高水位地層中城市綜合管廊雨季施工問題及對策

劉 朋

(華北科技學院 基建處，北京 東燕郊 065201)

0 引言

地下綜合管廊是城市配套設(shè)施中的重要組成部分，是整合用地，規(guī)范管線，降低事故風險的重要設(shè)施，不管是新城發(fā)展還是舊城改造，管廊的應用愈發(fā)普遍。我國于1958年，在北京天安門廣場下方建設(shè)了國內(nèi)首條地下管廊，但由于管廊建設(shè)需要的投資較大，技術(shù)不夠成熟，直到1994年上海張楊路綜合管廊才開始建設(shè)。為了解決城市發(fā)展和管線規(guī)模不足之間日益凸顯的矛盾，部分城市陸續(xù)開始嘗試建設(shè)綜合管廊。2012年，中國首次發(fā)布了《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》并于2015年進行了改進和修訂[1]，但真正開始大力推行綜合管廊建設(shè)是在2013年國務院出臺《關(guān)于加強城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見》之后。幾年的時間中，國家陸續(xù)出臺了一系列政策，直至“十三五”規(guī)劃中明確城市地下綜合管廊規(guī)模達到八千公里以上，國內(nèi)地下綜合管廊的建設(shè)邁入正軌。

綜合管廊根據(jù)建設(shè)位置的不同大致可以分為干線綜合管廊，支線綜合管廊，干支線混合綜合管廊，常用的建設(shè)方法主要有明挖法、暗挖法、頂管法等[2～3],還有移動模架法、疊合板法等近年來涌現(xiàn)的新工法[4～5]，可以根據(jù)場地條件和資金投入來進行優(yōu)化選擇施工方法，其中明挖施工[6]工藝相對簡單，容易組織。結(jié)合華北科技學院校園矩形單艙地下管廊建設(shè)項目采用明挖法施工時在雨季遇到的難題及對策進行研究。

1 工程案例

1.1 工程地址條件

擬建場地除上部為素填土之外，主要為第四系全新沖洪積層，按巖土工程特性從上至下共劃分為8個地質(zhì)層：

① 素填土：黃褐色，稍濕，松散，以粉土為主，層厚1.2～1.5 m；

② 細砂：黃褐色，中密，飽和，主要由云母、長石、石英組成，層厚3.6～4.6 m；

③ 粉質(zhì)粘土：黃褐色，可塑，無搖振反應，切面稍有光澤，干強度中等，韌性中等，局部夾粉土，層厚4.1～4.6 m；

④ 細砂：褐黃色，中密，飽和，主要由云母、長石、石英組成，層厚2.5～3.1 m；

⑤ 粉質(zhì)粘土：灰色，可塑，無搖振反應，切面稍有光澤，干強度中等，韌性中等，局部夾粘土及粉土，層厚1.9～3.4 m；

⑥ 中砂：灰色，中密，飽和，主要由云母、長石、石英組成，層厚2.3～2.6 m；

⑦ 中砂：淺灰色，密實，飽和，主要由云母、長石、石英組成，局部夾中砂，層厚3.6 m；

本次勘查地下水位8.2～8.3 m，為空隙潛水，本場地近30年地下水位埋深1 m左右，近三五年最高水位地下2 m，抗浮設(shè)防水位按地下2 m考慮。

1.2 工程概況

工程設(shè)計使用年限為50年，位于河北省廊坊市燕郊鎮(zhèn)華北科技學院校園內(nèi)，共兩段，全長300 m，第1段，覆土深度為3.0 m，單艙管廊斷面寬×高(3000×2800 mm)，包含全部水管道。布置如圖1所示，第2段覆土深度1.5m，單艙管廊斷面寬×高(2400×2200 mm)，包含電氣和水管道，基坑安全等級均為二級，基坑采用U400×150型鋼板樁支撐，第1段樁長為12 m，基坑深6.0～6.5 m，第2段樁長9.0 m，基坑深4.0～4.5 m。基坑的開挖是在鋼板樁應先施打后再進行開挖，嚴禁超挖?；由疃葢锤髀范喂芾炔煌瑯短栁恢玫幕由疃冗x擇基坑類型?；娱_挖后及時對不同高度位置的圍懔按設(shè)計要求進行支撐。支撐形式如圖2所示。地勘報告中顯示地下水位為2.0 m，第1段采用輕型井點加明溝排水的方式進行降水施工，第2段僅采用明溝排水的方式進行施工，施工時間為7～9月份。

