市政管網(wǎng)工程溝槽開挖支護(hù)方式造價對比分析

鐘明璐,白治軍,張生龍

(1.中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計研究院有限公司,長沙 410014;2. 中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司,西安 710065)

0 前 言

隨著生態(tài)文明建設(shè)加快推進(jìn),實現(xiàn)完成黑臭水體治理目標(biāo),市政管網(wǎng)工程建設(shè)占據(jù)著越來越重要的地位[1]。市政管網(wǎng)建設(shè)資金主要來源于國家投入和地方資金籌措,對于管網(wǎng)改擴(kuò)建工程可使用資金有限,經(jīng)濟(jì)合理的施工方案成為控制市政管網(wǎng)工程造價的重要因素[2]。結(jié)合市政管網(wǎng)工程的特點,管網(wǎng)工程施工方式一般以明挖為主。目前常用的管道明挖方式有放坡開挖和支護(hù)開挖,其中支護(hù)開挖又有板式支護(hù)開挖、槽鋼支護(hù)開挖和鋼板樁支護(hù)開挖。溝槽開挖貫穿著工程建設(shè)全過程,對工程造價有著直接影響。本文以瀏陽市某河流域排水片區(qū)雨污分流工程為例,在保證溝槽開挖施工質(zhì)量及安全的前提下,比較同一開挖深度下不同支護(hù)方式對應(yīng)管網(wǎng)溝槽開挖的工程造價,分析在不同開挖深度下各支護(hù)方式的經(jīng)濟(jì)合理性,為類似的市政管網(wǎng)工程的管道敷設(shè)施工方案提供借鑒。

1 市政管網(wǎng)工程溝槽開挖支護(hù)方式案例分析

1.1 項目概況

瀏陽市某河流域排水片區(qū)雨污分流工程主要針對瀏陽市主城區(qū)的排水系統(tǒng)進(jìn)行完善,削減排入瀏陽河及其支流的污染物,實現(xiàn)瀏陽河出境斷面水質(zhì)的提升。本工程為瀏陽市綜合整治項目的重要組成部分,主要建設(shè)內(nèi)容有:現(xiàn)狀截流總管改遷工程和雨污混接改造及污水管網(wǎng)建設(shè)工程。本項目管網(wǎng)總長約15 km,明挖長度約為11 km,頂管長度約為4 km,施工方式主要為明挖和頂管。開挖段地層多為原狀土層黏土、粉砂層,管道埋深2～7 m不等,管道采用高密度聚乙烯纏繞結(jié)構(gòu)壁管B型管、Ⅱ級鋼筋混凝土管和Ⅲ級鋼筋混凝土管。

1.2 溝槽支護(hù)形式

溝槽開挖形式的選擇,應(yīng)根據(jù)管道埋深、施工場地條件、地質(zhì)情況、工期要求等因素綜合考慮而確定,并通過經(jīng)濟(jì)比較、可行性、安全性等分析研究,選擇最合適的施工方法。

1.2.1放坡開挖

在明挖施工中,使溝槽土體在開挖后無加固無支撐情況下,依靠土體本身的強(qiáng)度,在新的平衡狀態(tài)下取得邊坡穩(wěn)定的效果,給管道敷設(shè)提供可靠、安全的作業(yè)空間,又能同步保證溝槽周邊的構(gòu)筑物環(huán)境不受影響或者滿足預(yù)定的變化要求,這類沒有支護(hù)措施下的溝槽開挖工藝通常稱作“放坡開挖”。放坡開挖技術(shù)應(yīng)用中,需要較大的土方回填量,將開挖深度控制在7 m內(nèi),通常情況下,當(dāng)其深度超過4 m時,就需要采用多級放坡的方式,有效降低危險狀況的發(fā)生幾率[3]。放坡開挖適用于場地開闊,周邊沒有高大的建筑物、地下管線相距較遠(yuǎn),對位移變形要求不嚴(yán)格,新建道路或農(nóng)田附近的工程項目,放坡開挖如圖1所示。

1.2.2板式支護(hù)開挖

板式支護(hù)開挖適用于開挖深度小于2 m的溝槽,市政管網(wǎng)工程明挖段用使用竹夾板支護(hù)開挖,采取分段方式施工,按50 m一個開挖段,單段開挖不得超過6 m,待管道施工完畢回填后再施工下一管段。開挖時,自上往下開挖,板式支護(hù)每隔300 mm設(shè)置竹夾板擋土及支撐頂緊后,方可繼續(xù)挖土,再支撐,如此繼續(xù),直至形成設(shè)計基坑,然后進(jìn)行驗槽、敷設(shè)管道,繼而拆除橫撐和板樁進(jìn)行土方回填。若竹夾板與后背土接觸不密實,須填灌砂使其密實[4]。下支撐盡量靠近基底,但兩支撐間距不得超過1 m?；娱_挖需設(shè)置排水溝,并及時排走積水。橫撐須與立柱頂緊,并用楔塊等牢靠固定,直至基坑回填完畢。施工過程中可能會出現(xiàn)填土層存在碎石以致竹夾板無法打入的情況,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整立柱及橫撐間距或者局部改用槽鋼支護(hù),板式支護(hù)如圖2所示。

