王錦秀

(中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津 300350)

排水管道基坑施工是一項比較復雜且系統(tǒng)的工作，涉及到的施工內(nèi)容包括：基坑支護結(jié)構形式的選擇、基坑開挖、管道敷設、沉降監(jiān)測、管道回填等。深基坑支護結(jié)構形式多樣化，需要根據(jù)沿海吹填地區(qū)地質(zhì)條件、排水管道管徑、溝槽深度、施工條件等選擇與之相適的開挖方式和支護結(jié)構。天津南港工業(yè)區(qū)地處沿海吹填地區(qū)，土層含水量比較大，壓縮系數(shù)比較高，且結(jié)構分布不均勻，傳統(tǒng)的排水管道基坑施工難以滿足實際需求。因此，采用了預制管道底板施工技術，有效滿足了施工對質(zhì)量、標準、規(guī)范的要求。

1 工程概述

天津南港工業(yè)區(qū)南港四街(南堤路～創(chuàng)新路)道路排水工程一標段排水干管管徑d為1 350～2 600 mm，管內(nèi)底的高程在-2.495～-1.027 m之間，坑槽深度比較大在4.6～6.9 m之間，土質(zhì)結(jié)構主要為沖填土和淤泥。在該工程排水管道試驗段施工中發(fā)現(xiàn)，采用密插拉森鋼板樁混合槽開挖支護形式，在鋼板樁頂部和中下部各設一道鋼管鋼支撐，部分管段仍然出現(xiàn)基槽邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象，難以確?；圩鳂I(yè)安全。如果采用預制管道底板施工方法則能有效滿足工程特性需求，提升排水管道施工結(jié)構的穩(wěn)定性，對管道四周的土層結(jié)構也可以起到支撐的作用，保證施工的安全性。預制管道底板安放、管道安裝圖(見圖1)。

圖1 預制管道底板安放、管道安裝圖

2 工程施工難點

天津南港工業(yè)區(qū)地處沿海吹填地區(qū)，該地區(qū)臨近海域，場地土質(zhì)含水量非常高，承載力比較差，無論是硬度、強度等指標，還是施工條件都無法滿足正常施工工藝的要求，并且場地地下水在干濕交替作用下，對混凝土結(jié)構具有硫酸鹽中腐蝕性，對鋼筋具有硫酸鹽強腐蝕性[1]。在該地區(qū)進行排水管道施工時，容易發(fā)生邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象，受到土質(zhì)結(jié)構的影響，支護體系的穩(wěn)定性難以保證，圍護結(jié)構在重力的作用下，會發(fā)生較大變形。特別是在含水量比較大的區(qū)域，難以及時完成支護操作，大大增加了施工的難度。

3 預制管道底板施工原理分析

雨水管道施工溝槽開挖拉森鋼板樁支護示意圖(見圖2)。

溝槽護壁是預制管道底板施工核心所在，施工完成需要進行全面校驗，確認達到設計要求之后，才能進行土方開挖，但在開挖過程中，溝槽兩側(cè)形成的水平側(cè)壓力，會通過腰梁傳輸?shù)缴喜恐误w系中。下部水平側(cè)壓力，則通過護壁結(jié)構傳輸?shù)筋A制管道底板上，再利用混凝土結(jié)構自身的抗壓強度，保證排水管道的穩(wěn)定性，避免發(fā)生不均勻沉降。

圖2 溝槽開挖拉森鋼板樁支護現(xiàn)場圖

4 預制管道底板在排水管道基坑施工中的應用

4.1 腰梁及水平橫支撐安裝

土方開挖至第一道支撐下0.5 m處，立即停止下挖，先在工字鋼樁上每隔3.0 mm焊接一個牛腿，在把鋼樁切三角樁，再通過焊接的方法，焊接成樁型。

考慮軟土地層工程地質(zhì)情況，在樁頂下1 m處設置腰梁及橫撐，腰梁采用雙拼40#C型工字鋼樁制作，雙拼的工字鋼樁腰梁每3 m設置一道連接鋼板，以增加腰梁的整體性。腰梁焊接在基槽兩側(cè)工字鋼樁上，腰梁與工字鋼樁之間空隙用鋼楔子打緊或用槽鋼焊接嚴密。腰梁固定后，安裝內(nèi)支撐，水平橫撐選用φ299×12國標鋼管，每5 m一道并與腰梁結(jié)構架設焊接，且保證焊接質(zhì)量。焊接前，腰梁和橫撐的連接處設置翼板，確保水平支撐頂緊頂牢，增加橫撐的穩(wěn)定性，水平橫支撐與腰梁共同受力，形成有效的支撐體系[2]。