圖1 第1段管廊布置圖

圖2 基坑支護圖

2 施工困難及解決對策

2.1 鋼板樁不能及時閉合

拉森鋼板樁又被稱為U型鋼板樁，從生產(chǎn)工藝角度來看，拉森鋼板樁包括冷彎鋼板樁與熱軋鋼板樁，工程建設(shè)中，相對于后者而言，前者性價比較高，工程運用中，二者作用相同，可相互替代[7]。由于管廊地處學校交通主干道下，受實際條件限制，不能完全阻斷交通施工。根據(jù)進度安排，優(yōu)先施工埋深較淺第2段管廊，由于學校內(nèi)建筑密布，地下管線眾多且詳細資料有限，拉森鋼板樁打樁過程中只能在摸索中進行，遇到地下管線本著保護為先的原則進行避讓，導致拉森鋼板樁在許多部位未能完成咬合封閉，再加上技術(shù)原因造成少數(shù)鋼板樁在局部未能封閉，造成后期施工困難。

2.2 流砂及對策

閉合的鋼板樁兼具支撐與防水的作用，但是不能封閉的鋼板樁防水功能大大降低，施工時間正值雨季，由于校園地下管線存在時間較為久遠，許多水管都有滲漏現(xiàn)象，平時處于地下難以發(fā)現(xiàn)，在開挖時都暴露出來，在下挖深度至2.5 m時，流砂在鋼板樁缺口處噴涌而出(如圖3所示)，施工無法進行。在緊急情況之下為了將流砂止住，迅速進行了回填，以避免水土大量流失對周圍建筑物產(chǎn)生破壞性影響。

圖3 流砂灌槽示意圖

初步嘗試在流砂穩(wěn)定后在漏點沉入沙袋，然后快速開挖出一個積水坑，放入泥沙泵進行清理，期望能解決問題。但流砂量遠遠超過想象，堆放的沙袋無法阻擋流砂的沖力，開挖的集水坑很快失去作用，同時鋼板樁外大面積的坍塌，只得將沙袋填入坑內(nèi)，暫時緩解危機。同時，還有數(shù)個漏點存在同樣的問題。

第二次嘗試采用輕型井點對基坑進行降水的方法，嘗試將水位降至基坑以下，流砂沒有水也就沒有威脅了，也能解決問題。這一方法很快得到實施，但是事實證明此辦法依然不可行，原因在于輕型井點的降水量達不到施工需求，流砂問題依舊嚴峻。

單純的采用堵漏的方法并不能解決問題，而井點降水無法達到要求，流砂的威力在于壓力水的存在，要防砂，治水仍然是問題的關(guān)鍵。根據(jù)這個思路，首先要做的便是暫時擱置一個漏水點，將基坑整體開挖，使所有發(fā)生流砂的部位全部暴露出來，然后根據(jù)漏點面積的尺寸采用相應的鋼板錨入基坑底部，同時將鋼板與鋼板樁進行焊接固定，以抵抗外部的土壓力。一個關(guān)鍵的細節(jié)是在鋼板上留出數(shù)個排水孔，將數(shù)層紗布擱置在排水孔上，過濾釋放外部的壓力水，通過抓住主要問題的方法，妥善解決流砂問題，第2段管廊施工工作得以順利進行。

2.3 雨季施工

要保證施工進度順利實施，減少損失，只有按照計劃在保證質(zhì)量的前提下開展施工[8]。前期受到流砂的影響，管廊開挖完成后還沒能按照進度做好混凝土墊層就進入雨季，為避免場地外的水涌入基坑，設(shè)計圖紙要求鋼板樁上端高出地面500 mm以上。但是，由于整個校區(qū)內(nèi)地勢較低，鋼板樁沒有完全閉合，在一場大雨過后，整個基坑都被浸泡在雨水之中。

在雨季施工開始之前應建立完善的排水系統(tǒng) [9]，保證場地內(nèi)遭大雨侵蝕后能夠得到及時處理。大雨過后，施工現(xiàn)場就利用準備好的排水設(shè)備緊急排水，快速清理完基坑內(nèi)淤積的雜物，考慮到基坑已經(jīng)被雨水浸泡，不經(jīng)過處理不能達到墊層施工的要求，同時為防止后期降雨可能對工程產(chǎn)生不利影響，決定優(yōu)化基坑墊層做法，將基底滿鋪灰磚以強化基層，同時也加大墊層寬度至基坑邊部，內(nèi)側(cè)砌磚抹灰，將加寬的部分作為排水明溝，收集并疏導基坑滲漏與上部灌入的雨水，如圖4所示，為管廊底板施工預留條件。這一舉措有效加快了工程進度，避免了工期的再次延誤。

