清河水庫(kù)供水取水頭部及輸水改造工程穿G102國(guó)道頂管接收井拉森鋼板樁施工探討

夏 堃

（遼寧宏禹水利工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

1 工程概況

本工程起點(diǎn)位于遼寧省清河水庫(kù)右岸泄洪洞出口，途經(jīng)鐵嶺市清河區(qū)至開(kāi)原市婁相屯凈水廠，輸水工程主要任務(wù)是解決清河區(qū)、開(kāi)原市城市生活、生產(chǎn)用水，輸水規(guī)模30.8萬(wàn)t/d，工程設(shè)計(jì)等別為Ⅲ等（中型）。供水管線采用φ4.0 m鋼管與右岸泄洪洞出口段連接，在大開(kāi)挖穿過(guò)右岸上壩路后，改為2條DN1400PCCP管。供水管線主要沿灌渠及清河區(qū)和開(kāi)原市規(guī)劃道路敷設(shè)，沿途穿越輸水道尾水渠及清河支流各一次，穿越83石油管線、102國(guó)道、草開(kāi)線及2條縣道。其中清河配水站以上為2根DN1400的PCCP管；清河配水站至管線終點(diǎn)（開(kāi)原配水站）為2根DN1200PCCP管。供水管線包括2座配水站和4處預(yù)留供水口。本標(biāo)段為樁號(hào)9+900～12+488的管道安裝，沿線穿越地貌的類型主要為河床、河漫灘及堆積階地，地表高程85.1 m～112.5 m，大部分地形較平緩。

2 工程地質(zhì)條件

地貌單元為堆積階地，主要由第四紀(jì)全新統(tǒng)沖洪積物組成，地勢(shì)開(kāi)闊，地形起伏較小，地面高程86.8 m。本穿越段地層巖性主要由第四紀(jì)全新統(tǒng)沖洪積物組成，從上自下依次描述如下:0○-2層素填土，雜色，以粘性土為主，局部含碎石，稍密狀態(tài)，主要為公路路基；①層粉質(zhì)粘土，黃褐色，呈可塑狀態(tài)，具中等壓縮性，該層僅分布于GK36孔附近，層厚1 m左右；②層圓礫，雜色，中密～密實(shí)狀態(tài)，本次勘察未穿透此層，鉆孔深度內(nèi)揭露最大厚度14 m?？辈炱陂g地下水埋深7.2 m～7.8 m，地下水類型為第四系孔隙潛水，含水層為圓礫層，強(qiáng)透水性，主要接受大氣降水及地表水補(bǔ)給，排泄方式主要為地下徑流和人工開(kāi)采。

3 頂管接收井拉森鋼板樁設(shè)計(jì)

清河水庫(kù)輸水改造工程采用單根DN2400的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土頂套管垂直穿越G102國(guó)道，輸水鋼管為DN1800，穿越樁號(hào)范圍11+616～11+910，全長(zhǎng)294 m，頂管末端管中心高程為80.05 m，套管底高程78.7 m。

3.1 接收井尺寸

接收井處原地面高程為86.8 m，頂套管底部高程為78.7 m，高差8.1 m，結(jié)合工程地質(zhì)條件、征地現(xiàn)狀以及目前的施工進(jìn)度，為了節(jié)約工期，加快施工進(jìn)度，接收井?dāng)M采用鋼板樁護(hù)壁深基坑形式。深基坑順管軸線方向長(zhǎng)6 m，垂直管軸線方向?qū)?.6 m，深8.1 m，具體簡(jiǎn)化模型見(jiàn)圖1。

圖1 接收井基坑平面布置圖

3.2 鋼板樁支護(hù)設(shè)計(jì)

鋼板樁樁頂高程為86.8 m；地面標(biāo)高為85.8 m（挖除1 m高粉質(zhì)粘土層），開(kāi)挖底面標(biāo)高78.7 m，開(kāi)挖深度8.1 m，坑內(nèi)外圓礫天然容重γ為19.5 kN/m2，內(nèi)摩擦角為Φ=32°，摩擦系數(shù)f=0.51，承載力建議值550 kPa，地面超載q按20 kN/m2考慮。鋼板樁支撐層數(shù)和間距的布置影響著鋼板樁、支撐、圍檁的截面尺寸和支護(hù)結(jié)構(gòu)的材料量，本次設(shè)計(jì)采用等彎矩布置，這種布置是將支撐布置成使鋼板樁各跨度的最大彎矩相等[1]，充分發(fā)揮鋼板樁的抗彎強(qiáng)度，可使鋼板樁材料用量最省。