4.2 溝槽降排水

雨水管道在路基開挖施工范圍內(nèi)時，路槽按設計要求同時開挖，即完成了基坑上部開挖，也完成了減載。路槽開挖面上口外側(cè)2 m做截水溝，防止地表積水與雨水流入路基溝槽，并在路槽兩側(cè)用人工各挖一條寬0.3 m，深0.5 m的縱向截水溝，以防止積水浸泡路槽或流入管槽內(nèi)，完善臨時排水系統(tǒng)，減少水對施工的影響。在雨季施工時，現(xiàn)場應加設泥漿泵，以防止路槽積水。

4.3 溝槽開挖

溝槽開挖是排水管道施工的重點，開挖效果是否滿足設計標準，直接決定了整個排水管道工程施工的總體質(zhì)量，針對該區(qū)域土層含水量比較大，壓縮系數(shù)比較高，且結(jié)構分布不均勻的特性和施工的難點。在溝槽開挖時，要先放出平面位置，并對排水管道布置的高程進行測量，以確定開挖的深度和寬度。就本工程而言溝槽開挖深度比較深，可分上下兩部分開挖。在上部開挖時可采用大開挖的方法，通過機械設備進行開挖，并按照1 ∶1.5進行放坡處理，開挖深度控制在2 m左右，寬度控制在15 m左右[3]。下部分開挖時可采用鋼板樁支護開挖法，直到設計深度。鋼板樁的下端插入土中深度不小于7.2 m。挖機挖土時，現(xiàn)場測量人員要采用專業(yè)的全站儀對溝槽開挖的深度和寬度及時檢驗，發(fā)現(xiàn)偏差及時糾正，保證溝槽開挖質(zhì)量。

4.4 槽底換填處理

管道溝槽由機械開挖至槽底設計標高以上30 cm左右后，改為人工挖土找平。挖至槽底設計標高找平后，通鋪一層竹笆，再換填50 cm級配碎石[4]。施工中應注意工序銜接緊湊，防止槽底被積水浸泡。

4.5 管道底板預制

提前預制鋼筋混凝土底板，可由C40混凝土預制而言，長度控制在1.5 m左右，寬度控制在4 m左右，厚度不能低于40 cm。并采用XYPEX(賽柏斯)進行管道底板防腐處理。XYPEX(賽柏斯)是水泥基滲透結(jié)晶型防水材料[5]。

4.6 預制管道底板安放、調(diào)平

預制底板間隔1 m安放，每安放一塊立即量測，用挖掘機及時對底板高程進行調(diào)整并調(diào)平。根據(jù)土質(zhì)情況和排水管理布置結(jié)構，合理調(diào)整預制板安放的間距和數(shù)量，避免基坑發(fā)生不均勻變形，確保管道施工的安全性。預制底板安放施工現(xiàn)場圖(見圖3)。

圖3 預制底板安放圖

4.7 管道安裝及包管

管道安裝及包管是整個排水工程施工的關鍵，若控制不當，都會對整個排水管道施工質(zhì)量造成嚴重影響，因此，在具體施工中，應根據(jù)實際的需求，提前制作鋼筋網(wǎng)片。以D2 000管道為例，鋼筋網(wǎng)片長度1 m，寬度4 m。預制底板就位調(diào)平后，立即進行鋼筋網(wǎng)片的安放和澆筑，采用與底板同標號混凝土。前方預制底板安放完畢，底板間連接混凝土強度到設計標準值的80%以上后，立即進行管道安裝[6]。管道安裝完一個施工段后，立即進行管道包管、回填及檢查井等施工。