圖4 鋪磚砌墻做明溝示意圖

2.4 附加型鋼護安全

第1段管廊的施工節(jié)點排在第2段管廊竣工之后，由于管廊埋深較大，原設(shè)計文件給出輕型井點降水的方案，鑒于降水失敗經(jīng)驗，此段管廊堅持最大范圍封閉的原則，對于可以切斷的管線一概不予保留，減少了安全隱患。雖然沒有流砂問題，第1段管廊與學校新建體育館的距離較近，且管廊基坑開挖深度大于體育館建筑的基礎(chǔ)埋深，屬于一級基坑的范疇，一級基坑的支護形式原則上是不太適用鋼板樁的，同時還需要確保周邊建筑的安全。新體育館沉降還沒有穩(wěn)定，對于周圍環(huán)境的變化敏感，在管廊竣工后還需要考慮拔出鋼板樁對于體育館的影響。

經(jīng)過方案對比論證采用管井降水代替輕型井點降水，在疏干井完成降水任務后進行土方開挖，然后保留端部疏干井兼做集水坑，在結(jié)構(gòu)頂板完成以前，保持降水工作的持續(xù)進行。同時，決定在貼近體育館的鋼板樁外側(cè)增加一排順丁布置的工字鋼，與鋼板樁協(xié)同作用，在竣工后，工字鋼作為永久支撐措施留在基坑外側(cè)，以減小鋼板樁擠壓土體產(chǎn)生的空隙對體育館的沉降產(chǎn)生的不利影響，如圖5所示。

圖5 工字鋼加固支撐示意圖

2.5 使用新材料，保證防水質(zhì)量

地下工程的防水質(zhì)量對整個工程的質(zhì)量起著決定性作用，地下工程結(jié)構(gòu)防水設(shè)計應以“防、排、截、堵相結(jié)合，剛?cè)嵯酀⒁虻刂埔?、綜合治理” 作為基本原則，其中 “防”與 “治”相比又占據(jù)了主動優(yōu)勢，傳統(tǒng)的防水材料很難確保工程質(zhì)量，此工程兩段管廊都采用了熱塑性聚烯烴高分子自粘膠膜防水卷材作為主要結(jié)構(gòu)外部防水，高分子熱塑性自粘膠膜防水卷材應采用預鋪反粘的施工方法，所形成的防水系統(tǒng)自愈性、自鎖性，抗沖擊和耐穿刺性都很強，既有效的加快了工程施工進度，也提高了防水層的可靠性，并具備較強的耐化學腐蝕性能[10]，抗?jié)B混凝土作為管廊自身的防水措施，是從結(jié)構(gòu)本身加強防水性能，在施工縫、變形縫、穿墻套管等細部構(gòu)造的防水是重中之重，做好每一個細節(jié)才能確保整體的防水質(zhì)量。新材料的使用是對舊材料缺點的改良，不代表對傳統(tǒng)工藝的完全否決，要保證新材料能夠達到高標準，就要做到自粘卷材鋪貼須根據(jù)圖紙設(shè)計和卷材的使用說明配合進行，確定卷材鋪貼位置，在陰陽角等薄弱部位仍需要對細部構(gòu)造的先行處理，鋪貼施工應遵循從上至下的原則，期間避免撕掉整塊隔離膜再施工，應保證鋪貼與撕膜同步進行，鋪貼質(zhì)量以粘貼密實為準。側(cè)墻的高分子防水卷材長邊采用搭接粘貼配合焊接的方式施工，搭接距離不少于80 mm；短邊采用對接的方式，對接處卷材覆蓋寬度應不少于120 mm。按此方法，整個管廊內(nèi)部沒有出現(xiàn)滲漏，施工質(zhì)量達到了一級防水的要求。

3 結(jié)論

(1) 對于在鋼板樁不能形成封閉空間的環(huán)境下，解決流砂問題的重點是對漏點的疏漏與排水工作，同時做好水土保持，避免造成局部塌方。

(2) 在臨近新建建筑物部位進行深挖施工，需要做好對原有建筑物的保護工作，避免產(chǎn)生過大的沉降對建筑物造成不可挽回的損壞。采取從結(jié)果反推措施的思考方法也可以為解決難題提供參考。

(3) 條件成熟的地區(qū)可以參考裝配式建筑的特點，實現(xiàn)管廊的批量化生產(chǎn)，可以在局部放大基坑，采用傳統(tǒng)的工藝來完成組裝?？偠灾?，要解決工程中的問題，首先要有應急思維，針對突發(fā)事件做好應急預案，仔細分析問題的實質(zhì)，逆向找答案，最終的結(jié)果必然符合期望。