半淤泥地层钢板桩顶管工作井施工工艺的研究

刘 金 临沂市政集团有限公司

邹良雨 临沂市政集团有限公司

赵玉阔 临沂市政集团有限公司

工作井的井壁现场制作方式大多采用钢筋混凝土结构，存在施工周期长、施工成本高、施工后产生较多建筑垃圾等弊端。在此背景下，临沂市政集团有限公司决定研发钢板桩顶管工作井施工技术，该工艺的关键技术点是如何确保不同地层下顶管工作井后背墙的稳定性。2020 年，临沂市政集团有限公司研制出了半淤泥地层钢板桩顶管工作井，并在临沂市国际生态城污水处理厂建设及配套管网工程和商谷片区污水处理厂建设及配套管网工程中进行应用，有效解决了半淤泥底层钢板桩工作井施工中存在的问题。

1 施工工艺的特点、范围及工艺原理

1.1 工艺特点

第一，采用钢板桩快速施工，能够有效缩短工作井的制作周期，使顶管施工快速完成。第二，采用可重复利用的拉森钢板桩制作半淤泥地层顶管井，减少了钢筋、模板混凝土的用量，大幅度降低施工成本。第三，在完成顶进后，快速拆除钢板桩工作井，符合绿色施工要求[1]。

1.2 适用范围

本工艺适用于钢板桩顶管工作井，尤其适用于顶管工作井后背墙背部为部分淤泥层的位置，对于后背墙位置上下层土体稳定性差距较大的地层也有较好的适用性。

1.3 工艺原理

工作井背部存在部分淤泥，采用换填加固技术改变土体的性质，提高土体的粘聚力及内摩擦角，提高背部土体抗压的稳定性。采用一体化技术，将后背墙与封底底板钢筋混凝土连接为一个整体，有效防止后背墙发生位移变形，提高后背墙的抗压能力，确保顶进施工轴线的稳定性[2]。

采用混凝土构件防裂缝技术，在后背墙两侧设置“倒角式”钢筋混凝土连接墙，防止封底底板与后背墙连接处出现撕裂裂缝，确保顶进顺利。

2 施工工艺流程及操作要点

2.1 工艺流程

施工工艺流程如图1 所示。

图1 钢板桩工作井施工流程图

2.2 操作要点

2.2.1 准备工作

钢板桩整体的稳定性以及桩与桩之间的止水要求是工作井施工的关键控制指标，所以施工前需要有相应资质的设计单位出具工作井支护设计方案。根据地质结构特点，顶管工作井采用拉森钢板桩制作，矩形工作井的尺寸可设计为11.5 m×8.5 m。

2.2.2 定位放样

施工前清理表层，确保作业面平整，采用RTK 测量系统或者全站仪确定工作井的准确位置，如图2 所示。

图2 工作井位置放样

2.2.3 钢板桩施工

钢板桩打设施工前，需对进场的钢板桩材料进行检查验收，对于咬合口存在破损、桩身锈蚀严重、桩主体存在直径25 mm 以上空洞以及桩体变形等不符合要求的钢板桩予以退场，严禁使用。施工前检查打桩机操作人员的上岗证件，并对所有作业人员进行安全技术交底。根据确定的工作井边线，先打设角端的控制桩，打设完成且位置复核无误后，按照顺时针或者逆时针的方向，沿着工作井控制边线依次打设，直至闭合，要求桩与桩之间锁口必须咬合紧密，同等长度钢板桩顶高程误差控制在±20 cm，周圈钢板桩闭合无问题后打设角桩，角桩应紧扣工作井交角位置。

2.2.4 后背换填

清除钢板桩背部的淤泥，直至到达原土地层或者承载力符合要求的地层，并重新换填砂石料，确保背部的土体抗压强度达标。砂石换填需按要求分层回填并进行压实或者夯实，分层夯实厚度不超过30 cm，回填压实度应不小于95%，以确保钢板桩后背土体的稳定性。挖除后背淤泥和压实度检测如图3、图4 所示。进行，焊接加固验收合格后再进行下道工序施工。每完成一层的破除、开挖后，立即加固围檩，围檩施工完成后再进行下一层破除、开挖，依次进行直至完成全部破除。开挖方式采用长臂挖掘机配合人工，直至设计高程[3]。工作井范围内地下水较丰富的地层，根据现场实际情况运用降水井降水或者在基坑内设置集水井明排降水，排出工作井内的渗水，确保基坑作业面干燥，有效降低土的侧压力对钢板桩的影响，以便内封底施工。工作井四周5 m 以内严禁堆放重物，并做好钢板桩维护结构的监测工作。

