半淤泥地層鋼板樁頂管工作井施工工藝的研究

劉 金 臨沂市政集團有限公司

鄒良雨 臨沂市政集團有限公司

趙玉闊 臨沂市政集團有限公司

工作井的井壁現場制作方式大多采用鋼筋混凝土結構，存在施工周期長、施工成本高、施工后產生較多建筑垃圾等弊端。在此背景下，臨沂市政集團有限公司決定研發鋼板樁頂管工作井施工技術，該工藝的關鍵技術點是如何確保不同地層下頂管工作井后背墻的穩定性。2020 年，臨沂市政集團有限公司研制出了半淤泥地層鋼板樁頂管工作井，并在臨沂市國際生態城污水處理廠建設及配套管網工程和商谷片區污水處理廠建設及配套管網工程中進行應用，有效解決了半淤泥底層鋼板樁工作井施工中存在的問題。

1 施工工藝的特點、范圍及工藝原理

1.1 工藝特點

第一，采用鋼板樁快速施工，能夠有效縮短工作井的制作周期，使頂管施工快速完成。第二，采用可重復利用的拉森鋼板樁制作半淤泥地層頂管井，減少了鋼筋、模板混凝土的用量，大幅度降低施工成本。第三，在完成頂進后，快速拆除鋼板樁工作井，符合綠色施工要求[1]。

1.2 適用范圍

本工藝適用于鋼板樁頂管工作井，尤其適用于頂管工作井后背墻背部為部分淤泥層的位置，對于后背墻位置上下層土體穩定性差距較大的地層也有較好的適用性。

1.3 工藝原理

工作井背部存在部分淤泥，采用換填加固技術改變土體的性質，提高土體的粘聚力及內摩擦角，提高背部土體抗壓的穩定性。采用一體化技術，將后背墻與封底底板鋼筋混凝土連接為一個整體，有效防止后背墻發生位移變形，提高后背墻的抗壓能力，確保頂進施工軸線的穩定性[2]。

采用混凝土構件防裂縫技術，在后背墻兩側設置“倒角式”鋼筋混凝土連接墻，防止封底底板與后背墻連接處出現撕裂裂縫，確保頂進順利。

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 工藝流程

施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 鋼板樁工作井施工流程圖

2.2 操作要點

2.2.1 準備工作

鋼板樁整體的穩定性以及樁與樁之間的止水要求是工作井施工的關鍵控制指標，所以施工前需要有相應資質的設計單位出具工作井支護設計方案。根據地質結構特點，頂管工作井采用拉森鋼板樁制作，矩形工作井的尺寸可設計為11.5 m×8.5 m。

2.2.2 定位放樣

施工前清理表層，確保作業面平整，采用RTK 測量系統或者全站儀確定工作井的準確位置，如圖2 所示。

圖2 工作井位置放樣

2.2.3 鋼板樁施工

鋼板樁打設施工前，需對進場的鋼板樁材料進行檢查驗收，對于咬合口存在破損、樁身銹蝕嚴重、樁主體存在直徑25 mm 以上空洞以及樁體變形等不符合要求的鋼板樁予以退場，嚴禁使用。施工前檢查打樁機操作人員的上崗證件，并對所有作業人員進行安全技術交底。根據確定的工作井邊線，先打設角端的控制樁，打設完成且位置復核無誤后，按照順時針或者逆時針的方向，沿著工作井控制邊線依次打設，直至閉合，要求樁與樁之間鎖口必須咬合緊密，同等長度鋼板樁頂高程誤差控制在±20 cm，周圈鋼板樁閉合無問題后打設角樁，角樁應緊扣工作井交角位置。

2.2.4 后背換填

清除鋼板樁背部的淤泥，直至到達原土地層或者承載力符合要求的地層，并重新換填砂石料，確保背部的土體抗壓強度達標。砂石換填需按要求分層回填并進行壓實或者夯實，分層夯實厚度不超過30 cm，回填壓實度應不小于95%，以確保鋼板樁后背土體的穩定性。挖除后背淤泥和壓實度檢測如圖3、圖4 所示。進行，焊接加固驗收合格后再進行下道工序施工。每完成一層的破除、開挖后，立即加固圍檁，圍檁施工完成后再進行下一層破除、開挖，依次進行直至完成全部破除。開挖方式采用長臂挖掘機配合人工，直至設計高程[3]。工作井范圍內地下水較豐富的地層，根據現場實際情況運用降水井降水或者在基坑內設置集水井明排降水，排出工作井內的滲水，確?；幼鳂I面干燥，有效降低土的側壓力對鋼板樁的影響，以便內封底施工。工作井四周5 m 以內嚴禁堆放重物，并做好鋼板樁維護結構的監測工作。

