污水輸水管超深溝槽接管的鋼板樁施工工藝

徐敏賢

本文針對由拖管、沉井方式施工的污水排水管道項目，拖管施工完成后，由于存在地下障礙物、周邊土層情況不理想以及施工工期因素的影響，部分連接井原設計的沉井法無法實施。本文所述沉井深度為10m，通過變更設計采用了鋼板樁的支護形式，同時考慮基坑深度較深、施工現場條件復雜，施工影響因素多，施工中鋼板樁選用拉森樁形式，并多種措施并舉，加強了鋼板樁支撐能力，保證了支撐體系的安全。

一、前言

現階段城市開發和改造過程中，新建和改建了大量城市污水聯通管道。污水聯通因埋深較深，且多在現有市政道路下方，需下穿大量原有地面構筑物，故很多采用非開挖作業方式實施。

污水聯通管道采用拖管施工時，管道接頭部位常采用沉井進行施工，沉井下沉后形成接管連接操作空間進行施工。接管結束后進內回土填平。而沉井施工受周邊環境影響較大，當沉井部位周邊土層情況較差，地下存在障礙物以及其他環境影響因素時，沉井無法施工或施工風險較大。

本文針對“蘇州市吳中區木瀆新城污水處理廠提標改造（EPC）工程”中，新建污水聯通管道接原有市政管網施工中，沉井受周邊環境影響無法施工時，通過一系列的設計變更，并采用了多項優化的改進措施，保證了污水管道接管施工安全，并保證了接管施工質量。

二、項目簡介

由我公司實施的“蘇州市吳中區木瀆新城污水處理廠提標改造（EPC）工程”，項目包括結構主體（反硝化池）、設備機房、管道施工、道路路面恢復、道路排水以及項目施工范圍內的污水聯通管道施工。項目污水管道為壓力管，管道埋設方式采取拖管方式實施。拖管管材采用DN800PE 實壁管，拖管接頭連接處采用沉井方式圍護，在井內進行管道焊接連接施工。原設計圖如下：

圖1 原設計圖

三、施工主要存在的問題

污水聯通管道施工配合結構主體及部分新建污水管道施工進度實施。在項目木東路口段落施工時，發現主要有以下難點：

（1）木東路交叉口段落拖管位于河岸邊，土層上部存在較厚淤泥土層，土層強度差，沉井下沉過程中容易偏斜。在管位位置下方土層存在承壓水，施工還需采用止水降水措施。

項目所在地質土層結構如下：

①1 層淤泥：灰黑色，流塑。含有機質，有異味，夾雜生活垃圾、碎石等。該上層主要分布于擬建管道沿線勘探孔C5～J5、C122～C123、C36-1～J39、C55～C56、JC106～C108 之間的河道中，厚度0.5～1.0m。具觸變性，工程特性極差。

②層粉質黏土：淺灰黃色，可塑～軟塑，合灰色斑紋及鐵錳質侵染斑點，該上層擬建管線沿線局部有分布，層厚0.3～1.60m,層底標高-2.06～08m，壓縮性中等～高，工程特性一般。

③1T 層粉土夾粉質黏土：灰黃色～灰色，稍密～中密，濕。局部夾粉質黏土薄層，局部多。層厚1.00～6.00m,層底標高-14.29～4.54m。壓縮性中等，工程特性一般。

④2 層粉土：灰黃色～灰色，稍密～中密，濕為主。火粉質黏土薄層，局部多。該上層擬建管線沿線局部分布，層厚1.00～8.00m,層底標高-15.46～-8.97m.壓縮性中等，工程特性一般。

（2）沉井與管廊圍護結構SMW 工法樁近間距約為2.0m，因此處土層情況較差，工法樁施工存在鼓樁現象，對工法樁周邊原有土層擾動較大。沉井距離圍護樁較近，下沉過程中沉井一側為擾動土，另一側為原土層，沉井兩側土壓不平衡容易造成沉井偏位，甚至傾斜。沉井存在工程風險。

（3）在木東路交叉口拖管施工時，發現沉井井位處地下存在障礙物，拖管壁有被障礙物剮蹭、卡管現象，且沉井在管道接頭位置，無法移位避障。若采用井內人工除障的方式進行清理，本工程刃腳下土質情況差，開挖可能造成井外水土向井內流失的情況，造成質量事故。