1.2.3槽鋼支護(hù)開挖

槽鋼支護(hù)開挖適用于開挖深度約在2～3.5 m。市政管網(wǎng)工程明挖段用槽鋼支護(hù)開挖方式進(jìn)行施工,常規(guī)采用槽鋼28a,樁長6 m,分段施工方式,原則上按50 m一個開挖段。在槽鋼打入施工過程中,為了減少噪聲,應(yīng)使用單獨打入法施工,即一根槽鋼打入后,將其與前一根槽鋼焊接在一起,避免出現(xiàn)傾斜等問題。當(dāng)槽鋼存在傾斜問題時,使用鋼絲繩穩(wěn)定樁身,一邊拉著樁身一邊打入施工。鋼槽拔出后會帶出部分基坑土,應(yīng)使用灌砂方式進(jìn)行處理,保障其壓實度[5]。在圍檁和橫撐拆除施工過程中,先進(jìn)行回填,并按照自下而上的順序進(jìn)行拆除,槽鋼支護(hù)如圖3、4所示。

圖3 槽鋼支護(hù)平面 單位:mm

圖4 槽鋼支護(hù) 單位:mm

1.2.4鋼板樁支護(hù)開挖

鋼板樁支護(hù)適用于開挖深度約在3～6 m范圍[6]。市政管網(wǎng)工程明挖段用拉森鋼板樁支護(hù)開挖方式進(jìn)行施工,采用拉森鋼板樁,樁長9 m或12 m。采用分段施工方式,原則上按50 m一個開挖段,可用屏風(fēng)式打入法施工。在拉森鋼板樁打入完成后,進(jìn)行開挖,且以開挖深度為依據(jù),對內(nèi)支撐進(jìn)行施工。開挖至地面下0.5 m位置施加第1道橫向支撐。若溝槽開挖深度大于4 m時,開挖至樁頂以下2.5 m位置施加第二道橫撐,上部支撐施工完成后,才能對下部進(jìn)行開挖施工[7]。當(dāng)溝槽開挖深度大于3.5 m且小于5 m時,采用樁長9 m拉森鋼板樁;當(dāng)溝槽開挖深度大于5 m且小于6 m時,采用樁長12 m拉森鋼板樁。拉森鋼板樁支護(hù)如圖5、6所示。

圖5 拉森鋼板樁支護(hù) 單位:mm

圖6 拉森鋼板樁支護(hù)平面 單位:mm

2 市政管網(wǎng)工程溝槽開挖支護(hù)方式造價分析

本工程管線多位于市政路上,道路交通繁忙,部分管線兩邊建筑密集,現(xiàn)狀道路下敷設(shè)有電力、通訊、給水和路燈線等管線,地形起伏大,土層軟硬交替,地質(zhì)條件復(fù)雜。為方便施工,降低交通疏解難度,除采用頂管施工的主干管外,其余管線鋪設(shè)需采取明挖方式。明挖方式的選擇需考慮經(jīng)濟(jì)性、可行性和安全性等因素。

經(jīng)濟(jì)性方面,分析在不同開挖深度下如何合理選擇施工工藝。明挖方式可采用放坡開挖、板式支護(hù)開挖、槽鋼支護(hù)開挖和鋼板樁支護(hù)開挖,比較同一開挖深度下不同支護(hù)方式對應(yīng)的溝槽開挖的工程造價,選擇更為經(jīng)濟(jì)的施工方法。

采用溝槽支護(hù)開挖方式,工序包括拆除路面、土方開挖、棄方外運(yùn)、溝槽支護(hù)、管基砌筑、管道敷設(shè)、溝槽回填、路面恢復(fù)等;若采用溝槽放坡開挖方式,其工序與支護(hù)開挖方式差異在于缺少溝槽支護(hù)。

雨污水管道在片區(qū)內(nèi)市政道路下敷設(shè)需要開挖大量路面。根據(jù)路面形式可分為瀝青路面、混凝土路面;根據(jù)道路寬度及功能可分為主干道路、次干道路、支路及人行道。道路恢復(fù)按照原狀破除時結(jié)構(gòu)層恢復(fù)。溝槽的開挖采用以機(jī)械為主并以人工相結(jié)合的方法進(jìn)行,棄方外運(yùn)采用智能環(huán)保渣土車運(yùn)輸,管道基礎(chǔ)及回填按CJJ 143-2010《埋地塑料排水管工程技術(shù)規(guī)程》、06MS201《市政排水管道工程及附屬設(shè)施》及GB 50268-2008《給水排水管道施工及驗收規(guī)范》要求實施。管槽采用中粗砂墊層整平,開挖管段均采用360°砂石基礎(chǔ),中粗砂回填至與管頂齊平,管頂以上50 cm采用石屑回填,再采用易于壓實的素土分層回填至路面層底部,夯實后每層厚100～200 mm,壓實度應(yīng)滿足路基要求。管道基礎(chǔ)及回填做法如圖7所示。

