樁基施工中廢棄管線處理技術(shù)及成本分析

滕 博

(中鐵六局集團(tuán)有限公司交通工程分公司 北京市 100070)

鉆孔灌注樁施工工藝在國內(nèi)已十分成熟,但在城市地區(qū)施工,難免下敷市政管線,廢棄管線的處理質(zhì)量將直接影響鉆孔灌注樁施工。目前現(xiàn)場(chǎng)管線排遷方案為新建,將原位管線按廢棄處理。因管線遷改后未將原地下管線清除,造成鉆孔灌注樁無法在廢管處進(jìn)行鉆進(jìn),因此樁基施工前需對(duì)廢棄管線進(jìn)行處理。

1 工程概況

沈陽地鐵3號(hào)線工程高架段沿開發(fā)二十二號(hào)路路中走行,沿線橋梁基礎(chǔ)與現(xiàn)狀雨水及污水管線形成占位沖突,設(shè)計(jì)方案為遷改管線至新線位后完成基礎(chǔ)施工。

根據(jù)前期輸入資料,開發(fā)二十二號(hào)路下敷設(shè)管線包含:雨水、污水、燃?xì)?、給水、熱力、通信等地下管線,其中與樁基礎(chǔ)占位沖突的主要為雨水和污水管線,雨水、污水管線埋深在地面以下2.6～10.5m,管徑DN500～DN2400,管線剖面關(guān)系圖見圖1。

圖1 管線剖面關(guān)系圖

2 方案對(duì)比

2.1 鋼板樁+鋼支撐明挖法

2.1.1施工方法

采用鋼板樁+鋼支撐方式明挖法施工,承臺(tái)范圍內(nèi)路面破除→打入鋼板樁→安裝鋼圍檁→基坑開挖→安裝第二道鋼圍檁(超過6m)→基坑開挖→雨污水管道破除封堵→基坑回填→拔出鋼板樁→樁基施工。

2.1.2存在問題

(1)工期方面:每個(gè)承臺(tái)周期約7d,受場(chǎng)地影響,無法形成流水作業(yè),工期影響約4個(gè)月甚至更長(zhǎng),對(duì)目前已滯后的工期十分不利;由產(chǎn)權(quán)單位組織實(shí)施,不可控因素增多。

(2)安全方面:回填深度較深(5～9m),無法采用大型機(jī)械壓實(shí),沉降期短,容易造成后期不均勻沉降。樁基施工時(shí)大型機(jī)械旋挖鉆機(jī)、吊車吊裝需要在回填區(qū)域進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn),若有地基不均沉降情況出現(xiàn),容易造成鉆機(jī)失穩(wěn)而傾倒砸傷兩側(cè)車輛及行人。開發(fā)二十二路屬于寶馬公司的重要通道,車流量大,若發(fā)生鉆機(jī)傾覆,則可能出現(xiàn)群死群傷現(xiàn)象。

(3)質(zhì)量方面:施工質(zhì)量不易控制。

(4)造價(jià)方面:經(jīng)過初步計(jì)算,費(fèi)用在四個(gè)方案中為最高,經(jīng)濟(jì)性最差。

2.1.3費(fèi)用造價(jià)

雨污水管破除綜合單價(jià)496元/m3,開挖土方單價(jià)14.66元/m3,回填土方單價(jià)43.55元/m3,土方外運(yùn)單價(jià)35.68元/m3,鋼板樁單價(jià)724.39元/噸,鋼圍檁及鋼支撐單價(jià)3617.22元/噸,預(yù)計(jì)造價(jià)2834萬元。

2.2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)并拔除方案

2.2.1施工方法

采用鋼護(hù)筒套管跟進(jìn)廢管頂部,采用旋挖鉆對(duì)廢管進(jìn)行破除,破除前對(duì)管道進(jìn)行清淤、排除有害氣體等準(zhǔn)備工作,然后人工下至管底進(jìn)行廢管封堵,封堵采用50cm厚磚砌擋墻,封堵完畢后鉆進(jìn)至廢管底部2m,待磚墻砂漿強(qiáng)度在75%以上后進(jìn)行混凝土灌注,灌注完畢,混凝土初凝前拔除鋼護(hù)筒[1]。

