城市深基坑老管道開挖施工工藝研究

姜聰宇，侯飛 （中交水利水電建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315200）

1 工程概況

1.1 項目概況

寧波某道路改造拓建污水管道工程，DN1000管道采用頂管法施工，在設(shè)計頂進路線上正好與原DN2000污水管道相遇。目前原污水管道已廢止使用，不再通水。頂管施工前必須挖除廢棄管道，管道基礎(chǔ)底高程為-5.64m，地面高程+3.00m，挖深達到8.64m。

圖1 廢棄管道剖面圖

1.2 工程地質(zhì)概況

基坑施工位置位于原道路范圍內(nèi)，根據(jù)工程勘察報告，開挖范圍內(nèi)各土層情況如下：①層雜填土，層厚1.3～1.7m；②層黏土、淤泥質(zhì)黏土，可塑～流塑，層厚2.7～3.1m；③層黏土、淤泥質(zhì)黏土、淤泥，軟塑～流塑，層厚6.6～7.6m；④層粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土，流塑，層厚1.7～5.4m。

1.3 水文地質(zhì)概況

開挖范圍內(nèi)地下水主要為賦存于上部填土、黏性土中的孔隙潛水。其中，填土層滲透性較好，黏性土滲透性差，為弱-微透水層。水位埋深較淺，地下穩(wěn)定高程 為 +1.98～+2.22m， 埋 深 為0.78～1.02m。初見水位在1層分布區(qū)域略高于穩(wěn)定水位或與穩(wěn)定水位基本一致。主要接受大氣降水和地表水的補給，地下水位受大氣降水的影響變化較大。

2 基坑支護方案

基坑支護結(jié)構(gòu)可分為支擋式結(jié)構(gòu)、土釘墻、重力式水泥土墻和放坡[1]，其中支擋式結(jié)構(gòu)的適用范圍最廣，包括排樁、型鋼水泥土連續(xù)墻、地下連續(xù)墻、板樁等等[2]。在市政管道工程中通常采用鋼板樁進行支護。

本項目基坑施工位置位于新建道路和樓房建筑之間，施工場地狹窄，地質(zhì)條件差，環(huán)境復(fù)雜。計劃挖除廢棄管道5m，基坑沿廢棄管道布置，長10m，寬4m。

①長度方向采用PC工法組合樁（鋼管樁+拉森鋼板樁）支護。PC工法樁的前身為傳統(tǒng)的拉森鋼板樁，主要采用鋼管樁、拉森鋼板樁、型鋼等材料形式，可根據(jù)工程實際情況進行組合使用，與傳統(tǒng)的鋼板樁相比大大提高了截面剛度，具有施工快速、無泥漿、無噪聲、止水效果好、可全部回收等優(yōu)點[3]。

②寬度方向上受原管道影響，鋼板樁無法完全深入基坑底標高以下，不能起到很好的止水效果，且對基坑穩(wěn)定性有一定的影響?？紤]到地質(zhì)情況，項目選擇采用高壓旋噴樁進行地基加固，同時在基坑內(nèi)側(cè)輔以H型鋼支護。高壓旋噴樁適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土、填土等地基[4]，可在土體中形成有一定強度、相鄰圓柱樁體相互咬合成一體的固結(jié)體，起到止水與土體加固的作用[5]。

基坑圍護結(jié)構(gòu)主要參數(shù)見表1。

圍檁和支撐采用HW400×400×13×21的H型鋼，第一道支撐中心標高+1.00m，第二道支撐中心標高-2.00m。

圖2 基坑支護結(jié)構(gòu)平面布置圖

3 方案實施

3.1 施工流程

場地整平→施工支護樁→施工排水溝、集水井、地表混凝土面層→分層放坡開挖至第一道支撐底以下0.5m位置→施工第一道圍檁、支撐→分層放坡開挖至第二道支撐底以下0.5m位置→施工第二道圍檁、支撐→分層放坡開挖至污水管道底標高→挖除部分污水管道→分層回填夯實，依次拆除支撐→拔除支護樁→場地恢復(fù)等其他相關(guān)作業(yè)。

