污水输水管超深沟槽接管的钢板桩施工工艺

徐敏贤

本文针对由拖管、沉井方式施工的污水排水管道项目，拖管施工完成后，由于存在地下障碍物、周边土层情况不理想以及施工工期因素的影响，部分连接井原设计的沉井法无法实施。本文所述沉井深度为10m，通过变更设计采用了钢板桩的支护形式，同时考虑基坑深度较深、施工现场条件复杂，施工影响因素多，施工中钢板桩选用拉森桩形式，并多种措施并举，加强了钢板桩支撑能力，保证了支撑体系的安全。

一、前言

现阶段城市开发和改造过程中，新建和改建了大量城市污水联通管道。污水联通因埋深较深，且多在现有市政道路下方，需下穿大量原有地面构筑物，故很多采用非开挖作业方式实施。

污水联通管道采用拖管施工时，管道接头部位常采用沉井进行施工，沉井下沉后形成接管连接操作空间进行施工。接管结束后进内回土填平。而沉井施工受周边环境影响较大，当沉井部位周边土层情况较差，地下存在障碍物以及其他环境影响因素时，沉井无法施工或施工风险较大。

本文针对“苏州市吴中区木渎新城污水处理厂提标改造（EPC）工程”中，新建污水联通管道接原有市政管网施工中，沉井受周边环境影响无法施工时，通过一系列的设计变更，并采用了多项优化的改进措施，保证了污水管道接管施工安全，并保证了接管施工质量。

二、项目简介

由我公司实施的“苏州市吴中区木渎新城污水处理厂提标改造（EPC）工程”，项目包括结构主体（反硝化池）、设备机房、管道施工、道路路面恢复、道路排水以及项目施工范围内的污水联通管道施工。项目污水管道为压力管，管道埋设方式采取拖管方式实施。拖管管材采用DN800PE 实壁管，拖管接头连接处采用沉井方式围护，在井内进行管道焊接连接施工。原设计图如下：

图1 原设计图

三、施工主要存在的问题

污水联通管道施工配合结构主体及部分新建污水管道施工进度实施。在项目木东路口段落施工时，发现主要有以下难点：

（1）木东路交叉口段落拖管位于河岸边，土层上部存在较厚淤泥土层，土层强度差，沉井下沉过程中容易偏斜。在管位位置下方土层存在承压水，施工还需采用止水降水措施。

项目所在地质土层结构如下：

①1 层淤泥：灰黑色，流塑。含有机质，有异味，夹杂生活垃圾、碎石等。该上层主要分布于拟建管道沿线勘探孔C5～J5、C122～C123、C36-1～J39、C55～C56、JC106～C108 之间的河道中，厚度0.5～1.0m。具触变性，工程特性极差。

②层粉质黏土：浅灰黄色，可塑～软塑，合灰色斑纹及铁锰质侵染斑点，该上层拟建管线沿线局部有分布，层厚0.3～1.60m,层底标高-2.06～08m，压缩性中等～高，工程特性一般。

③1T 层粉土夹粉质黏土：灰黄色～灰色，稍密～中密，湿。局部夹粉质黏土薄层，局部多。层厚1.00～6.00m,层底标高-14.29～4.54m。压缩性中等，工程特性一般。

④2 层粉土：灰黄色～灰色，稍密～中密，湿为主。火粉质黏土薄层，局部多。该上层拟建管线沿线局部分布，层厚1.00～8.00m,层底标高-15.46～-8.97m.压缩性中等，工程特性一般。

（2）沉井与管廊围护结构SMW 工法桩近间距约为2.0m，因此处土层情况较差，工法桩施工存在鼓桩现象，对工法桩周边原有土层扰动较大。沉井距离围护桩较近，下沉过程中沉井一侧为扰动土，另一侧为原土层，沉井两侧土压不平衡容易造成沉井偏位，甚至倾斜。沉井存在工程风险。

（3）在木东路交叉口拖管施工时，发现沉井井位处地下存在障碍物，拖管壁有被障碍物剐蹭、卡管现象，且沉井在管道接头位置，无法移位避障。若采用井内人工除障的方式进行清理，本工程刃脚下土质情况差，开挖可能造成井外水土向井内流失的情况，造成质量事故。

（4）管道接头埋深约10.0m，原设计采用沉井施工，而沉井施工工序多，养护时间长，本项目施工工期紧张，木东路交叉口属于施工节点部位，直接影响上部道路恢复施工，采用沉井预制下沉工期难以满足要求。

（5）沉井在已施工敷设完成的管道上施工，采用骑马井方式，在管节位置刃脚上预留开口，DN800 管开口宽度通常需约1.8～2.0m，才能保证刃脚不对已有管道造成影响。本项目上部土层较差，刃脚开口后，下沉至本项目③1t 粉上夹粉质黏土后，容易发生外部水土涌入井内，造成沉井施工失败。