鋼護(hù)筒采用壁厚2cm的鋼板卷制而成,其中直徑1.2m樁基采用直徑1.5m的鋼護(hù)筒,直徑1.5m樁基采用直徑1.8m的鋼護(hù)筒;鋼護(hù)筒埋設(shè)采用振動(dòng)打樁錘進(jìn)行錘擊的方式。管線與鋼護(hù)筒剖面關(guān)系圖見圖2,鋼護(hù)筒跟進(jìn)并拔除示意圖見圖3。

圖2 管線與鋼護(hù)筒剖面關(guān)系圖

圖3 鋼護(hù)筒跟進(jìn)并拔除示意圖

2.2.2存在問題

(1)工期方面:前期準(zhǔn)備工作時(shí)間較長(zhǎng),需要對(duì)管道內(nèi)的積水及淤泥物進(jìn)行清理;需要進(jìn)行每根管兩側(cè)封堵、等強(qiáng),無法連續(xù)鉆進(jìn),單個(gè)承臺(tái)只能單個(gè)施工,護(hù)筒占用時(shí)間長(zhǎng),循環(huán)性差,工期延長(zhǎng)至少在3個(gè)月以上。

(2)安全方面:需人工下至5.0～8.5m深度進(jìn)行封堵,因護(hù)筒直徑只有1.5m,屬于有限空間作業(yè),且既有雨污水管已經(jīng)存在十多年,大部分存在雨污混流,在巡查過程中發(fā)現(xiàn)檢查井內(nèi)氣味難聞,一般的通風(fēng)措施難以消除,作業(yè)條件極差,無法長(zhǎng)時(shí)間作業(yè);因污水管大部分連接廠家的化糞池及年代久遠(yuǎn)的原因,存在大量有害氣體。由于樁基數(shù)量較大,每個(gè)標(biāo)段均在1000根以上,安全風(fēng)險(xiǎn)急劇增加,安全管理難度大,雖然可以采取通風(fēng)措施,但也極易發(fā)生中毒現(xiàn)象及安全事故。

(3)質(zhì)量方面:護(hù)筒拔除需要在混凝土初凝前進(jìn)行,施工時(shí)間不易控制,護(hù)筒可能難以拔除;由于封堵的是圓形管道,封閉難以嚴(yán)實(shí)。護(hù)筒在拔除過程中,由于混凝土側(cè)壓力對(duì)磚墻的沖擊,容易發(fā)生漏漿及漏混凝土的情況,造成樁基缺陷,樁基缺陷一般在樁檢測(cè)時(shí)才能發(fā)現(xiàn),而檢測(cè)樁基一般在施工后1個(gè)月左右,可能出現(xiàn)大批量缺陷樁的情況,后期處理難度大、費(fèi)用極高。

(4)造價(jià)方面:造價(jià)相對(duì)較高。

2.2.3費(fèi)用造價(jià)

管徑1.5m鋼護(hù)筒打拔費(fèi)用為1800元/m(旋挖帶護(hù)筒驅(qū)動(dòng)器),管徑1.8m鋼護(hù)筒打拔費(fèi)用為2100元/m(旋挖帶護(hù)筒驅(qū)動(dòng)器),鋼筋混凝土管道破除費(fèi)用496元/m3,砌磚1099元/m3,清淤138元/m3,預(yù)計(jì)造價(jià)1048.9萬元。

2.3 雙護(hù)筒方案(外護(hù)筒拔除,內(nèi)護(hù)筒保留)

2.3.1施工方法

采用外鋼護(hù)筒套管跟進(jìn)廢管頂部,鉆機(jī)對(duì)廢管進(jìn)行破除,破除完畢后鉆進(jìn)至廢管底部1m,繼續(xù)鉆進(jìn)至樁基底部,安裝內(nèi)鋼護(hù)筒,待樁基混凝土灌注完畢后,直接拔出外鋼護(hù)筒,無需拔除內(nèi)鋼護(hù)筒。承臺(tái)施工時(shí),直接切除內(nèi)鋼護(hù)筒[2]。

外鋼護(hù)筒采用壁厚3cm的鋼板卷制而成(可倒用),其中直徑1.2m樁基采用直徑1.5m的鋼護(hù)筒,直徑1.5m樁基采用直徑1.8m的鋼護(hù)筒;內(nèi)鋼護(hù)筒采用壁厚1cm的鋼板卷制而成,直徑比樁徑大20cm。鋼護(hù)筒埋設(shè)采用旋挖套裝機(jī)進(jìn)行安裝。