圍護結(jié)構(gòu)主要參數(shù) 表1

3.2 支護樁施工

①PC工法組合樁施工

打樁前，對鋼板樁和鋼管樁逐根檢查，剔除連接鎖扣銹蝕、變形嚴重的鋼板樁以及鋼管樁，不合格的待修正后才能使用。

采用振動法沉樁工藝，選擇合適的沉樁機械設(shè)備，既保證施工質(zhì)量，又要避免對周邊環(huán)境造成不利影響，在正式施工前進行試沉樁試驗。

鋼板樁和鋼管樁采用小止口（鎖口）施工方式。

沉樁時，鋼板樁與鋼管樁交替沉樁，控制下沉速度不大于1m/min。注意垂直度及墻面的平整度，在鋼板樁打入時設(shè)置打樁圍檁支架，鋼板樁垂直度不大于1%，軸線偏差±10cm，鋼管樁垂直度不大于1%，軸線偏差±20cm，水平偏差不大于10mm，樁頂標高偏差不大于100mm。

②旋噴樁施工

先打設(shè)H型鋼支護，然后采用雙管法進行旋噴樁施工。水泥采用P.O.42.5級普通硅酸鹽水泥。水泥摻量為30%（土的容重按1800kg/m3計），水泥漿液水灰比為0.8～1.2。

正式施工前進行試樁，確定工藝、參數(shù)滿足設(shè)計要求。旋噴樁樁位偏差不大于50mm，垂直度允許偏差為±1%，噴射孔與高壓注漿泵的距離不大于50m。

注漿管提升速度應(yīng)與用漿量匹配，要求全樁長均勻噴漿，一般為0.1～0.2m/min，旋轉(zhuǎn)速度為18～22r/min，水泥漿壓力為 20～25MPa，空氣壓力為0.6～0.8MPa。

高壓噴射注漿完畢，應(yīng)迅速拔出噴射管。為了防止?jié){液凝固收縮影響樁頂高程，必要時可采用原孔位冒漿回灌或兩次注漿等措施[6]。

施工時遇到DN2000老污水管，適當調(diào)整樁位。施工期間加強對周邊環(huán)境的監(jiān)測，若周邊環(huán)境變形較大，應(yīng)采取有效措施減少變形，如降低注漿壓力、加快提升速度、間隔跳打等。

采用開挖方法檢測旋噴樁的直徑、搭接寬度、位置偏差，采用鉆芯法檢測單軸抗壓強度、完整性、深度。樁身28d單軸抗壓強度不低于1.0MPa。

3.3 坑內(nèi)外防排水措施

支護樁施工完成后，沿基坑外側(cè)0.5m設(shè)置排水明溝，在四個轉(zhuǎn)角處設(shè)置集水井，可與其他排水溝（管）連接，及時將集水抽排或自流排走。

基坑內(nèi)排水隨挖土進行，根據(jù)實際施工情況，在遠離支護樁、施工方便部位設(shè)置集水井，井內(nèi)安裝抽水泵抽水。

3.4 基坑開挖

基坑內(nèi)土方和原有管道采用機械開挖，盡量不用人工清理。

設(shè)備選用常規(guī)PC200型挖掘機，在PC組合樁側(cè)施工，站位處需鋪設(shè)路基板。挖土?xí)r要注意避開支護樁以及圍檁和支撐結(jié)構(gòu)，以避免因碰撞引發(fā)的支護體系失穩(wěn)。管道破除時，將挖斗更換為破碎錘即可。

采用分層整層挖土方法，每層厚度不大于1.5m。第1層為標高+1.50～+0.30（第一道支撐底面下0.5m），挖完立即安裝第一道圍檁和支撐。第2層為標高+0.30～-1.20。第3層為標高-1.20～-2.70（第二道支撐底面下0.5m），挖完立即安裝第二道圍檁和支撐。第4層為標高-2.70到原污水管頂，將原管道暴露出來。第5層挖至原污水管道底，徹底挖除基坑內(nèi)原有污水管道結(jié)構(gòu)，最終以機械探挖坑內(nèi)再無原污水管道結(jié)構(gòu)殘留為準。

