模块式钢板桩在市政管道改造中的应用

摘  要：北京怀柔北大街作为怀柔区最长主干道其改造工程涉及道路改造和地下管线改造两方面内容。为了克服既有管线、地质条件及交通导改等困难。本工程通过采用模块式钢板桩工艺，安全快速的完成了污水改造工程。实践证明该工艺的实施为以后类似地下管线改造工程提供了有效参考。

关键词：既有管线;管线改造;模块式钢板桩

中图分类号：TU992.05    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2019）07-0000-00

1 工程概况

为缓解北大街的交通压力、改善沿线居民的出行环境和雨污水排放不畅问题，以此解决环保、民生等需求，经研究决定现对北大街道路进行改造升级。北大街西起跃进桥东至小泉河，全长2.85km，其中K0+300～K2+100段为为既有道路改造升级。

在道路南侧，西起斜街路口（道路里程K1+080），东至开放路口西（道路里程K1+735）段新建污水管（D=500～600），向东接入开放路现况污水管（D=800）。该管道埋深4.0～5.0m。该污水管线位于既有雨水工程和电力工程之间，如图1所示，线间距分别为1.0～1.5m和0.5～1.0 m。雨水工程上方填料為天然砂石，无自稳能力。南侧电力工程完工时间短，该工程回填土未经夯实且含水量大，因此自稳能力非常差，如图2所示。该工程还横穿居民小区和企事业单位门口，因此施工过程中不能中断交通，必须保证周边居民和企事业单位正常生活和工作。

2 方案对比

目前，地下工程施工主要分明挖和暗挖。其中明挖分放坡开挖和支护开挖;暗挖分：顶管、浅埋暗挖、盾构等。

（1）放坡开挖：需要场地开阔，周边无建筑物和构筑物;且工程量大，如大量堆放影响基坑稳定性;有时会造成土方调配成本增加。

（2）钢板桩：不加内支撑抗弯能力差，支护刚度小，开挖后变形大不能保证工人安全;且需要大型机械，因此占地大，噪音大。适用范围小≤4m基坑。如加内支撑则具有精度高，周期长，劳动繁重等特点，但其支撑间距过小，不利于管件吊装。履带式打桩机，破坏道路、噪音大、其震动对既有管线有破坏力且占道时间长，不利于周边居民出行。

（3）土钉墙：施工周期长、污染严重、土质要求较好，成本较高。

（4）暗挖法：对管径大小有要求，最小为1050mm，工期长，造价高，存在安全隐患。

（5）其余围护桩、SMW工法等方法因场地要求大、污染严重、工期长和造价高等原因也不适用。

以上所有施工工艺均不适用既有道路管线升级改造施工，必须研发一种新的施工工艺。在总结以上工艺优缺点的基础上，并结合市政道路改造工作面小、交通导改困难、既有管线多及新建管线与其交叉、施工干扰大及以人为本等特点，研发出便于安装、拆卸和运输的模块式钢板桩。

3 模块式钢板桩结构形式及原理

3.1原理

根据朗肯（W.J.M. Rankine）理论，把结构模型简化为单支撑板式桩的形式，如图3所示。假定上端为简支，下端为自由支承。作用在桩后为主动土压力，作用在桩前为被动土压力[1]。

3.2结构形式

模块式钢板桩每块宽2m，由I10钢板、14槽钢、I16型钢、及连接件（见图4）组成。本体系从结构上分钢板桩本体、横向连接体系和纵向连接体系;钢板桩本体分挡土体和嵌入体两部分。

纵向连接体系通过纵向连接孔和高强链条连接。纵向连接孔焊接在钢板桩本体上。本工程采用抗拉强度为≥6t的高强链条。研究表明高强链条具有耐磨、易弯曲、延展性低、受力后不会伸长等优点。此连接方式即解决了模块参差不齐，加固难等问题;又实现了模块钢板桩之间的快速连接和拆卸;同时又提高了工作效率，降低了工程成本和保证作业人员安全。