圖7 管道基礎(chǔ)及回填做法 單位:mm

以DN500高密度聚乙烯纏繞結(jié)構(gòu)壁管B型管,檢查井布設(shè)按每間隔30 m一座,道路破除及恢復(fù)厚度均按市政主干路水泥混凝土路面0.6 m厚(見圖8),棄方外運(yùn)運(yùn)距按10 km,溝槽開挖深度分別為1.3、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、5.0、6.0 m為例[8],測算各工序造價指標(biāo),明挖各施工工序全費用單價分析見表1。

表1 明挖各施工工序全費用單價分析

圖8 混凝土路面修復(fù)

根據(jù)工程建設(shè)項目設(shè)計原則和《湖南省市政工程消耗量標(biāo)準(zhǔn)》工程量計算規(guī)則,建設(shè)項目的溝槽放坡開挖原則有:① 開挖深度在1.2～1.5 m,放坡開挖坡比按1∶0.75計算;② 開挖深度在1.5～2.0 m,放坡開挖坡比按1∶0.67計算;③ 開挖深度在2.0～6.0 m,合理設(shè)置放坡坡度,控制在1∶1.5的以內(nèi)。

根據(jù)基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范以及地質(zhì)情況,建設(shè)項目溝槽支護(hù)開挖方式選擇原則有:① 開挖深度范圍在2.0 m以內(nèi),溝槽可采用的施工方案有板式支護(hù)、槽鋼支護(hù);② 開挖深度2.0～3.5 m,可采用的施工方案有槽鋼支護(hù)和鋼板樁支護(hù),其中槽鋼、鋼板樁樁長均為6 m;③ 開挖深度4.0～6.0 m可采用的施工方案有拉森鋼板樁支護(hù),開挖深度大于3.5 m,小于等于5.0 m時,使用9.0 mⅢ型拉森鋼板樁,開挖深度大于5.0 m,小于等于6.0 m時,使用12.0 m Ⅲ型拉森鋼板樁。

按上述設(shè)計原則和相應(yīng)結(jié)構(gòu)詳圖,計算不同開挖深度下各施工工序的工程量,對應(yīng)表1中各工序造價指標(biāo)繼而計算出不同開挖深度下每延米市政管網(wǎng)的造價指標(biāo),開挖深度為1.3、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、5.0、6.0 m下各施工工序造價指標(biāo)分析見表2。

表2 不同開挖深度市政管網(wǎng)造價指標(biāo)分析

不同開挖深度下各支護(hù)方式對應(yīng)的市政管網(wǎng)工程每米全費用單價對比分析如圖9所示。

圖9 不同支護(hù)方式下管網(wǎng)明挖施工造價對比分析

通過分析可知,隨著開挖深度的加深,溝槽放坡開挖方式造價指標(biāo)呈現(xiàn)遞增趨勢,造價指標(biāo)為2 900～11 000元/m。板式支護(hù)方式在開挖深度2 m內(nèi)的造價指標(biāo)在2 400元/m左右,槽鋼支護(hù)方式在開挖深度3.5 m內(nèi)的造價指標(biāo)在4 250元/m左右,拉森鋼板樁支護(hù)方式在開挖深度3～6 m,造價指標(biāo)在4 800～7 100元/m。

在市政道路下,且地質(zhì)條件允許放坡開挖或支護(hù)開挖時,同一管徑的管道明挖施工造價指標(biāo)變化曲線差異較大。若采用放坡開挖,溝槽支護(hù)費用可降低,但道路破除面積增加較多,道路的破除與恢復(fù)費用都會增加地更多,所以在市政道路下的管網(wǎng)開挖,采用支護(hù)開挖比放坡開挖更為經(jīng)濟(jì)。且在支護(hù)開挖的情況下,當(dāng)管道開挖深度在2.0 m內(nèi),板式支護(hù)下的溝槽開挖更為經(jīng)濟(jì),當(dāng)管道開挖深度在2.0～3.5 m,槽鋼支護(hù)下的溝槽開挖更為經(jīng)濟(jì),當(dāng)管道開挖深度在3.5～6.0 m,鋼板樁支護(hù)下的溝槽開挖更為經(jīng)濟(jì)。

從經(jīng)濟(jì)性方面驗證了在市政道路下,溝槽開挖選用支護(hù)方式更為經(jīng)濟(jì)。從可行性方面分析,因地質(zhì)條件、地下水位、最大限度減少占地等原因,管道明挖段不能做到放坡開挖,需采用支護(hù)開挖方式,更符合實際情況。

3 結(jié) 語

基于合理設(shè)計理論,堅持經(jīng)濟(jì)性、科學(xué)性原則的要求,本文對比了明挖管道在放坡開挖與支護(hù)開挖下造價差異。在市政工程中,管網(wǎng)敷設(shè)在市政道路下時,在保證安全性的前提下,支護(hù)開挖方式的可行性和經(jīng)濟(jì)性都優(yōu)于放坡開挖方式,且在選擇不同支護(hù)形式時,也應(yīng)根據(jù)不同開挖深度選擇更經(jīng)濟(jì)合理的。施工工藝的選擇需根據(jù)工程項目的實際情況,全面綜合考慮,在滿足各類施工條件下,盡量降低工程造價,選擇更合理的施工工藝。