根據(jù)本工程實(shí)際情況，鋼板樁采用型號(hào)為400 mm×150 mm（寬×高）的熱壓U型鋼板樁。設(shè)置兩道內(nèi)支撐可以滿足設(shè)計(jì)要求，但實(shí)際施工中可能存在偏差，應(yīng)該使支撐有足夠的安全富裕度，而設(shè)置三道支撐又使造價(jià)增加，因此，本次設(shè)計(jì)采用對(duì)上部鋼板樁外側(cè)地面進(jìn)行去土卸載的方案，即鋼板樁外側(cè)土體挖除1.1 m。本次基坑內(nèi)支撐布置兩道，第一層支撐2.2 m，標(biāo)高83.5 m，第二層支撐2.5 m，標(biāo)高81.0 m，具體見(jiàn)圖2。

圖2 基坑內(nèi)支撐布置示意圖

4 頂管接收井拉森鋼板樁施工

清河水庫(kù)供水取水頭部及輸水改造工程頂管接收井拉森鋼板樁施工工藝流程為:鋼板樁放線定位→打設(shè)板樁→挖土→支撐安裝→挖土→支撐拆除→拔除板樁→回填。

4.1 測(cè)量方案

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，頂管接收井選擇一塊平整、堅(jiān)實(shí)的場(chǎng)地施工，按堆放次序、位置、平面布置及管位軸線，定出鋼板樁位置，并用石灰粉劃出接收井位置。為確保鋼板樁進(jìn)行準(zhǔn)確打設(shè)，應(yīng)在所選擇好的地面上以控制軸線為依據(jù)定好位置，并測(cè)量放線，將鋼板樁插入位置、間距等標(biāo)出。打樁過(guò)程中標(biāo)高控制以水準(zhǔn)點(diǎn)為依據(jù)[2]。

4.2 鋼板樁打設(shè)

接收井形式為矩形長(zhǎng)6 m、寬5.6 m，鋼板樁采用9 m長(zhǎng)40 cm寬拉森鋼板樁，鋼板樁支撐圍檁采用35 cm寬10 mm厚工字鋼，兩道支撐距離地面2.2 m做第一道，第二道距離地面4.7 m，圍檀采用兩根槽鋼并在一起，即在基坑上部、中部各一道，總計(jì)兩道。挖掘機(jī)打樁機(jī)在距離打樁點(diǎn)附近的施工平臺(tái)?？?，考慮到測(cè)量人員觀察的便利，應(yīng)側(cè)向施工。錘頭下降，開(kāi)液壓夾口，夾起一根樁，鎖口涂抹潤(rùn)滑油后起錘；錘與樁上升至打樁地點(diǎn)，對(duì)準(zhǔn)樁與定位樁的鎖口，按設(shè)計(jì)速度下放錘，依靠錘與樁的自重將樁壓至地面以下一定深度，直至不能下降時(shí)停止。將打樁錘試開(kāi)30 s左右后停止振動(dòng)，借助錘自身的慣性打樁至堅(jiān)實(shí)土層后，將振動(dòng)錘開(kāi)啟，打樁下降，這一過(guò)程中始終控制打樁錘下沉的速度，以確保樁的豎直性，從而實(shí)現(xiàn)鎖口的順利咬合和止水能力的提高。鋼板樁至100 cm時(shí)，停止振動(dòng)，振動(dòng)錘會(huì)由于慣性的原因持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用這種慣性打樁至設(shè)計(jì)高度。松開(kāi)液壓夾口，錘自動(dòng)上升，再完成第二根樁的打設(shè)施工，施工過(guò)程中始終保持第一、二塊板樁打設(shè)位置和方向的精度，并充分發(fā)揮其導(dǎo)向板的作用，每入土1 m進(jìn)行一次打設(shè)位置和方向的測(cè)量，如遇板樁打設(shè)過(guò)程中樁身發(fā)生傾斜的情況，必須通過(guò)鋼絲繩栓拉樁身，邊拉邊打，逐步糾正，直至完成所有樁打設(shè)施工。

