新管幕法工作竖井H型钢桩护坡施工技术

陈 涛 刘 爽 钱洪福 罗泽华

(1.沈阳市地铁建设指挥部,110013,沈阳;2.中建市政建设有限公司,100073,北京//第一作者,教授级高级工程师)

新管幕(NTR)法实施的前提是连续的密排钢管顶进群,其顶管工作竖井除满足普通顶管工作坑要求外,还须满足竖井井壁开洞方便且多次开洞后仍能维持其整体刚度、强度及稳定性要求。钢筋混凝土护坡桩虽然刚性较大,安全可靠,但是井壁开洞的工程量大,且连续的密排钢管之间不具备钢筋混凝土护坡桩的空间(一般钢管间净距25 cm)。竖井井壁开洞后工况结构的受力体系复杂,力的转换难度大,难以维持原有的应力状态,多次开洞后竖井围护体系更易失稳。而H型钢桩可重复利用,节约资源,在竖井井壁开洞较为方便;H型钢桩与围檩、顶进完成后的钢管焊接为一个整体,即使多次开洞也能维持竖井围护体系的稳定性。因此,新管幕法工作竖井首选H型钢桩护坡。

1 H型钢桩施工方法

H型钢桩的施工方法主要有SMW(劲性水泥土搅拌连续墙)法、锤击法、静压法、钻孔法等。SMW法就是在搅拌桩中插入H型钢,在南方高水位地区应用较广;锤击法及静压法主要应用于软弱疏松地层中;钻孔法主要应用于硬黏土及砂卵石地层中,不塌方地层在直接钻孔条件下安放H型钢,塌方地层在钢套管或泥浆护壁条件下安放H型钢。

2 工程应用

以某工程的新管幕法施工为例,顶管工作竖井的设计参数为15.3 m×9.7 m,深30.15 m,后背需提供1 000 t顶管反力。竖井围护桩采用H型钢桩+旋喷桩。H型钢桩的规格为300 mm(高)×305 mm(宽)×15 mm(翼缘)×15 mm(腹板),H 型钢桩之间的间距为1 200 mm。旋喷桩与H型钢咬合形成整体,旋喷反力墙体的厚度为2 m。竖井共采用46根H型钢桩。钢桩的桩长为35 m,锚固深度为4.85 m。围护旋喷桩比H型钢桩深1 m。竖井冠梁尺寸为500mm×500 mm。竖井钢支撑及围檩均采用300 mm×300 mm(宽)×15 mm(翼缘)×10 mm(腹板)的H型钢。钢支撑施加预应力采用丝杠活络头,竖井采用11道钢支撑。桩间土采用在H型钢之间插入木板挡土,木板厚度为8 cm。工作竖井围护结构平面图如图1所示,剖面图如图2所示。该工程工作竖井的地质情况见表1。

2.1 钻孔施工

该工程原拟采用SMW法施工,但现场环境条件复杂、管线密布,SMW 法无法封闭施工,又加之施工成本较高,因此根据现场环境条件、地质情况及钻孔深度,采用了旋挖钻机成孔,膨润土调制泥浆护壁施工H型钢桩的方法(如图3所示)。

图1 工作竖井围护结构平面图(尺寸单位:mm)

图2 工作竖井剖面图(尺寸单位:mm)

表1 工作竖井工程地质情况

图3 H型钢桩成孔

图4 H型钢桩焊接

2.2 H型钢加工及安装

该工程的施工现场场地狭窄,长35 m型钢一次起吊非常困难,因此,采用了孔口焊接的方式下入型钢。为了确保型钢焊接的垂直度,在型钢下入前,应先将型钢送入工厂加工,在水平台座上将两段型钢找平、调直、对中后,在H型钢的四面分别打孔并用等距定位钢板固定;H型钢加工完成后进行编号并在型钢两端做好标记,然后到孔口组装并焊接(如图4所示),用上、下两根H型钢上的铆孔来保证H型钢的垂直度。H型钢安装完成后的钢桩护壁效果图如图5所示,钢桩支护体系效果图如图6所示。