图3 挖除后背淤泥

图4 压实度检测

（3）基坑降水。支护采用止水拉森钢板桩，桩以下为岩层，不考虑岩层渗水量，基坑涌水量按下式计算：

式中，A代表基坑面积，M代表疏干的含水层厚度，u代表水层的给水度。

对于止水拉森钢板桩，用泵抽出基坑中的涌水即可满足施工要求。

工作坑预留两个集水坑，距离基坑边缘0.5 m，规格为0.8 m×0.8 m×1 m，根据降水情况选用水泵规格。基坑四周设置挡水墙，宽度0.24 m，高度0.30 m。钢板桩支护模型如图5 所示。

图5 钢板桩工作井模型图

2.2.5 开挖工作井、安装围檩以及基坑降水

（1）开挖工作井。钢板桩施工及后背淤泥换填完成后开挖工作井，从上至下分层开挖，第一层开挖深度1 m 左右，开挖完成后安装第一道围檩，焊接安装完成后继续开挖，开挖至第一道围檩以下3.5 m 后，进行第二道围檩支撑施工，根据设计要求依次进行开挖，直至开挖满足设计高程要求。

（2）安装围檩。围檩施工前检查采用的托架钢板和工字钢（槽钢）是否符合要求，安装加固严格按照方案的要求

2.2.6 连体式后背墙施工

降水完成后采用50 cm 级配碎石进行填心，垫层采用C30 抗渗早强混凝土分两层进行浇筑。第一层浇筑完成后加铺防水卷材，保证有效阻水，然后浇筑第二层垫层。养护到期后进行底板钢筋绑扎及混凝土浇筑，连体式后背墙模型如图6 所示。

图6 连体式后背墙模型图

待封底混凝土强度达到设计要求时，从预留吸水管内吸水，封闭闷板，浇入底板内。浇筑底板前先清理干净素混凝土表面，凿除井内封底砼表面软弱层，清理残渣并运出井外弃置。对可能存在的渗漏处，严密封堵，避免渗水影响底板质量。底板与各墙板连接处表面预先凿毛，并冲洗干净后绑扎钢筋。

底板钢筋绑扎完成后绑扎后背墙和倒角式连接墙的钢筋，采用三级螺纹钢直径为18 mm。混凝土浇筑完毕后按照规范进行养护，达到强度要求后进行下一步顶管设备安装等后续工作，待完成顶管工作后拔除钢板桩。

3 安全质量管理控制措施

3.1 管理措施

工程采取首件制进行策划与实施，并及时总结实施过程经验，形成可实施性技术交底，用于指导大面积施工。施工过程中加强质量挂牌监督管理，严把“四关”（图纸交底关、测量关、材料验收及复试关和过程工序关），现场做到有人管理、有人监督。

3.2 安全控制措施

为确保结构安全，施工前专家需论证和优化工作，并对围堰结构进行安全检算，包括过程中各工况下的结构刚度、强度和稳定性检算。施工时加强钢板桩变形监测工作，一旦发现异常及时通知人员撤离；严格按照围堰工况要求进行施工，及时设置内支撑，工况如有变更要重新进行检算，确保支撑截面的尺寸和数量满足要求。

进行吊装作业之前，应该认真调查作业范围及周边环境，包括施工便道、埋地电缆及周边的建筑物等。吊装作业人员和信号指挥人员应取得相关资格证书，持证上岗，严禁违章作业[4]。重物起升要平稳，下降速度要均匀，不能突然制动。吊装物不能长时间悬挂在空中，作业中如果遇到突发故障，应立即将重物降落至安全地方。

4 环保控制措施

施工现场采用高度不低于2.5 m 的装配式硬质围挡进行连续全封施工，围挡上方架设与在线检测系统相连接的自动喷淋降尘系统，作业区内设置扬尘检测设备，与自动喷淋系统联动，扬尘达到警戒值后自动喷淋降尘，确保扬尘控制符合要求。

同时，及时处理工程中产生的废弃物，能利用的尽量回收利用，不能利用的弃置在公共垃圾场或者经处理后填埋。针对施工现场的直射光线和电焊眩光，采用设置施工棚或者围护等措施进行有效控制或遮挡，避免对周围区域产生不利干扰。

由于施工区位于大学城附近，噪声控制尤为重要，施工尽量采用低噪声、低振动的机具，避免或减少施工噪声和震动。施工过程应遵守《中华人民共和国建筑施工现场界噪声限值》《中华人民共和国环境保护法》相关规定。

5 结语

半淤泥地层钢板桩顶管工作井施工工艺有效解决了半淤泥地层中钢板桩顶管工作井的制作问题，缩短了施工周期，降低了施工成本，得到了业主、监理单位的好评，也为钢板桩顶管工作井施工积累了宝贵的经验，进一步夯实了企业在非开挖施工方面的技术基础，达到了同行业先进水平[5]。该工艺采用可重复利用的拉森钢板桩制作顶管井，不但减少了钢筋、模板混凝土的用量，且有效缩短了施工工期，具有良好的环保效益。