新管幕法工作豎井H型鋼樁護坡施工技術(shù)

陳 濤 劉 爽 錢洪福 羅澤華

(1.沈陽市地鐵建設(shè)指揮部,110013,沈陽;2.中建市政建設(shè)有限公司,100073,北京//第一作者,教授級高級工程師)

新管幕(NTR)法實施的前提是連續(xù)的密排鋼管頂進群,其頂管工作豎井除滿足普通頂管工作坑要求外,還須滿足豎井井壁開洞方便且多次開洞后仍能維持其整體剛度、強度及穩(wěn)定性要求。鋼筋混凝土護坡樁雖然剛性較大,安全可靠,但是井壁開洞的工程量大,且連續(xù)的密排鋼管之間不具備鋼筋混凝土護坡樁的空間(一般鋼管間凈距25 cm)。豎井井壁開洞后工況結(jié)構(gòu)的受力體系復(fù)雜,力的轉(zhuǎn)換難度大,難以維持原有的應(yīng)力狀態(tài),多次開洞后豎井圍護體系更易失穩(wěn)。而H型鋼樁可重復(fù)利用,節(jié)約資源,在豎井井壁開洞較為方便;H型鋼樁與圍檁、頂進完成后的鋼管焊接為一個整體,即使多次開洞也能維持豎井圍護體系的穩(wěn)定性。因此,新管幕法工作豎井首選H型鋼樁護坡。

1 H型鋼樁施工方法

H型鋼樁的施工方法主要有SMW(勁性水泥土攪拌連續(xù)墻)法、錘擊法、靜壓法、鉆孔法等。SMW法就是在攪拌樁中插入H型鋼,在南方高水位地區(qū)應(yīng)用較廣;錘擊法及靜壓法主要應(yīng)用于軟弱疏松地層中;鉆孔法主要應(yīng)用于硬黏土及砂卵石地層中,不塌方地層在直接鉆孔條件下安放H型鋼,塌方地層在鋼套管或泥漿護壁條件下安放H型鋼。

2 工程應(yīng)用

以某工程的新管幕法施工為例,頂管工作豎井的設(shè)計參數(shù)為15.3 m×9.7 m,深30.15 m,后背需提供1 000 t頂管反力。豎井圍護樁采用H型鋼樁+旋噴樁。H型鋼樁的規(guī)格為300 mm(高)×305 mm(寬)×15 mm(翼緣)×15 mm(腹板),H 型鋼樁之間的間距為1 200 mm。旋噴樁與H型鋼咬合形成整體,旋噴反力墻體的厚度為2 m。豎井共采用46根H型鋼樁。鋼樁的樁長為35 m,錨固深度為4.85 m。圍護旋噴樁比H型鋼樁深1 m。豎井冠梁尺寸為500mm×500 mm。豎井鋼支撐及圍檁均采用300 mm×300 mm(寬)×15 mm(翼緣)×10 mm(腹板)的H型鋼。鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力采用絲杠活絡(luò)頭,豎井采用11道鋼支撐。樁間土采用在H型鋼之間插入木板擋土,木板厚度為8 cm。工作豎井圍護結(jié)構(gòu)平面圖如圖1所示,剖面圖如圖2所示。該工程工作豎井的地質(zhì)情況見表1。

2.1 鉆孔施工

該工程原擬采用SMW法施工,但現(xiàn)場環(huán)境條件復(fù)雜、管線密布,SMW 法無法封閉施工,又加之施工成本較高,因此根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境條件、地質(zhì)情況及鉆孔深度,采用了旋挖鉆機成孔,膨潤土調(diào)制泥漿護壁施工H型鋼樁的方法(如圖3所示)。

圖1 工作豎井圍護結(jié)構(gòu)平面圖(尺寸單位:mm)

圖2 工作豎井剖面圖(尺寸單位:mm)

表1 工作豎井工程地質(zhì)情況

圖3 H型鋼樁成孔

圖4 H型鋼樁焊接

2.2 H型鋼加工及安裝

該工程的施工現(xiàn)場場地狹窄,長35 m型鋼一次起吊非常困難,因此,采用了孔口焊接的方式下入型鋼。為了確保型鋼焊接的垂直度,在型鋼下入前,應(yīng)先將型鋼送入工廠加工,在水平臺座上將兩段型鋼找平、調(diào)直、對中后,在H型鋼的四面分別打孔并用等距定位鋼板固定;H型鋼加工完成后進行編號并在型鋼兩端做好標記,然后到孔口組裝并焊接(如圖4所示),用上、下兩根H型鋼上的鉚孔來保證H型鋼的垂直度。H型鋼安裝完成后的鋼樁護壁效果圖如圖5所示,鋼樁支護體系效果圖如圖6所示。