横向连接体系通过多向旋转轴、连接卡槽、横向支撑梁和固定扣件组成。横向支撑梁通过连接卡槽和钢板桩本体形成一个整体，所述横向支撑梁主要承受土体水平推力。多向旋转轴能360o旋转，直径为Φ24。该多向旋转轴解决了2钢板桩任意角度的问题;使模块钢板桩更加灵活多变。

钢板桩本体上方加强区有利于挖掘机把钢板桩压入基坑底部土体内。

每块钢板桩两侧各吊耳两个，吊孔为Φ24。一对位于钢板桩上侧，一对位于钢板桩下侧1.6m的位置。该吊耳方便钢板桩吊装和运输。

4 施工工艺及施工效果

4.1施工工艺

基坑开挖（2～3m）→打入钢板桩→开挖（到槽底）→打钢板桩→基础验槽→砂垫层施工→下管→闭水试验→土方回填（距地面1.2m）→拔除钢板桩→土方回填（至地面）。具体操作要点如下：

（1）开挖之前，先进行地下管线探测，根据业主提供既有管线图基础、联系相关产权单位，探测在其业主监督下采用挖掘探沟和利用探测仪进行确认。

（2）常规钢板桩是先把钢板桩打入土层;然后进行开挖。在施工过程中有可能破坏既有地下管线。而模块式钢板桩是边开挖，边探测地下管线，边打入;该工艺既保证了地下管线安全又保证了施工进度。由于此工艺是在开挖到一定深度时才打入钢板桩，故对一次开挖距离有严格要求，本工程为2～3m;且对打入时间也有严格要求，在开挖完成后必须在0.5h内完成打入;并形成受力体系。

（3）下管前对进场混凝土管再次进行外观检查，不合格不能使用。安装前管内外清扫干净，严格按照规范要求进行操作。

（4）由于市政改造工程要求周期短，不能长期暴露。故闭水试验选择两个检查井作为一个试验段落。由于混凝土和砂浆有吸水作用，在下管前对混凝土管浸泡24h，以缩短试验周期。为了避免水资源浪费，把上一试验段水抽排到下一试验段。如接头处出现渗漏情况，采取堵漏灵，然后增设混凝土包封。

（5）分層回填，在回填的过程中分层拆除纵向铰链。待回填至既有顶时，拔出该侧钢板桩，把该侧松散土体从新进行碾压;以保证道路施工质量。然后拔出钢板桩，进入下一个循环。本工程每个循环长35m。

4.2实施效果

（1）在整个施工过程中开挖、插拔模块式钢板桩、下管顶管和回填均使用挖掘机。回填夯实采用内燃冲击夯。设备单一，便于组织协调和管理。

（2）模块式钢板桩应用范围广，即适合开阔路段施工，也适合狭小路段施工。该方法即减少对既有管线的扰动，又减少开挖量，减少土方外运或就地堆放占用道路，具有减小基坑周边荷载;缩短工期和成本低等优点。

（3）在加固完成前，所有操作均在地上进行，故工人安全易得到保证。即使发生土体开裂和下滑，由于模块式钢板桩刚度大，两侧会形成一个人字形体系，也能保证沟槽内工人安全。此外为了保证安全，在沟槽两侧设安全梯，以便工人出入基坑，发生塌方时也可以作为安全通道。

5 结语

随着我国社会经济的发展，城市规模不断扩大，城市人口、车辆不断增加，节能环保要求不断提高，已有市政设施远远不能满足发展需要。当前城市经常出现交通堵塞，路基路面过早损坏，雨水、污水排放不畅等问题，这严重影响了居民生活。因此，旧城改造升级将成为未来市政建设的重要组成部分。模块钢板桩在北京怀柔北大街改造工程的应用，有效解决了周边地下管线和构筑物复杂，既有管线与新建管线间距过小、施工场地狭小和工期紧等市政管道改造难题，为类似工程的应用提供了参考。

参考文献

1） 赵峰，郭成军，孙洪飞.双排桩支护结构桩后土压力分析[J].山西建筑，2012（20）：60-61.

[2]李凯，郭芬，吕雨.拉森钢板桩在城市复杂地段河道整治结构施工中的应用[J].安徽建筑，2011（4）：83-87.

收稿日期：2019-08-05

作者简介：朱卫臣（1973—），男，北京人，本科，工程师，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