挖土作業(yè)應(yīng)堅持隨挖土隨裝車外運到卸土地點。裝車后，運土車輛先垂直基坑方向行駛離開基坑，再按場內(nèi)交通組織方向駛離現(xiàn)場。

3.5 鋼圍檁及支撐安裝

安裝前在基坑側(cè)地面上根據(jù)實際尺寸完成試裝配，以確保圍檁和支撐安裝及時、尺寸適當。

安裝使用25t汽車吊，支腿處鋪墊鋼板路基箱，以確保汽車吊支腿處承載力滿足作業(yè)安全要求。

圖3 管道破除

鋼圍檁和支撐構(gòu)件吊裝到位，臨時擱置后至焊接聯(lián)結(jié)牢固期間，采用鋼絲繩將構(gòu)件兜底并懸掛固定于PC鋼管樁或拉森鋼板樁上，作為臨時保護措施，以免意外滑落造成事故。

圍檁及支撐的聯(lián)接焊縫必須滿焊，且不得小于8mm，應(yīng)特別加強受拉和剪力的焊縫焊接質(zhì)量。

3.6 基坑回填

挖除原污水管道及殘留物后，即可進行基坑回填?；臃秶鷥?nèi)依次回填6.35m素土→1m級配碎石→40cm塘渣下墊層→鋼絲格柵→40cm塘渣上墊層→15cm級配碎石→40cm水穩(wěn)基層→瀝青面層。

為下部頂管穿越施工著想，基坑內(nèi)素土分4層填回，每層回填厚度約1.6m。采用挖掘機回填土，隨填回、隨用挖掘機鏟斗將土拍實，每層填完大致找平，用鏟斗在找平面上再拍實一遍，直至回填至設(shè)計標高。

3.7 PC工法樁拔除

基坑回填素土至設(shè)計高度時，依次拆除支撐和圍檁，然后拔除PC鋼管樁和拉森鋼板樁。

拔樁采用履帶式吊機配振動錘，利用振動錘產(chǎn)生的強迫振動，擾動土質(zhì)，破壞樁周圍土的粘聚力，克服樁間摩阻力，依靠附加起吊力的作用將樁拔除[7]。拔樁時，可先用振動錘將板樁鎖口振活以減小土的粘附，然后邊振邊拔。對阻力較大的樁，采用間歇振動的方法，每次振動15min。

監(jiān)測項目與報警值 表2

拔樁時應(yīng)根據(jù)周邊環(huán)境的保護要求采取相應(yīng)的措施，如同步灌漿（可采用水灰比1:0.5的水泥漿液）、水沖砂等。

3.8 基坑監(jiān)測

為控制圍護結(jié)構(gòu)、周邊地面、地下管線的變位、沉降，預(yù)報施工中出現(xiàn)的異常情況，并正確指導(dǎo)施工，在施工過程中應(yīng)建立嚴格的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)基坑實際情況，監(jiān)測主要項目見表2。

支護樁施工完成后開始監(jiān)測?；娱_挖前連續(xù)測2天，每天一次，測出的原始數(shù)據(jù)經(jīng)誤差消除，作為初始值?；娱_挖階段，每天至少測二次，要保證每層土挖除完成至少測量一次?；踊靥铍A段和鋼（管）板樁拔除階段，每天測一次。

當觀測值超過警戒值或場地條件變化較大時，應(yīng)立即停工，加密觀測次數(shù)，并及時采取措施消除隱患。

4 結(jié)語

基坑施工期間，周邊環(huán)境未受任何影響。采用PC鋼管樁和拉森鋼板樁的組合，強度高、剛度大，有效地保證了基坑兩側(cè)的穩(wěn)定，且能夠阻隔基坑外的水源補給。采用高壓旋噴樁支護，對原污水管道周圍土體進行了有效加固，同時也起到了止水帷幕的作用，而H型鋼支護與圍檁支撐使PC工法樁和高壓旋噴樁形成統(tǒng)一整體。PC工法樁和高壓旋噴樁的組合使用，為類似項目提供了一種思路，具有一定的參考意義。