H型鋼分為三段,每段長度分別為12 m、12 m和11 m。用16 t汽車吊把H型鋼分段起吊插入孔內(nèi),并在孔口進行焊接。相鄰H型鋼樁焊接接頭要錯開?？卓诤附拥墓ば蚴?按事先編制好的安裝順序和方向,將第一段型鋼下入鉆孔內(nèi),在孔口固定;將第二段型鋼按加工好的方向起吊,在孔口與第一段對接;然后安裝4組定向鉚板,在H型鋼縱向板兩側(cè)焊接25 mm厚的加勁連接板,固定上、下兩段型鋼;最后焊接兩端型鋼的橫向板,完成孔口焊接工序。第二段與第三段的焊接重復(fù)上述工序。

圖5 H型鋼樁護壁效果圖

圖6 H型鋼樁支護體系效果圖

2.3 孔內(nèi)填砂

固定好H型鋼后開始回填混砂?；靥罨焐皶r應(yīng)沿H型鋼兩側(cè)勻速、均勻地回填,以確保H型鋼不偏位?；靥罨焐爸量卓?即完成H型鋼樁的施工。為確?；靥畹拿軐嵍?填砂前必須清孔,泥漿比重不得大于1.15。填砂完成后,施工旋噴樁,填充剩余空隙,以滿足頂管后背1 000 t的反力要求。

3 泥漿護壁成孔法施工H型鋼樁步驟

具體施工工藝流程圖如圖7所示。

3.1 人工開挖探溝

為了清除雜填土層的障礙物,在鉆孔施工前要人工挖探溝。探溝深度為1.5 m。在探溝內(nèi)用洛陽鏟繼續(xù)探明,探挖深度1.5 m;根據(jù)實際情況,局部探出障礙物的以挖出障礙物為準。探溝完成后,用黏土回填。

3.2 樁位放線

根據(jù)現(xiàn)場樁位基準點測定樁位,并打入鐵質(zhì)標記。樁位放線應(yīng)確保準確無誤。樁位基準點應(yīng)作專門保護,不得損壞。

3.3 護筒埋設(shè)

采用鋼護筒,保證其底端進入原狀土層0.5 m以上。護筒直徑比鉆孔直徑大100 mm。護筒頂標高應(yīng)高于施工面10～20 cm,并確保筒壁與水平面垂直。護筒定位時應(yīng)先對樁位進行復(fù)核,然后以樁位為中心定出相互垂直的十字控制樁線,并作十字栓點控制?？孜煌诔龊蟮醴湃胱o筒,周圍孔隙填入黏土并夯實,以保證其中心位置與樁中心偏差＜2 cm。

圖7 施工工藝流程圖

3.4 鉆孔施工

根據(jù)地質(zhì)條件及鉆孔深度,鉆機可采用沖擊鉆、反循環(huán)鉆機、旋挖鉆機等。

3.5 泥漿護壁

根據(jù)地質(zhì)條件及成孔工藝,采用自制泥漿或?qū)ｉT調(diào)制泥漿護壁。采用水壓平衡法施工,維持孔內(nèi)水壓平衡至關(guān)重要。原則上,鋼護筒的埋設(shè)應(yīng)高于地面0.2～0.3 m,孔內(nèi)水位應(yīng)維持在距護筒頂0.6～0.8 m的范圍內(nèi);發(fā)現(xiàn)水滲失,應(yīng)立即進行補水。

3.6 鉆渣廢漿處理

在鉆進施工時,將撈出的鉆渣倒入配置的專用鐵槽內(nèi);挖出泥漿后,用人工清運至晾渣場堆放,集中用卡車運走。廢棄的泥漿用罐車運到指定地點。

3.7 成孔檢測及H型鋼樁加工安裝

H型鋼樁的成孔檢測標準詳見表2,加工、安裝允許偏差見表3。

表2 成孔質(zhì)量標準

表3 H型鋼樁插入允許偏差

3.8 孔內(nèi)填砂

固定好H型鋼后開始回填混砂?；靥罨焐皶r應(yīng)沿H型鋼兩側(cè)勻速、均勻地回填,以確保H型鋼不偏位?；焐盎靥钪量卓?即完成 H型鋼樁的施工。

4 結(jié)語

采用鉆孔泥漿護壁法施工H型鋼樁,豎井深度超過30 m時,既節(jié)省資金,又達到預(yù)期功能要求,能夠取得良好的社會經(jīng)濟效益。

H型鋼樁用于超深豎井護坡,豎井壁開孔方便,開孔形式靈活多變,且完全可以滿足安全及功能要求。H型鋼樁與其它輔助工法結(jié)合起來,適用于新管幕法頂管工作豎井工程。H型鋼樁還可重復(fù)利用,因此,該施工工藝資源節(jié)約,對環(huán)境友好,順應(yīng)了低碳經(jīng)濟的大潮流,值得推廣。

[1]上海市建設(shè)工程規(guī)范DGJ08-116-2005型鋼水泥土攪拌墻技術(shù)規(guī)程[S].

[2]邢凱,陳濤,黃常波.新管幕工法概述[J].城市軌道交通研究,2009(8):63.