H型钢分为三段,每段长度分别为12 m、12 m和11 m。用16 t汽车吊把H型钢分段起吊插入孔内,并在孔口进行焊接。相邻H型钢桩焊接接头要错开。孔口焊接的工序是:按事先编制好的安装顺序和方向,将第一段型钢下入钻孔内,在孔口固定;将第二段型钢按加工好的方向起吊,在孔口与第一段对接;然后安装4组定向铆板,在H型钢纵向板两侧焊接25 mm厚的加劲连接板,固定上、下两段型钢;最后焊接两端型钢的横向板,完成孔口焊接工序。第二段与第三段的焊接重复上述工序。

图5 H型钢桩护壁效果图

图6 H型钢桩支护体系效果图

2.3 孔内填砂

固定好H型钢后开始回填混砂。回填混砂时应沿H型钢两侧匀速、均匀地回填,以确保H型钢不偏位。回填混砂至孔口,即完成H型钢桩的施工。为确保回填的密实度,填砂前必须清孔,泥浆比重不得大于1.15。填砂完成后,施工旋喷桩,填充剩余空隙,以满足顶管后背1 000 t的反力要求。

3 泥浆护壁成孔法施工H型钢桩步骤

具体施工工艺流程图如图7所示。

3.1 人工开挖探沟

为了清除杂填土层的障碍物,在钻孔施工前要人工挖探沟。探沟深度为1.5 m。在探沟内用洛阳铲继续探明,探挖深度1.5 m;根据实际情况,局部探出障碍物的以挖出障碍物为准。探沟完成后,用黏土回填。

3.2 桩位放线

根据现场桩位基准点测定桩位,并打入铁质标记。桩位放线应确保准确无误。桩位基准点应作专门保护,不得损坏。

3.3 护筒埋设

采用钢护筒,保证其底端进入原状土层0.5 m以上。护筒直径比钻孔直径大100 mm。护筒顶标高应高于施工面10～20 cm,并确保筒壁与水平面垂直。护筒定位时应先对桩位进行复核,然后以桩位为中心定出相互垂直的十字控制桩线,并作十字栓点控制。孔位挖出后吊放入护筒,周围孔隙填入黏土并夯实,以保证其中心位置与桩中心偏差＜2 cm。

图7 施工工艺流程图

3.4 钻孔施工

根据地质条件及钻孔深度,钻机可采用冲击钻、反循环钻机、旋挖钻机等。

3.5 泥浆护壁

根据地质条件及成孔工艺,采用自制泥浆或专门调制泥浆护壁。采用水压平衡法施工,维持孔内水压平衡至关重要。原则上,钢护筒的埋设应高于地面0.2～0.3 m,孔内水位应维持在距护筒顶0.6～0.8 m的范围内;发现水渗失,应立即进行补水。

3.6 钻渣废浆处理

在钻进施工时,将捞出的钻渣倒入配置的专用铁槽内;挖出泥浆后,用人工清运至晾渣场堆放,集中用卡车运走。废弃的泥浆用罐车运到指定地点。

3.7 成孔检测及H型钢桩加工安装

H型钢桩的成孔检测标准详见表2,加工、安装允许偏差见表3。

表2 成孔质量标准

表3 H型钢桩插入允许偏差

3.8 孔内填砂

固定好H型钢后开始回填混砂。回填混砂时应沿H型钢两侧匀速、均匀地回填,以确保H型钢不偏位。混砂回填至孔口,即完成 H型钢桩的施工。

4 结语

采用钻孔泥浆护壁法施工H型钢桩,竖井深度超过30 m时,既节省资金,又达到预期功能要求,能够取得良好的社会经济效益。

H型钢桩用于超深竖井护坡,竖井壁开孔方便,开孔形式灵活多变,且完全可以满足安全及功能要求。H型钢桩与其它辅助工法结合起来,适用于新管幕法顶管工作竖井工程。H型钢桩还可重复利用,因此,该施工工艺资源节约,对环境友好,顺应了低碳经济的大潮流,值得推广。

[1]上海市建设工程规范DGJ08-116-2005型钢水泥土搅拌墙技术规程[S].

[2]邢凯,陈涛,黄常波.新管幕工法概述[J].城市轨道交通研究,2009(8):63.