模塊式鋼板樁在市政管道改造中的應(yīng)用

摘? 要：北京懷柔北大街作為懷柔區(qū)最長(zhǎng)主干道其改造工程涉及道路改造和地下管線改造兩方面內(nèi)容。為了克服既有管線、地質(zhì)條件及交通導(dǎo)改等困難。本工程通過(guò)采用模塊式鋼板樁工藝，安全快速的完成了污水改造工程。實(shí)踐證明該工藝的實(shí)施為以后類似地下管線改造工程提供了有效參考。

關(guān)鍵詞：既有管線;管線改造;模塊式鋼板樁

中圖分類號(hào)：TU992.05? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2019）07-0000-00

1 工程概況

為緩解北大街的交通壓力、改善沿線居民的出行環(huán)境和雨污水排放不暢問(wèn)題，以此解決環(huán)保、民生等需求，經(jīng)研究決定現(xiàn)對(duì)北大街道路進(jìn)行改造升級(jí)。北大街西起躍進(jìn)橋東至小泉河，全長(zhǎng)2.85km，其中K0+300～K2+100段為為既有道路改造升級(jí)。

在道路南側(cè)，西起斜街路口（道路里程K1+080），東至開放路口西（道路里程K1+735）段新建污水管（D=500～600），向東接入開放路現(xiàn)況污水管（D=800）。該管道埋深4.0～5.0m。該污水管線位于既有雨水工程和電力工程之間，如圖1所示，線間距分別為1.0～1.5m和0.5～1.0 m。雨水工程上方填料為天然砂石，無(wú)自穩(wěn)能力。南側(cè)電力工程完工時(shí)間短，該工程回填土未經(jīng)夯實(shí)且含水量大，因此自穩(wěn)能力非常差，如圖2所示。該工程還橫穿居民小區(qū)和企事業(yè)單位門口，因此施工過(guò)程中不能中斷交通，必須保證周邊居民和企事業(yè)單位正常生活和工作。

2 方案對(duì)比

目前，地下工程施工主要分明挖和暗挖。其中明挖分放坡開挖和支護(hù)開挖;暗挖分：頂管、淺埋暗挖、盾構(gòu)等。

（1）放坡開挖：需要場(chǎng)地開闊，周邊無(wú)建筑物和構(gòu)筑物;且工程量大，如大量堆放影響基坑穩(wěn)定性;有時(shí)會(huì)造成土方調(diào)配成本增加。

（2）鋼板樁：不加內(nèi)支撐抗彎能力差，支護(hù)剛度小，開挖后變形大不能保證工人安全;且需要大型機(jī)械，因此占地大，噪音大。適用范圍小≤4m基坑。如加內(nèi)支撐則具有精度高，周期長(zhǎng)，勞動(dòng)繁重等特點(diǎn)，但其支撐間距過(guò)小，不利于管件吊裝。履帶式打樁機(jī)，破壞道路、噪音大、其震動(dòng)對(duì)既有管線有破壞力且占道時(shí)間長(zhǎng)，不利于周邊居民出行。

（3）土釘墻：施工周期長(zhǎng)、污染嚴(yán)重、土質(zhì)要求較好，成本較高。

（4）暗挖法：對(duì)管徑大小有要求，最小為1050mm，工期長(zhǎng)，造價(jià)高，存在安全隱患。

（5）其余圍護(hù)樁、SMW工法等方法因場(chǎng)地要求大、污染嚴(yán)重、工期長(zhǎng)和造價(jià)高等原因也不適用。

以上所有施工工藝均不適用既有道路管線升級(jí)改造施工，必須研發(fā)一種新的施工工藝。在總結(jié)以上工藝優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，并結(jié)合市政道路改造工作面小、交通導(dǎo)改困難、既有管線多及新建管線與其交叉、施工干擾大及以人為本等特點(diǎn)，研發(fā)出便于安裝、拆卸和運(yùn)輸?shù)哪K式鋼板樁。