（4）管道接頭埋深約10.0m，原設計采用沉井施工，而沉井施工工序多，養護時間長，本項目施工工期緊張，木東路交叉口屬于施工節點部位，直接影響上部道路恢復施工，采用沉井預制下沉工期難以滿足要求。

（5）沉井在已施工敷設完成的管道上施工，采用騎馬井方式，在管節位置刃腳上預留開口，DN800 管開口寬度通常需約1.8～2.0m，才能保證刃腳不對已有管道造成影響。本項目上部土層較差，刃腳開口后，下沉至本項目③1t 粉上夾粉質黏土后，容易發生外部水土涌入井內，造成沉井施工失敗。

四、實施方案策劃

鑒于以上木東路交叉口段落沉井施工存在的問題，項目部采用發散思維，大膽設計改進方法，并與業主方和設計院多次溝通，達成變更共識，最終確定以下變更措施：

（1）為避免沉井施工的風險，將沉井直接變更為拉森鋼板樁圍護開挖，節省了沉井預制養護、封底等工序，施工速度快。

（2）鋼板樁施打靈活，可根據地下障礙物情況及時調整支撐圍護范圍，便于避開障礙物。可以保證基坑支護順利實施。

（3）在鋼板樁施工前對地表原有淤泥質土進行卸土，減少圍護開挖深度，提高鋼板樁圍護安全穩定性。

（4）鋼板樁圍護隔水性能弱于沉井結構，且管道接管管口位置存在透水層。鑒于現場土層透水性弱，降水對上部土層沉降影響弱，故施工前，對原設計的2口沉井降水井進行保留，并額外增加3 口降水井，以減小基坑外水壓力保證基坑施工正常實施。

（5）因項目鋼板樁施工前，下部拖管已施工完畢，受管道影響，管道部位鋼板樁無法打設到位，此部分鋼板樁懸空支撐。管道四周土體存在無支撐開挖的情況。為確保開挖施工安全，對無支撐土體采用進行加固，加固方式采用壓密注漿，以提高土體強度，避免開挖過程中失穩。

（6）為減少管道對基坑圍護的影響，項目通過與管網設計方溝通，將基坑內拖管尚未實施的一側管道埋深抬高，將拖管接管口上移。在井內施工上翻管連接。一側管口抬高后，接管施工可在鋼板樁拔除后的淺基坑內進行接管，減少了管道對基坑圍護的影響。

（7）管道埋深較深，深度約為10m，以達到鋼板樁適宜的基坑支撐圍護深度的極限，考慮到打設施工機械能力，項目基坑支護鋼板樁選用15m 的拉森樁。為減小圍護變形造成滲漏水，在基坑頂首先對原地面進行卸土，卸土厚度2.5m。對拉森樁基坑內部采用加密支撐的方式，上下對撐間距1.5m-2.0m。

變更后基坑圍護設計如下所示：

圖2 變更后基坑圍護立面圖

圖3 變更后基坑圍護平面圖

圖4 管道上翻設計

五、施工工藝

1.施工流程安排

（1）降水井施工并預降水；（2）清表并卸土2.5m；（3）打設拉森鋼板樁；（4）基坑底及已施工拖管口外壓密注漿；（5）土方開挖及隨挖隨安裝鋼支撐；（6）挖出拖管口切割并安裝上翻管；（7）分層回填，同時分層加固上翻管；（8）拔除拉森鋼板樁，并回填樁孔；（9）施工另一側拖管，與上翻管口焊接連接。

2.降水井施工

項目共設置5 口降水井，內2 口外3 口，其中2口井布置在南側靠河岸位置，一口布置在北側靠現有道路位置。井位布置如下所示：

坑外測試觀測井，深度為20m。凈水鉆孔直徑600mm，濾管直徑為273mm、壁厚3mm 焊接鋼管，外側包固80 目的濾網，填筑中粗砂作為進內的濾料，井壁回填采用優質黏土回填。

3.拉森鋼板樁施工

拉森樁為SP-IV 型，單根長度15m 寬400mm。施工機械采用長臂挖機和液壓振動錘。施工前先安裝定位架，從一側開始按順序施打。基坑回填后拔除鋼板樁。鋼板樁拔除后留下的土孔應及時采用水泥漿液填筑處理，水灰比0.5。

