深厚淤泥質(zhì)河床管廊過河雙鋼板樁圍堰施工技術(shù)研究

吳 健，江 鋒，譚 超，吳志書，周聯(lián)英

（1.浙江交工集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310051；2.浙江大學(xué)城市學(xué)院，浙江 杭州 311100）

0 引言

綜合管廊是將多種市政管線集于一體，能充分利用地下空間并有效解決拉鏈路問題，其綜合布局的優(yōu)點(diǎn)越來越得到公眾的認(rèn)可，各地城市均在大力推行城市綜合管廊建設(shè)。沿海地區(qū)由于河網(wǎng)密集，管廊建設(shè)不可避免要穿越河道。采用現(xiàn)澆方案時(shí)，需要進(jìn)行圍堰施工。當(dāng)遇到深厚淤泥質(zhì)河床時(shí)，對(duì)圍堰建造提出了更高的要求。本文以工程案例的形式，對(duì)深厚淤泥質(zhì)河床管廊過河雙鋼板樁圍堰施工技術(shù)進(jìn)行探討，以供業(yè)內(nèi)人士參考。

1 工程概況

嘉興科技城地下綜合管廊項(xiàng)目一期工程Ⅰ標(biāo)段，位于嘉興市南湖區(qū)科技城轄區(qū)，包含槜李路（三環(huán)東路-慶豐路）和南江路（萬興路-三環(huán)南路延伸段）2條道路。南江路為支線單艙倉管廊（3.0×3.2 m），全長(zhǎng)1551.7 m；槜李路為干線雙艙管廊（2.4×3.2 m+3.0×3.2 m），全長(zhǎng)約 795.93 m。南江路賴施浜橋和槜李路南張橋處管廊過河段河床均為深厚淤泥質(zhì)地質(zhì)，采用傳統(tǒng)的鋼板樁圍堰，其穩(wěn)定性和防滲能力不足。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，提出管廊過河雙鋼板樁圍堰施工技術(shù)方案。

2 圍堰設(shè)計(jì)[1,2]

在設(shè)計(jì)圍堰處清淤后，利用施工平臺(tái)和導(dǎo)框通過振動(dòng)插樁機(jī)將鋼板樁插入深厚淤泥質(zhì)河床地基，相鄰鋼板樁之間通過鎖口連接，間隔一定距離設(shè)置兩排鋼板樁，兩排鋼板樁通過多層拉結(jié)筋和支撐固定形成穩(wěn)固的雙鋼板樁體系。為提高深厚淤泥質(zhì)河床作為圍堰基底的承載力，在雙排鋼板樁之間的河床淤泥基礎(chǔ)內(nèi)通過壓密注漿方式進(jìn)行加固處理，從而提高鋼板樁體系的穩(wěn)定性和抗?jié)B能力，并為雙鋼板樁之間填筑芯土提供足夠的承載力。為進(jìn)一步提高雙鋼板樁圍堰的穩(wěn)定性和抗?jié)B能力，在兩排鋼板樁中間填筑摻灰土芯土并設(shè)置防滲膜，鋼板樁之間的填筑芯土形成了一道重力式擋墻，提高了鋼板樁圍堰的抗傾覆穩(wěn)定性。雙鋼板樁之間的芯土利用河道開挖取出的淤泥或淤泥質(zhì)軟土摻加石灰、水泥等添加劑制作成摻灰土。由于河道開挖產(chǎn)生的淤泥隨意排放會(huì)造成環(huán)境污染，而未經(jīng)處理的淤泥難以用作填料，具有較好的壓實(shí)度和抗?jié)B能力。摻灰土分層填筑分層壓實(shí)，且在摻灰土芯土中間設(shè)置一層防滲膜提高芯土的防滲能力。施打鋼板樁所采用的導(dǎo)框采用可調(diào)節(jié)導(dǎo)框，可通過調(diào)平千斤頂調(diào)節(jié)導(dǎo)框垂直度，并通過調(diào)整調(diào)節(jié)絲桿調(diào)節(jié)鋼板樁位置，從而提高鋼板樁的打入精度。上下游圍堰均采用相同的方式制作和施工，施工完成的雙鋼板樁圍堰斷面示意見圖1。圍堰施工完成后通過壓密注漿對(duì)圍堰內(nèi)基坑底部進(jìn)行地基處理，然后進(jìn)行基坑開挖和管廊主體結(jié)構(gòu)施工，最后進(jìn)行基坑回填和圍堰拆除。