4.3 鋼支撐拼裝

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況配備鋼支撐現(xiàn)場(chǎng)安裝，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)道路情況，在基坑內(nèi)挖支撐溝槽并出土一層，從而為鋼支撐安裝提供便利（圖3），根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)鋼支撐拼裝編號(hào)，進(jìn)行垂直正交鋼管支撐的拼接與安裝?？紤]到鋼支撐板預(yù)應(yīng)力，采用25 t汽車吊完成鋼支撐拼裝、吊裝。鋼支撐安裝完畢后進(jìn)行鋼支撐連接點(diǎn)的復(fù)檢與驗(yàn)收，合格后方可開(kāi)挖。

圖3 鋼板樁立面支撐形式圖

4.4 土方開(kāi)挖

本工程采用挖掘機(jī)進(jìn)行機(jī)械分層分段土方開(kāi)挖，所有開(kāi)挖坡比都以1∶1開(kāi)挖。采用邊開(kāi)挖邊支撐的施工次序，分段距離設(shè)為3 m，主要分兩層開(kāi)挖，第一層進(jìn)行表面卸土后開(kāi)挖支撐溝槽，支撐安裝完畢，開(kāi)挖第二層土方至第二層支撐處，安裝完成后繼續(xù)開(kāi)挖，直到設(shè)計(jì)標(biāo)高。接收井地下為圓礫層，滲透系數(shù)較大，地下水位較高，因此在沉井過(guò)程中，為了確保開(kāi)挖面沒(méi)有地下水以及減少降水工程對(duì)周邊環(huán)境的不利影響，接收井開(kāi)挖過(guò)程中必須采取降水措施，設(shè)置積水坑并用水泵抽水后排出接收井5 m以外。

土方開(kāi)挖過(guò)程中，底部標(biāo)高150 mm～300 mm厚的土方采用人工清除方式，從而避免對(duì)地基的擾動(dòng)。待挖至標(biāo)高，立即進(jìn)行施工墊層施工，防止土體隆起、泡水及對(duì)土體的擾動(dòng)。

4.5 支撐圍檁拆除及板樁拆除

在土方開(kāi)挖至固定標(biāo)高后進(jìn)行圍檁安裝，應(yīng)用電焊將第一道圍檁、支撐之間焊接牢固。第一道圍檀、支撐固定完畢后再開(kāi)挖至第二道圍檀，結(jié)束支撐體系焊接后方可進(jìn)行土方開(kāi)挖施工。施工完成后用挖出的土方完成回填，并拆除支撐、圍檁。

在完成所有地下工程后，回填、拔除板樁。拔除過(guò)程中，為減少板樁間的粘附，應(yīng)先用振動(dòng)錘震活鋼板樁，并用挖掘機(jī)、打樁機(jī)依次拔出板樁；根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)情況，在板樁拔出前沿樁邊勻速灌入適量清水，減少板樁與土體之間的摩阻力，對(duì)于拔樁后留下的孔隙，立即灌入事先準(zhǔn)備的沙土，以降低孔隙對(duì)臨近構(gòu)筑物、道路的不利影響。隨振動(dòng)錘的啟動(dòng)頻率逐漸向吊機(jī)施加荷載，應(yīng)確保吊機(jī)起吊力比減振器彈簧的壓縮極限略小[3]。為保證圍檁拆除和板樁拆除施工質(zhì)量，應(yīng)設(shè)置基坑邊坡觀測(cè)點(diǎn)，并派專人觀測(cè)。對(duì)于極個(gè)別無(wú)法拔除的板樁，先用振動(dòng)錘震打致使其下沉100 mm～300 mm后，用卷?yè)P(yáng)機(jī)輔助拔除，拆除板樁后還應(yīng)及時(shí)清理場(chǎng)地。

5 結(jié)論

拉森鋼板樁即U型鋼板樁因具有強(qiáng)度高、密度小、水密性好、可循環(huán)使用、施工速度快等技術(shù)優(yōu)勢(shì)而在水利水電工程加固支護(hù)施工中廣泛使用。清河水庫(kù)供水取水頭部及輸水改造工程支護(hù)施工及工程運(yùn)行實(shí)際表明，拉森鋼板樁支護(hù)對(duì)周圍環(huán)境影響小，且施工工序簡(jiǎn)單，使用方便，節(jié)省工期，并能確保施工現(xiàn)場(chǎng)干凈，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。