4.注漿加固施工

按照設計漿液配合比，制備漿液待用。漿液采用42.5 級水泥配置，摻入50kg/m3特細粉煤灰，拌合后進行注漿，注漿量80kg/m3。

注漿前首先計算預計每一段的壓降量，注漿至預計的漿量后停止，進行周邊點位的注漿施工。待20 分鐘后，提升50cm 注漿。穩定后拔管至設計標高。

壓漿若有冒漿現象，需停止壓降作業，等待前期漿液水泥初凝形成一定強度后，再繼續進行施工。

5.內支撐安裝

鋼牛腿安裝：每層土方開挖至支撐下50cm 后，開始安裝鋼牛腿，安裝采用焊接方式進行施工，與鋼板樁圍護進行焊接。鋼牛腿與鋼板樁焊縫應大于8mm 厚。

鋼圍檁安裝：基坑各邊為一段鋼圍檁，采用挖機吊住鋼圍檁后，下放至安裝完成的牛腿上。鋼圍檁采HM440＊300＊11＊18 型鋼。

鋼管支撐安裝：鋼管支撐采用φ400 鋼管制作，與鋼圍檁間電焊固定。鋼管支撐采用吊機吊裝安設。鋼支撐的安裝控制在24 小時以內，人工配合吊車吊裝就位。

6.土方開挖

基坑內支撐間距較密，挖機無法進入基坑內進行開挖施工。本項目基坑上部土層采用挖機在基坑上方進行開挖出土。基坑下部挖機大臂無法夠及，采用抓斗機進行出土，基坑內人工配合清理土方。

7.上翻管道安裝

將管道熱熔對焊機提前吊入坑內，坑內安置固定。上翻管道采用挖機吊入基坑內，挖機吊住管道不脫鉤，在基坑內采用鋼管及石塊臨時支墊固定，將兩側管口卡入熱熔對焊機固定，完成管道焊接作業。

上翻管下部接管完成后，管道繼續由挖機吊住不松脫，避免松脫后接頭受力開裂，待基坑回填至6.0m以上后，方可松開吊繩。上翻管上部接口，在基坑回填并完成另一側拖管后實施。上部管口連接時需增加一個伸縮節，以保護管道對接連接長度。

六、施工工藝優點

（1）接管部位基坑下存在地下障礙物，采用沉井施工刃腳下遇到障礙物后，井內人工除障，可能造成井外水土向井內流失，造成質量事故。而采用鋼板樁圍護，鋼板樁施打靈活，施工過程中遇地下障礙物，可及時變更鋼板樁施打位置，便于避障。

（2）鋼板樁開挖接管施工相對于沉井內接管施工，施工工序大大縮減，減少了沉井預制養護下沉施工時間，按原設計沉井下沉接管施工工期約需21 天，而采用鋼板樁圍護接管僅需13 天。大大節省了施工工期。

（3）項目土層情況不理想，地表存在較厚軟弱土層，沉井容易偏位傾斜。而項目一側拖管已施工完成，沉井刃腳下需預留倒U 型拖管槽，一側刃腳損失大，在下沉過程中土層情況不佳，更容易造成進位偏斜。而采用鋼板樁支護則不存在此問題。

（4）相對于沉井接管施工，鋼板樁圍護施工節省了施工成本，而變更后利潤提高。一方面節省建設方投資的前提下，我方施工利潤更高。是一項共贏的施工改進措施。

（5）為了保證鋼板樁支撐的安全穩定性，本成果綜合采用了強化降水、強化內支撐、大量注漿封堵，變更管道接頭等措施，對今后類似項目提供參照。

七、結論

本項目原設計為沉井施工深度為10m，地質土層情況差，基坑底存在已施工管并存在障礙物，沉井難以實施。項目通過變更采用了鋼板樁進行基坑圍護，并采取了多種基坑防護措施，保證了支護體系安全穩定。使得拉森鋼板樁支護體系可安全適用的基坑開挖增加到10m 深度。也為以后類似項目沉井無法施工時，變更采用鋼板樁支撐體系提供了可借鑒的成功案例。