3 模塊式鋼板樁結(jié)構(gòu)形式及原理

3.1原理

根據(jù)朗肯（W.J.M. Rankine）理論，把結(jié)構(gòu)模型簡(jiǎn)化為單支撐板式樁的形式，如圖3所示。假定上端為簡(jiǎn)支，下端為自由支承。作用在樁后為主動(dòng)土壓力，作用在樁前為被動(dòng)土壓力[1]。

3.2結(jié)構(gòu)形式

模塊式鋼板樁每塊寬2m，由I10鋼板、14槽鋼、I16型鋼、及連接件（見圖4）組成。本體系從結(jié)構(gòu)上分鋼板樁本體、橫向連接體系和縱向連接體系;鋼板樁本體分擋土體和嵌入體兩部分。

縱向連接體系通過(guò)縱向連接孔和高強(qiáng)鏈條連接?？v向連接孔焊接在鋼板樁本體上。本工程采用抗拉強(qiáng)度為≥6t的高強(qiáng)鏈條。研究表明高強(qiáng)鏈條具有耐磨、易彎曲、延展性低、受力后不會(huì)伸長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。此連接方式即解決了模塊參差不齊，加固難等問(wèn)題;又實(shí)現(xiàn)了模塊鋼板樁之間的快速連接和拆卸;同時(shí)又提高了工作效率，降低了工程成本和保證作業(yè)人員安全。

橫向連接體系通過(guò)多向旋轉(zhuǎn)軸、連接卡槽、橫向支撐梁和固定扣件組成。橫向支撐梁通過(guò)連接卡槽和鋼板樁本體形成一個(gè)整體，所述橫向支撐梁主要承受土體水平推力。多向旋轉(zhuǎn)軸能360o旋轉(zhuǎn)，直徑為Φ24。該多向旋轉(zhuǎn)軸解決了2鋼板樁任意角度的問(wèn)題;使模塊鋼板樁更加靈活多變。

鋼板樁本體上方加強(qiáng)區(qū)有利于挖掘機(jī)把鋼板樁壓入基坑底部土體內(nèi)。

每塊鋼板樁兩側(cè)各吊耳兩個(gè)，吊孔為Φ24。一對(duì)位于鋼板樁上側(cè)，一對(duì)位于鋼板樁下側(cè)1.6m的位置。該吊耳方便鋼板樁吊裝和運(yùn)輸。

4 施工工藝及施工效果

4.1施工工藝

基坑開挖（2～3m）→打入鋼板樁→開挖（到槽底）→打鋼板樁→基礎(chǔ)驗(yàn)槽→砂墊層施工→下管→閉水試驗(yàn)→土方回填（距地面1.2m）→拔除鋼板樁→土方回填（至地面）。具體操作要點(diǎn)如下：

（1）開挖之前，先進(jìn)行地下管線探測(cè)，根據(jù)業(yè)主提供既有管線圖基礎(chǔ)、聯(lián)系相關(guān)產(chǎn)權(quán)單位，探測(cè)在其業(yè)主監(jiān)督下采用挖掘探溝和利用探測(cè)儀進(jìn)行確認(rèn)。

（2）常規(guī)鋼板樁是先把鋼板樁打入土層;然后進(jìn)行開挖。在施工過(guò)程中有可能破壞既有地下管線。而模塊式鋼板樁是邊開挖，邊探測(cè)地下管線，邊打入;該工藝既保證了地下管線安全又保證了施工進(jìn)度。由于此工藝是在開挖到一定深度時(shí)才打入鋼板樁，故對(duì)一次開挖距離有嚴(yán)格要求，本工程為2～3m;且對(duì)打入時(shí)間也有嚴(yán)格要求，在開挖完成后必須在0.5h內(nèi)完成打入;并形成受力體系。

（3）下管前對(duì)進(jìn)場(chǎng)混凝土管再次進(jìn)行外觀檢查，不合格不能使用。安裝前管內(nèi)外清掃干凈，嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行操作。