2.3.2存在問題

(1)工期方面:與普通樁基施工差異不大,可大大減少廢管處理時(shí)間,緩解工期壓力,為后續(xù)施工按期完成提供保障。

(2)安全方面:施工方法較成熟,安全可靠。

(3)質(zhì)量方面:與普通樁基施工差異不大,質(zhì)量較易控制。

(4)造價(jià)方面:造價(jià)高。

2.3.3費(fèi)用造價(jià)

管徑1.5m外鋼護(hù)筒打拔費(fèi)用為1800元/m(旋挖帶護(hù)筒驅(qū)動(dòng)器),管徑1.8m外鋼護(hù)筒打拔費(fèi)用為2100元/m(旋挖帶護(hù)筒驅(qū)動(dòng)器);管徑1.7m內(nèi)鋼護(hù)筒為2841.82元/m,管徑1.4m內(nèi)鋼護(hù)筒為2316.05元/m;鋼筋混凝土管道破除費(fèi)用496元/m,預(yù)計(jì)造價(jià)2114.6萬元。

2.4 管道封填方案(地面鉆孔封堵)

2.4.1施工方法

采用水泥砂漿將管道封堵。

2.4.2處理原則

工程樁所在位置樁周范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)的廢棄管線均須處理。

2.4.3具體處理措施

(1)管波探測(cè)要求

(a)管波探測(cè):對(duì)樁基范圍內(nèi)進(jìn)行探測(cè)并分析探測(cè)結(jié)果及探測(cè)深度。

(b)根據(jù)鉆探及管波探測(cè)結(jié)果,記錄廢棄管線深度及高度。

(2)施工要求

(a)布置鉆孔

每個(gè)承臺(tái)下,每根樁兩側(cè)打設(shè)2個(gè)220mm鉆孔,通過鉆孔用水泥砂漿將管線封堵。鉆孔距離樁邊0.5m,按照一個(gè)管線回填長(zhǎng)度12m左右布置鉆孔,并做好標(biāo)記。

(b)鉆孔

鉆孔采用XY-1型地質(zhì)鉆機(jī),鉆孔直徑為220mm,孔徑誤差小于5mm,鉆孔平面位置誤差小于50mm,傾斜度不超過1.0%。鉆機(jī)采用泥漿循環(huán)、護(hù)壁成孔和清孔,如遇特殊巖土?xí)r需下套管鉆機(jī),防止塌孔。成孔深度要求進(jìn)入廢棄管線[3]。

(c)排氣孔施工

為保證灌注砂漿密實(shí),在每一個(gè)填充孔旁需設(shè)一個(gè)排氣孔,保證砂漿灌注效果。排氣孔成孔施工與填充孔相同,成孔后下φ75mmPVC管至廢棄管線管頂,PVC管管口預(yù)先用棉絮封住,避免下管過程中泥漿進(jìn)入管內(nèi)堵塞管路,灌注砂漿前用高壓空氣將排氣孔疏通。

(d)制備水泥砂漿

M10砂漿采用商品預(yù)拌。灌漿過程中可視情加入外加劑,增加其工作性。如廢棄管線直徑較大,也可采用C20混凝土(或砂漿)充填。

(e)泵送水泥砂漿

采用混凝土輸送泵將砂漿通過套管泵送進(jìn)廢棄管線。待廢棄管線灌滿,穩(wěn)壓30min左右,拔出導(dǎo)管。終注標(biāo)準(zhǔn):無法注進(jìn)為止。

(f)注漿孔封孔

注漿施工結(jié)束后,起拔套管并及時(shí)將孔口封堵。

(g)二次灌漿

灌漿完成后,可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)灌漿孔繼續(xù)灌注水泥砂漿,作為第一次灌漿的補(bǔ)充。

2.4.4檢測(cè)原則和數(shù)量

采用“二次壓漿”方法檢查填充率。

要求每個(gè)管線均要檢測(cè)一次。壓水檢查工作應(yīng)在灌漿結(jié)束7d后進(jìn)行,管道封填方案示意圖見圖4。

圖4 管道封填方案示意圖

2.4.5存在問題

(1)工期方面:需要進(jìn)行每根管兩側(cè)封堵,等強(qiáng),如區(qū)間長(zhǎng)度較長(zhǎng)則應(yīng)分段封堵灌注,工期延長(zhǎng)約2～3個(gè)月。