圖1 雙鋼板樁圍堰斷面示意圖

針對(duì)本工程綜合管廊穿越深厚淤泥質(zhì)河床情況（綜合管廊基坑深度為水位以下約10 m），雙鋼板樁圍堰凈間距4.6 m，圍堰基坑深度10.2 m，采用IV型拉森鋼板樁制作圍堰，鋼板樁長(zhǎng)18 m，雙鋼板樁間距為4 m，鋼板樁內(nèi)填筑淤泥摻灰土（石灰摻量8%，水泥摻量3%，）作為土芯，圍堰圍檁采用I40a工字鋼，圍堰基坑設(shè)置兩道橫向600 mm鋼管支撐。

3 施工要點(diǎn)

3.1 施工準(zhǔn)備

施工前，認(rèn)真分析設(shè)計(jì)提供的地質(zhì)勘察報(bào)告，水文資料，設(shè)計(jì)圖紙，實(shí)地踏勘現(xiàn)場(chǎng)河床情況，對(duì)工程收集各方面的參數(shù)進(jìn)行全面分析，對(duì)于河床，需重點(diǎn)了解其河底淤泥及淤泥質(zhì)軟土深度及平整度，施工前對(duì)設(shè)計(jì)位置處河道進(jìn)行清淤。

復(fù)查鋼板樁，檢查振動(dòng)錘及處理鋼板樁等。剔除那些因裝卸運(yùn)輸而導(dǎo)致磨損的變形鋼板樁，并對(duì)鎖口破裂及表面有焊接殘瘤的鋼板樁進(jìn)行處理，保證單獨(dú)的圍堰鋼板樁具有相同的鎖口，并在鎖口內(nèi)涂抹適量黃油以減少摩損。

3.2 導(dǎo)框制作安裝

安裝導(dǎo)框時(shí)，先進(jìn)行定位測(cè)量，用平板船作臨時(shí)施工平臺(tái)或搭建臨時(shí)施工平臺(tái)，在設(shè)計(jì)位置施打定位樁，然后將制作好的導(dǎo)框固定在定位樁上，導(dǎo)框包括導(dǎo)框主體結(jié)構(gòu)和定位微調(diào)系統(tǒng)，導(dǎo)框主體結(jié)構(gòu)由支撐桿制作而成，定位微調(diào)系統(tǒng)為雙層結(jié)構(gòu)，設(shè)置在導(dǎo)框的頂部和底部。定位微調(diào)系統(tǒng)為可伸縮水平調(diào)節(jié)的定位卡盤，定位卡盤上設(shè)置有多個(gè)頂推絲桿，通過調(diào)節(jié)頂推絲桿調(diào)節(jié)鋼板樁的水平位置。通過調(diào)節(jié)千斤頂調(diào)整導(dǎo)框的垂直度。

3.3 鋼板樁吊運(yùn)和堆放

裝卸鋼板樁采用兩點(diǎn)吊，注意保護(hù)鎖口免受損傷。鋼板樁按照型號(hào)、規(guī)格、長(zhǎng)度等分別堆放，每層堆放數(shù)量一般不超過5根，各層間要墊枕木，枕木間距一般為3～4 m，且上下層枕木應(yīng)在同一垂直線上，堆放的總高度不宜超過2 m。

3.4 鋼板樁施打與固定

鋼板樁采用單根插打。鋼板樁在淤泥質(zhì)地段擠進(jìn)過程中，受到淤泥中塊石或其它不明障礙物等側(cè)向擠壓作用力大小不同容易發(fā)生偏斜，采取以下措施進(jìn)行糾偏：在發(fā)生偏斜位置將鋼板樁往上拔1.0～2.0 m，再往下?lián)舸?，如此上下往?fù)數(shù)次，讓鋼板樁的位置得到糾正，減少鋼板樁的傾斜度。