4.8 管道回填、拆除支撐

待管道安裝、包管及檢查井等施工完成后，回填碎石至管頂以上50 cm，進行拆除支撐工作，拆除支撐時應先拆除橫支撐，再拆除腰梁。拆除支撐時，要對管道實際情況進行檢驗，確認達到設計標準后才能進行拆除[7]，如有異常，立即停工，待采取有效措施之后再進行拆除施工，保證拆除支撐施工安全。

5 施工效果分析

本工程檢查井采用普通混凝土砌塊排水檢查井，包括矩形直線檢查井、矩形三通檢查井、扇形檢查井等。檢查井所對應管道管徑尺寸以及管內(nèi)底標高尺寸均應當在所對應的管段設計示意圖當中加以明確標識；其次，在設計布置與之相對應管道的過程當中，應當遵循管道與墻體保持垂直對應關系的基本原則[8]。本工程雨水管道A13～YA15段管徑D1 800 mm，管底高程-1.624～-1.543 m，管道溝槽挖深5.519～5.555 m(以現(xiàn)狀地面計算)，管道開挖深度范圍內(nèi)主要為沖填土，淤泥質(zhì)粘土層。通過加強基槽排降水能力、加強周圍環(huán)境監(jiān)測和控制支護結(jié)構變形，以及通過采用比奧特固結(jié)有限元法和基于費爾哈斯特(Verhulst)非線性模型，對管基穩(wěn)定性動態(tài)分析進行研究，確?；又車ㄖ?、地下管線、道路等的安全。

采用比奧特固結(jié)有限元法和基于費爾哈斯特(Verhulst)的非線性模型，根據(jù)A13～YA15段回填土、實際鋪設管道、包管及基礎施作情況計算作用在地基土上的平均荷載，管道回填后對檢查井YA13、YA14和YA15各取300 d內(nèi)的沉降量進行計算[9]，YA14的沉降量計算結(jié)果與實際觀測結(jié)果進行對比分析(見圖5)。

圖5 YA14的沉降量計算結(jié)果與實際觀測結(jié)果圖

從圖中可以看出檢查井地基土體沉降量隨時間變化特征與費爾哈斯特的S型曲線非常相似：在前50 d內(nèi)土體處于彈性階段，沉降主要由土體內(nèi)氣填充孔隙壓縮引起，沉降量與時間基本呈線性變化；在第50～100 d期間，沉降發(fā)生的主要原因是土體發(fā)生了固結(jié)排水，但在預制管道底板施工中，形成的超靜水壓在空隙水壓之上，從而減緩了沉降的速度。但在100～150 d時，地基土壤中的孔隙水幾乎被全部排出，超靜水壓也隨之降低，致使沉降速度又進一步提升，超過150 d后，無論是孔隙壓力，還是超靜水壓力都基本消失不見，土體也基本上完成了固結(jié)，沉降量不太明顯。

采用比奧特固結(jié)有限元法仿真模擬程序分析的軟土地基沉降結(jié)果與實際觀測值基本吻合，管道軟土地基的沉降也可分為發(fā)生(線性增長)、發(fā)展(沉速大幅增加)、穩(wěn)定(僅有少許固結(jié)沉降)和極限(沉速為0)4個階段，其沉降量隨時間變化曲線完全可以采用費爾哈斯特的S型曲線來模擬[10]。

6 結(jié) 語

綜上所述，本文結(jié)合工程實例，分析了沿海吹填地區(qū)預制管道底板在排水管道基坑施工中的應用，分析結(jié)果表明，沿海吹填地區(qū)土質(zhì)各項力學性能指標比較差，尤其是在土含水量和壓縮性過高的管段經(jīng)常會出現(xiàn)基槽邊坡失穩(wěn)、不能及時進行支護及鋼板樁合槽等現(xiàn)象。為解決此類問題，本文采用了預制管道底板施工技術，取得良好成效，并解決了基槽內(nèi)作業(yè)危險性大，管道安裝施工困難等問題，值得大力推廣應用。