圖3 挖除后背淤泥

圖4 壓實度檢測

（3）基坑降水。支護采用止水拉森鋼板樁，樁以下為巖層，不考慮巖層滲水量，基坑涌水量按下式計算：

式中，A代表基坑面積，M代表疏干的含水層厚度，u代表水層的給水度。

對于止水拉森鋼板樁，用泵抽出基坑中的涌水即可滿足施工要求。

工作坑預留兩個集水坑，距離基坑邊緣0.5 m，規格為0.8 m×0.8 m×1 m，根據降水情況選用水泵規格?；铀闹茉O置擋水墻，寬度0.24 m，高度0.30 m。鋼板樁支護模型如圖5 所示。

圖5 鋼板樁工作井模型圖

2.2.5 開挖工作井、安裝圍檁以及基坑降水

（1）開挖工作井。鋼板樁施工及后背淤泥換填完成后開挖工作井，從上至下分層開挖，第一層開挖深度1 m 左右，開挖完成后安裝第一道圍檁，焊接安裝完成后繼續開挖，開挖至第一道圍檁以下3.5 m 后，進行第二道圍檁支撐施工，根據設計要求依次進行開挖，直至開挖滿足設計高程要求。

（2）安裝圍檁。圍檁施工前檢查采用的托架鋼板和工字鋼（槽鋼）是否符合要求，安裝加固嚴格按照方案的要求

2.2.6 連體式后背墻施工

降水完成后采用50 cm 級配碎石進行填心，墊層采用C30 抗滲早強混凝土分兩層進行澆筑。第一層澆筑完成后加鋪防水卷材，保證有效阻水，然后澆筑第二層墊層。養護到期后進行底板鋼筋綁扎及混凝土澆筑，連體式后背墻模型如圖6 所示。

圖6 連體式后背墻模型圖

待封底混凝土強度達到設計要求時，從預留吸水管內吸水，封閉悶板，澆入底板內。澆筑底板前先清理干凈素混凝土表面，鑿除井內封底砼表面軟弱層，清理殘渣并運出井外棄置。對可能存在的滲漏處，嚴密封堵，避免滲水影響底板質量。底板與各墻板連接處表面預先鑿毛，并沖洗干凈后綁扎鋼筋。

底板鋼筋綁扎完成后綁扎后背墻和倒角式連接墻的鋼筋，采用三級螺紋鋼直徑為18 mm。混凝土澆筑完畢后按照規范進行養護，達到強度要求后進行下一步頂管設備安裝等后續工作，待完成頂管工作后拔除鋼板樁。

3 安全質量管理控制措施

3.1 管理措施

工程采取首件制進行策劃與實施，并及時總結實施過程經驗，形成可實施性技術交底，用于指導大面積施工。施工過程中加強質量掛牌監督管理，嚴把“四關”（圖紙交底關、測量關、材料驗收及復試關和過程工序關），現場做到有人管理、有人監督。

3.2 安全控制措施

為確保結構安全，施工前專家需論證和優化工作，并對圍堰結構進行安全檢算，包括過程中各工況下的結構剛度、強度和穩定性檢算。施工時加強鋼板樁變形監測工作，一旦發現異常及時通知人員撤離；嚴格按照圍堰工況要求進行施工，及時設置內支撐，工況如有變更要重新進行檢算，確保支撐截面的尺寸和數量滿足要求。

進行吊裝作業之前，應該認真調查作業范圍及周邊環境，包括施工便道、埋地電纜及周邊的建筑物等。吊裝作業人員和信號指揮人員應取得相關資格證書，持證上崗，嚴禁違章作業[4]。重物起升要平穩，下降速度要均勻，不能突然制動。吊裝物不能長時間懸掛在空中，作業中如果遇到突發故障，應立即將重物降落至安全地方。

4 環?？刂拼胧?/h2>

施工現場采用高度不低于2.5 m 的裝配式硬質圍擋進行連續全封施工，圍擋上方架設與在線檢測系統相連接的自動噴淋降塵系統，作業區內設置揚塵檢測設備，與自動噴淋系統聯動，揚塵達到警戒值后自動噴淋降塵，確保揚塵控制符合要求。

同時，及時處理工程中產生的廢棄物，能利用的盡量回收利用，不能利用的棄置在公共垃圾場或者經處理后填埋。針對施工現場的直射光線和電焊眩光，采用設置施工棚或者圍護等措施進行有效控制或遮擋，避免對周圍區域產生不利干擾。

由于施工區位于大學城附近，噪聲控制尤為重要，施工盡量采用低噪聲、低振動的機具，避免或減少施工噪聲和震動。施工過程應遵守《中華人民共和國建筑施工現場界噪聲限值》《中華人民共和國環境保護法》相關規定。

5 結語

半淤泥地層鋼板樁頂管工作井施工工藝有效解決了半淤泥地層中鋼板樁頂管工作井的制作問題，縮短了施工周期，降低了施工成本，得到了業主、監理單位的好評，也為鋼板樁頂管工作井施工積累了寶貴的經驗，進一步夯實了企業在非開挖施工方面的技術基礎，達到了同行業先進水平[5]。該工藝采用可重復利用的拉森鋼板樁制作頂管井，不但減少了鋼筋、模板混凝土的用量，且有效縮短了施工工期，具有良好的環保效益。