打設(shè)完雙排鋼板樁后進(jìn)行拉結(jié)筋和雙鋼板之間內(nèi)支撐施工。本著遵循先支撐后降水的原則，在降水之前先對(duì)鋼板樁增設(shè)內(nèi)橫撐，以防止鋼板樁因水壓變化而發(fā)生變形，橫撐設(shè)置距樁頂1 m處，將各邊的橫撐焊接穩(wěn)固，考慮到水壓力的不斷增大，在內(nèi)支撐自上而下設(shè)置時(shí)，必須根據(jù)不同水位處不同的水壓力來計(jì)算支撐的數(shù)目，在排水時(shí)，必須保證排水的速度要大于鋼板樁圍堰滲入速度的3倍以上，發(fā)現(xiàn)圍堰滲漏處時(shí)，必須及時(shí)進(jìn)行封堵。

3.5 雙鋼板樁圍堰基底注漿

由于深厚淤泥質(zhì)河床承載力極低，而雙鋼板樁圍堰內(nèi)填筑芯土高度較高，芯土重力大，基底承載可能會(huì)不滿足要求，而且雙鋼板樁在淤泥質(zhì)河床中的穩(wěn)定性不高，為提高雙鋼板樁圍堰基底的承載力，在雙排鋼板樁之間的深厚淤泥質(zhì)河床基礎(chǔ)內(nèi)通過壓密注漿技術(shù)進(jìn)行加固處理，提高鋼板樁的穩(wěn)定性和鋼板樁的抗?jié)B能力。支撐體系施工完成后，可在雙鋼板樁內(nèi)部降水，然后向雙鋼板樁之間的河床淤泥內(nèi)通過壓密注漿注入水泥漿，如果雙鋼板樁穩(wěn)定性不足，可在未降水或少降水情況下將注漿管插入水下河床進(jìn)行水下壓密注漿。內(nèi)注漿處理厚度根據(jù)上部承載力要求確定，注漿孔間距1 m，采用先外圍，后內(nèi)部的分層注漿施工方式。注漿采用從外緣到中間、從上到下、低壓慢注，跳孔分批注漿的施工順序，發(fā)現(xiàn)管壁竄冒現(xiàn)象及時(shí)封堵，等稍凝后再注，使?jié){液達(dá)到飽和狀態(tài)。淤泥質(zhì)地基壓密注漿一般需滿足下列技術(shù)：

（1）注漿采用強(qiáng)度等級(jí)42.5 MPa普通硅酸鹽水泥，可摻10%～30%的水泥。

（2）注漿初凝時(shí)間為2 h。注漿量注入率為20%。

（3）注漿壓力0.1～1 MPa，水灰比為0.5～0.6，具體可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)配合比試驗(yàn)確定。

3.6 制備摻灰土

將河道內(nèi)挖出的淤泥質(zhì)黏土采用推土機(jī)攤鋪翻曬。采用人工或機(jī)械布灰的方式撒布生石灰和水泥，然后用路拌機(jī)拌和，安排2～3人挖槽檢查路拌機(jī)是否將石灰土拌勻拌透。石灰土拌勻后，抽取試樣檢測(cè)灰劑量，做標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，用配合比試驗(yàn)時(shí)的擊實(shí)結(jié)果校核現(xiàn)場(chǎng)石灰土的配合比是否準(zhǔn)確，并測(cè)試成型石灰土強(qiáng)度試件。用推土機(jī)的履帶穩(wěn)壓1～2遍，消除石灰土潛在的壓實(shí)不均勻現(xiàn)象。根據(jù)土堆總體積和對(duì)應(yīng)含水量的設(shè)計(jì)摻配劑量以固定容器量測(cè)生石灰，石灰劑量應(yīng)大于設(shè)計(jì)劑量0.5%。根據(jù)所采用土料含水量不同，生石灰摻量一般約5%～10%，水泥摻量一般約2%～5%，具體摻量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

3.7 填筑芯土并設(shè)置防滲膜

雙鋼板樁之間抽水和清淤完成后，在鋼板樁內(nèi)側(cè)張掛防滲膜，施工過程防止防滲膜破損。然后采用編織袋裝摻灰土緊貼防滲膜填筑一層土袋。裝土量為土袋容量的1/2～2/3，袋口縫合。土袋均應(yīng)相互錯(cuò)縫，盡量堆碼密實(shí)、平穩(wěn)。將制作好的摻灰土分層填筑于雙層鋼板樁中間，每層填筑厚度不宜過大，分層碾壓密實(shí)。