(2)安全方面: 管線回填密實(shí)情況無法驗(yàn)證,可能對(duì)后續(xù)樁基施工產(chǎn)生不良影響。

(3)質(zhì)量方面:注漿質(zhì)量較難確認(rèn)。

(4)造價(jià)方面:造價(jià)較低。

2.4.6費(fèi)用造價(jià)

全線污水抽除單價(jià)100元/m3,管內(nèi)砂漿封堵單價(jià)500元/m3,觀測(cè)孔單價(jià)150元/m,預(yù)計(jì)造價(jià)669.9萬元。

3 方案比選

路基填料與地基土主要計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 路基填料與地基土主要計(jì)算參數(shù)

管線封堵時(shí)砂漿外擴(kuò)范圍及封堵效果無法確定,故進(jìn)行封堵試驗(yàn),目前已完成兩次試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如下。

3.1 試驗(yàn)一

(1)試驗(yàn)內(nèi)容:調(diào)整砂漿稠度,保證封堵密實(shí)性,通過試驗(yàn)確定單個(gè)承臺(tái)砂漿封堵外擴(kuò)量及封堵效果。

(2)試驗(yàn)過程:此次試驗(yàn)地表鉆孔共5個(gè),直徑220mm,每個(gè)深度5m(打穿廢管頂部);鉆孔距離樁邊0.5m,當(dāng)日采用地泵灌注M10砂漿(稠度分別為90mm、70mm)累計(jì)完成30.5m3。此次試驗(yàn)填充的是污水管道,廢管直徑1m,試驗(yàn)一方案示意圖見圖5。

圖5 試驗(yàn)一方案示意圖(單位:mm)

(3)試驗(yàn)結(jié)果:砂漿灌注全部完成后,承臺(tái)內(nèi)管道封堵未密實(shí),砂漿凝固后管道內(nèi)砂漿液面到管道1/2處。此次試驗(yàn)結(jié)果顯示由于砂漿流動(dòng)性過大,僅通過砂漿進(jìn)行管道灌注無法在承臺(tái)及外擴(kuò)的一定范圍內(nèi)完成密實(shí)封堵。

3.2 試驗(yàn)二

(1)試驗(yàn)內(nèi)容:在承臺(tái)外兩側(cè)用C20混凝土進(jìn)行灌注,形成混凝土擋墻,使承臺(tái)內(nèi)管道密閉,混凝土凝固后,在承臺(tái)內(nèi)注入砂漿,將承臺(tái)內(nèi)管道封堵。

(2)試驗(yàn)過程:此次試驗(yàn)地表鉆孔共7個(gè)(其中3個(gè)深度4.4m、4個(gè)深度4.3m),鉆孔距樁邊0.5m,打穿廢管頂部,直徑220mm;當(dāng)日采用泵車灌注C20混凝土(坍落度16cm)累計(jì)20m3,采用泵車灌注M10砂漿(稠度70mm)累計(jì)10m3。此次試驗(yàn)填充污水管道,管徑1m,試驗(yàn)二方案示意圖見圖6。

圖6 試驗(yàn)二方案示意圖(單位:mm)

(3)試驗(yàn)結(jié)果:混凝土、砂漿全部灌注完成后,承臺(tái)內(nèi)管道已密實(shí),滿足樁基施工條件。經(jīng)計(jì)算,試驗(yàn)管道管徑1m,混凝土、砂漿共注入30m3,按管道體積換算,此次管道封堵總長(zhǎng)度38.2m,承臺(tái)長(zhǎng)7.2m,試驗(yàn)封堵外擴(kuò)量31m,即承臺(tái)兩側(cè)外擴(kuò)15.5m,承臺(tái)凈距17.8m,單個(gè)承臺(tái)灌注長(zhǎng)度大于承臺(tái)凈間距1/2,相當(dāng)于已灌滿兩承臺(tái)間管線,管道封填試驗(yàn)效果示意圖見圖7。

圖7 管道封填試驗(yàn)效果示意圖

經(jīng)兩次專家論證,由于砂漿封堵管道方案與雙護(hù)筒跟進(jìn)拔除方案工期相近,造價(jià)相差較大,故決定采用砂漿封堵管道方案。

4 結(jié)論

文章通過工程實(shí)例對(duì)廢棄管線處理方案進(jìn)行分析,保證樁基施工質(zhì)量及安全,同時(shí)也對(duì)各種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)成本分析,確定最經(jīng)濟(jì)的施工方案。研究過程及結(jié)果可為類似工程施工提供參考。