（4）由于市政改造工程要求周期短，不能長(zhǎng)期暴露。故閉水試驗(yàn)選擇兩個(gè)檢查井作為一個(gè)試驗(yàn)段落。由于混凝土和砂漿有吸水作用，在下管前對(duì)混凝土管浸泡24h，以縮短試驗(yàn)周期。為了避免水資源浪費(fèi)，把上一試驗(yàn)段水抽排到下一試驗(yàn)段。如接頭處出現(xiàn)滲漏情況，采取堵漏靈，然后增設(shè)混凝土包封。

（5）分層回填，在回填的過(guò)程中分層拆除縱向鉸鏈。待回填至既有頂時(shí)，拔出該側(cè)鋼板樁，把該側(cè)松散土體從新進(jìn)行碾壓;以保證道路施工質(zhì)量。然后拔出鋼板樁，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。本工程每個(gè)循環(huán)長(zhǎng)35m。

4.2實(shí)施效果

（1）在整個(gè)施工過(guò)程中開挖、插拔模塊式鋼板樁、下管頂管和回填均使用挖掘機(jī)?；靥詈粚?shí)采用內(nèi)燃沖擊夯。設(shè)備單一，便于組織協(xié)調(diào)和管理。

（2）模塊式鋼板樁應(yīng)用范圍廣，即適合開闊路段施工，也適合狹小路段施工。該方法即減少對(duì)既有管線的擾動(dòng)，又減少開挖量，減少土方外運(yùn)或就地堆放占用道路，具有減小基坑周邊荷載;縮短工期和成本低等優(yōu)點(diǎn)。

（3）在加固完成前，所有操作均在地上進(jìn)行，故工人安全易得到保證。即使發(fā)生土體開裂和下滑，由于模塊式鋼板樁剛度大，兩側(cè)會(huì)形成一個(gè)人字形體系，也能保證溝槽內(nèi)工人安全。此外為了保證安全，在溝槽兩側(cè)設(shè)安全梯，以便工人出入基坑，發(fā)生塌方時(shí)也可以作為安全通道。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市人口、車輛不斷增加，節(jié)能環(huán)保要求不斷提高，已有市政設(shè)施遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足發(fā)展需要。當(dāng)前城市經(jīng)常出現(xiàn)交通堵塞，路基路面過(guò)早損壞，雨水、污水排放不暢等問(wèn)題，這嚴(yán)重影響了居民生活。因此，舊城改造升級(jí)將成為未來(lái)市政建設(shè)的重要組成部分。模塊鋼板樁在北京懷柔北大街改造工程的應(yīng)用，有效解決了周邊地下管線和構(gòu)筑物復(fù)雜，既有管線與新建管線間距過(guò)小、施工場(chǎng)地狹小和工期緊等市政管道改造難題，為類似工程的應(yīng)用提供了參考。

參考文獻(xiàn)

1） 趙峰，郭成軍，孫洪飛.雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)樁后土壓力分析[J].山西建筑，2012（20）：60-61.

[2]李凱，郭芬，呂雨.拉森鋼板樁在城市復(fù)雜地段河道整治結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用[J].安徽建筑，2011（4）：83-87.

收稿日期：2019-08-05

作者簡(jiǎn)介：朱衛(wèi)臣（1973—），男，北京人，本科，工程師，研究方向：市政工程施工管理。

Application of Modular Steel Sheet Pile in Municipal Pipeline Reconstruction

ZHU Weichen

（China Railway 16th Bureau Group Fourth Engineering Co.Ltd.，? Beijing? 101400）

Abstract：As the longest main road in Huairou District， Beijing Huairou North Street's reconstruction project involves road reconstruction and underground pipeline reconstruction. In order to overcome the difficulties of existing pipelines， geological conditions and traffic guidance and reform. This project uses the modular steel sheet pile process to complete the sewage reconstruction project safely and quickly. Practice has proved that the implementation of this process provides an effective reference for similar underground pipeline reconstruction projects in the future.

Key words：Existing pipelines;Pipeline reconstruction;Modular steel sheet pile