(shù)交底。根據(jù)確定的工作井邊線，先打設(shè)角端的控制樁，打設(shè)完成且位置復(fù)核無誤后，按照順時(shí)針或者逆時(shí)針的方向，沿著工作井控制邊線依次打設(shè)，直至閉合，要求樁與樁之間鎖口必須咬合緊密，同等長度鋼板樁頂高程誤差控制在±20 cm，周圈鋼板樁閉合無問題后打設(shè)角樁，角樁應(yīng)緊扣工作井交角位置。

2.2.4 后背換填

清除鋼板樁背部的淤泥，直至到達(dá)原土地層或者承載力符合要求的地層，并重新?lián)Q填砂石料，確保背部的土體抗壓強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。砂石換填需按要求分層回填并進(jìn)行壓實(shí)或者夯實(shí)，分層夯實(shí)厚度不超過30 cm，回填壓實(shí)度應(yīng)不小于95%，以確保鋼板樁后背土體的穩(wěn)定性。挖除后背淤泥和壓實(shí)度檢測如圖3、圖4 所示。進(jìn)行，焊接加固驗(yàn)收合格后再進(jìn)行下道工序施工。每完成一層的破除、開挖后，立即加固圍檁，圍檁施工完成后再進(jìn)行下一層破除、開挖，依次進(jìn)行直至完成全部破除。開挖方式采用長臂挖掘機(jī)配合人工，直至設(shè)計(jì)高程[3]。工作井范圍內(nèi)地下水較豐富的地層，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況運(yùn)用降水井降水或者在基坑內(nèi)設(shè)置集水井明排降水，排出工作井內(nèi)的滲水，確?；幼鳂I(yè)面干燥，有效降低土的側(cè)壓力對(duì)鋼板樁的影響，以便內(nèi)封底施工。工作井四周5 m 以內(nèi)嚴(yán)禁堆放重物，并做好鋼板樁維護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測工作。

圖3 挖除后背淤泥

圖4 壓實(shí)度檢測

（3）基坑降水。支護(hù)采用止水拉森鋼板樁，樁以下為巖層，不考慮巖層滲水量，基坑涌水量按下式計(jì)算：

式中，A代表基坑面積，M代表疏干的含水層厚度，u代表水層的給水度。

對(duì)于止水拉森鋼板樁，用泵抽出基坑中的涌水即可滿足施工要求。

工作坑預(yù)留兩個(gè)集水坑，距離基坑邊緣0.5 m，規(guī)格為0.8 m×0.8 m×1 m，根據(jù)降水情況選用水泵規(guī)格?；铀闹茉O(shè)置擋水墻，寬度0.24 m，高度0.30 m。鋼板樁支護(hù)模型如圖5 所示。

圖5 鋼板樁工作井模型圖

2.2.5 開挖工作井、安裝圍檁以及基坑降水

（1）開挖工作井。鋼板樁施工及后背淤泥換填完成后開挖工作井，從上至下分層開挖，第一層開挖深度1 m 左右，開挖完成后安裝第一道圍檁，焊接安裝完成后繼續(xù)開挖，開挖至第一道圍檁以下3.5 m 后，進(jìn)行第二道圍檁支撐施工，根據(jù)設(shè)計(jì)要求依次進(jìn)行開挖，直至開挖滿足設(shè)計(jì)高程要求。

（2）安裝圍檁。圍檁施工前檢查采用的托架鋼板和工字鋼（槽鋼）是否符合要求，安裝加固嚴(yán)格按照方案的要求

2.2.6 連體式后背墻施工

降水完成后采用50 cm 級(jí)配碎石進(jìn)行填心，墊層采用C30 抗?jié)B早強(qiáng)混凝土分兩層進(jìn)行澆筑。第一層澆筑完成后加鋪防水卷材，保證有效阻水，然后澆筑第二層墊層。養(yǎng)護(hù)到期后進(jìn)行底板鋼筋綁扎及混凝土澆筑，連體式后背墻模型如圖6 所示。

圖6 連體式后背墻模型圖

待封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，從預(yù)留吸水管內(nèi)吸水，封閉悶板，澆入底板內(nèi)。澆筑底板前先清理干凈素混凝土表面，鑿除井內(nèi)封底砼表面軟弱層，清理殘?jiān)⑦\(yùn)出井外棄置。對(duì)可能存在的滲漏處，嚴(yán)密封堵，避免滲水影響底板質(zhì)量。底板與各墻板連接處表面預(yù)先鑿毛，并沖洗干凈后綁扎鋼筋。