3.8 下游圍堰及圍堰內(nèi)支撐體系施工

下游圍堰施工完成后進(jìn)行基坑內(nèi)支撐體系施工。鋼圍檁內(nèi)支撐構(gòu)件統(tǒng)一加工后，運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝；內(nèi)支撐構(gòu)件主要由縱梁、橫梁、斜撐、對(duì)口撐、牛腿、三角板組成?？v、橫梁利用I32a（I45a）工字鋼雙拼而成；斜撐利用4根[25a槽鋼組拼而成；對(duì)口撐利用Ф300×6 mm圓管；牛腿利用60 cm長(zhǎng)I32a工字鋼斜切；三角板利用2塊12 mm厚鋼板焊接而成。用作構(gòu)件的型鋼與型鋼連接時(shí)，均采用16 mm厚鋼板加強(qiáng)，加強(qiáng)板布設(shè)間距為1.5 m。

鋼板樁合攏后即進(jìn)行第一道內(nèi)支撐安裝，首先將牛腿焊接在鋼板樁樁身上，接著吊裝縱、橫梁焊接在牛腿上，并焊接三角板；須先將第二、三道鋼圍檁內(nèi)支撐的縱、橫梁吊放入鋼板樁圍堰內(nèi)；最后安裝斜撐及對(duì)口撐。并仔細(xì)檢查鋼板樁圍堰的封閉性。第二、三道鋼圍檁內(nèi)支撐安裝同第一道安裝方法，圍堰內(nèi)降水至第二道支撐位置處時(shí)，停止抽水；待第二道鋼圍檁內(nèi)支撐安裝完畢后，繼續(xù)降水并開挖基坑至第三道支撐處。

3.9 基坑開挖及坑底壓密注漿

基坑開挖主要采用挖掘機(jī)開挖，局部采用高壓水槍將土體沖成泥漿并用泥漿泵抽走。在基坑內(nèi)設(shè)集水坑24 h抽水和降水。必須保持對(duì)圍堰進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，主要包括樁身的變形，鋼板樁內(nèi)支撐的軸力及內(nèi)外水位的變化。若鋼板樁變形較大或內(nèi)支撐軸力過大時(shí)，及時(shí)采取補(bǔ)救措施。

對(duì)淤泥質(zhì)河床地基通過壓密注漿進(jìn)行加固，可在圍堰內(nèi)降水完成后即鉆孔注漿，也可在基坑開挖至一定深度后進(jìn)行注漿，但是要確保注漿時(shí)設(shè)計(jì)注漿頂面上覆土厚度不小于2 m。注漿前先通過注漿試驗(yàn)確定相關(guān)注漿參數(shù)。為了達(dá)到預(yù)期的注漿效果，施工時(shí)先對(duì)外圍進(jìn)行封漿，然后再進(jìn)行壓密注漿。

3.10 圍堰拆除

待基坑回填完成后進(jìn)行圍堰拆除作業(yè)。首先拔除鋼板樁前先仔細(xì)研究拔樁順序和拔樁時(shí)間，否則由于拔樁的振動(dòng)影響以及拔樁帶土過多會(huì)引起地面沉降和位移。在內(nèi)支撐全部拆除完成后，進(jìn)行鋼板樁的拔除。在拔樁時(shí)，采用振動(dòng)錘進(jìn)行拔除，拔一根清理一根。為防止將臨近板樁同時(shí)拔出，宜將鋼板樁和加固的槽鋼逐根割斷。先割除鋼板樁的支撐，然后再拔圍堰鋼板樁。按與打板樁順序相反的次序拔樁。鋼板樁拔出后挖除圍堰芯土，并對(duì)河床進(jìn)行清理。

4 結(jié)語

綜合管廊在沿海河網(wǎng)密集區(qū)穿越河道，遇到深厚淤泥質(zhì)河床時(shí)，采用雙排鋼板樁建造圍堰，圍堰基底的深厚淤泥質(zhì)河床通過壓密注漿處理后承載力較高，提高了雙鋼板樁體系的穩(wěn)定性和圍堰基底的承載能力；雙排鋼板樁中間填筑有摻灰土形成一道重力式擋墻，顯著提高了圍堰的穩(wěn)定性，使圍堰具有較高的安全性、防滲性和經(jīng)濟(jì)性，可以進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

[1]陳巍.城市共同溝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工探討一一以洪鐘大道共同溝為例[J].廣東建材,2014(2)：67-70.

[2]王恒棟.GB 50838--2015城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范解讀[J].中國建筑防水,2016(14)：34-37.