底板鋼筋綁扎完成后綁扎后背墻和倒角式連接墻的鋼筋，采用三級(jí)螺紋鋼直徑為18 mm?；炷翝仓戤吅蟀凑找?guī)范進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，達(dá)到強(qiáng)度要求后進(jìn)行下一步頂管設(shè)備安裝等后續(xù)工作，待完成頂管工作后拔除鋼板樁。

3 安全質(zhì)量管理控制措施

3.1 管理措施

工程采取首件制進(jìn)行策劃與實(shí)施，并及時(shí)總結(jié)實(shí)施過程經(jīng)驗(yàn)，形成可實(shí)施性技術(shù)交底，用于指導(dǎo)大面積施工。施工過程中加強(qiáng)質(zhì)量掛牌監(jiān)督管理，嚴(yán)把“四關(guān)”（圖紙交底關(guān)、測量關(guān)、材料驗(yàn)收及復(fù)試關(guān)和過程工序關(guān)），現(xiàn)場做到有人管理、有人監(jiān)督。

3.2 安全控制措施

為確保結(jié)構(gòu)安全，施工前專家需論證和優(yōu)化工作，并對(duì)圍堰結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全檢算，包括過程中各工況下的結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性檢算。施工時(shí)加強(qiáng)鋼板樁變形監(jiān)測工作，一旦發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)通知人員撤離；嚴(yán)格按照圍堰工況要求進(jìn)行施工，及時(shí)設(shè)置內(nèi)支撐，工況如有變更要重新進(jìn)行檢算，確保支撐截面的尺寸和數(shù)量滿足要求。

進(jìn)行吊裝作業(yè)之前，應(yīng)該認(rèn)真調(diào)查作業(yè)范圍及周邊環(huán)境，包括施工便道、埋地電纜及周邊的建筑物等。吊裝作業(yè)人員和信號(hào)指揮人員應(yīng)取得相關(guān)資格證書，持證上崗，嚴(yán)禁違章作業(yè)[4]。重物起升要平穩(wěn)，下降速度要均勻，不能突然制動(dòng)。吊裝物不能長時(shí)間懸掛在空中，作業(yè)中如果遇到突發(fā)故障，應(yīng)立即將重物降落至安全地方。

4 環(huán)?？刂拼胧?/h2>

施工現(xiàn)場采用高度不低于2.5 m 的裝配式硬質(zhì)圍擋進(jìn)行連續(xù)全封施工，圍擋上方架設(shè)與在線檢測系統(tǒng)相連接的自動(dòng)噴淋降塵系統(tǒng)，作業(yè)區(qū)內(nèi)設(shè)置揚(yáng)塵檢測設(shè)備，與自動(dòng)噴淋系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，揚(yáng)塵達(dá)到警戒值后自動(dòng)噴淋降塵，確保揚(yáng)塵控制符合要求。

同時(shí)，及時(shí)處理工程中產(chǎn)生的廢棄物，能利用的盡量回收利用，不能利用的棄置在公共垃圾場或者經(jīng)處理后填埋。針對(duì)施工現(xiàn)場的直射光線和電焊眩光，采用設(shè)置施工棚或者圍護(hù)等措施進(jìn)行有效控制或遮擋，避免對(duì)周圍區(qū)域產(chǎn)生不利干擾。

由于施工區(qū)位于大學(xué)城附近，噪聲控制尤為重要，施工盡量采用低噪聲、低振動(dòng)的機(jī)具，避免或減少施工噪聲和震動(dòng)。施工過程應(yīng)遵守《中華人民共和國建筑施工現(xiàn)場界噪聲限值》《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》相關(guān)規(guī)定。

5 結(jié)語

半淤泥地層鋼板樁頂管工作井施工工藝有效解決了半淤泥地層中鋼板樁頂管工作井的制作問題，縮短了施工周期，降低了施工成本，得到了業(yè)主、監(jiān)理單位的好評(píng)，也為鋼板樁頂管工作井施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步夯實(shí)了企業(yè)在非開挖施工方面的技術(shù)基礎(chǔ)，達(dá)到了同行業(yè)先進(jìn)水平[5]。該工藝采用可重復(fù)利用的拉森鋼板樁制作頂管井，不但減少了鋼筋、模板混凝土的用量，且有效縮短了施工工期，具有良好的環(huán)保效益。