四、实施方案策划

鉴于以上木东路交叉口段落沉井施工存在的问题，项目部采用发散思维，大胆设计改进方法，并与业主方和设计院多次沟通，达成变更共识，最终确定以下变更措施：

（1）为避免沉井施工的风险，将沉井直接变更为拉森钢板桩围护开挖，节省了沉井预制养护、封底等工序，施工速度快。

（2）钢板桩施打灵活，可根据地下障碍物情况及时调整支撑围护范围，便于避开障碍物。可以保证基坑支护顺利实施。

（3）在钢板桩施工前对地表原有淤泥质土进行卸土，减少围护开挖深度，提高钢板桩围护安全稳定性。

（4）钢板桩围护隔水性能弱于沉井结构，且管道接管管口位置存在透水层。鉴于现场土层透水性弱，降水对上部土层沉降影响弱，故施工前，对原设计的2口沉井降水井进行保留，并额外增加3 口降水井，以减小基坑外水压力保证基坑施工正常实施。

（5）因项目钢板桩施工前，下部拖管已施工完毕，受管道影响，管道部位钢板桩无法打设到位，此部分钢板桩悬空支撑。管道四周土体存在无支撑开挖的情况。为确保开挖施工安全，对无支撑土体采用进行加固，加固方式采用压密注浆，以提高土体强度，避免开挖过程中失稳。

（6）为减少管道对基坑围护的影响，项目通过与管网设计方沟通，将基坑内拖管尚未实施的一侧管道埋深抬高，将拖管接管口上移。在井内施工上翻管连接。一侧管口抬高后，接管施工可在钢板桩拔除后的浅基坑内进行接管，减少了管道对基坑围护的影响。

（7）管道埋深较深，深度约为10m，以达到钢板桩适宜的基坑支撑围护深度的极限，考虑到打设施工机械能力，项目基坑支护钢板桩选用15m 的拉森桩。为减小围护变形造成渗漏水，在基坑顶首先对原地面进行卸土，卸土厚度2.5m。对拉森桩基坑内部采用加密支撑的方式，上下对撑间距1.5m-2.0m。

变更后基坑围护设计如下所示：

图2 变更后基坑围护立面图

图3 变更后基坑围护平面图

图4 管道上翻设计

五、施工工艺

1.施工流程安排

（1）降水井施工并预降水；（2）清表并卸土2.5m；（3）打设拉森钢板桩；（4）基坑底及已施工拖管口外压密注浆；（5）土方开挖及随挖随安装钢支撑；（6）挖出拖管口切割并安装上翻管；（7）分层回填，同时分层加固上翻管；（8）拔除拉森钢板桩，并回填桩孔；（9）施工另一侧拖管，与上翻管口焊接连接。

2.降水井施工

项目共设置5 口降水井，内2 口外3 口，其中2口井布置在南侧靠河岸位置，一口布置在北侧靠现有道路位置。井位布置如下所示：

坑外测试观测井，深度为20m。净水钻孔直径600mm，滤管直径为273mm、壁厚3mm 焊接钢管，外侧包固80 目的滤网，填筑中粗砂作为进内的滤料，井壁回填采用优质黏土回填。

3.拉森钢板桩施工

拉森桩为SP-IV 型，单根长度15m 宽400mm。施工机械采用长臂挖机和液压振动锤。施工前先安装定位架，从一侧开始按顺序施打。基坑回填后拔除钢板桩。钢板桩拔除后留下的土孔应及时采用水泥浆液填筑处理，水灰比0.5。

4.注浆加固施工

按照设计浆液配合比，制备浆液待用。浆液采用42.5 级水泥配置，掺入50kg/m3特细粉煤灰，拌合后进行注浆，注浆量80kg/m3。

注浆前首先计算预计每一段的压降量，注浆至预计的浆量后停止，进行周边点位的注浆施工。待20 分钟后，提升50cm 注浆。稳定后拔管至设计标高。

压浆若有冒浆现象，需停止压降作业，等待前期浆液水泥初凝形成一定强度后，再继续进行施工。

5.内支撑安装

钢牛腿安装：每层土方开挖至支撑下50cm 后，开始安装钢牛腿，安装采用焊接方式进行施工，与钢板桩围护进行焊接。钢牛腿与钢板桩焊缝应大于8mm 厚。

钢围檩安装：基坑各边为一段钢围檩，采用挖机吊住钢围檩后，下放至安装完成的牛腿上。钢围檩采HM440＊300＊11＊18 型钢。

钢管支撑安装：钢管支撑采用φ400 钢管制作，与钢围檩间电焊固定。钢管支撑采用吊机吊装安设。钢支撑的安装控制在24 小时以内，人工配合吊车吊装就位。

6.土方开挖

基坑内支撑间距较密，挖机无法进入基坑内进行开挖施工。本项目基坑上部土层采用挖机在基坑上方进行开挖出土。基坑下部挖机大臂无法够及，采用抓斗机进行出土，基坑内人工配合清理土方。

7.上翻管道安装

将管道热熔对焊机提前吊入坑内，坑内安置固定。上翻管道采用挖机吊入基坑内，挖机吊住管道不脱钩，在基坑内采用钢管及石块临时支垫固定，将两侧管口卡入热熔对焊机固定，完成管道焊接作业。

上翻管下部接管完成后，管道继续由挖机吊住不松脱，避免松脱后接头受力开裂，待基坑回填至6.0m以上后，方可松开吊绳。上翻管上部接口，在基坑回填并完成另一侧拖管后实施。上部管口连接时需增加一个伸缩节，以保护管道对接连接长度。

六、施工工艺优点

（1）接管部位基坑下存在地下障碍物，采用沉井施工刃脚下遇到障碍物后，井内人工除障，可能造成井外水土向井内流失，造成质量事故。而采用钢板桩围护，钢板桩施打灵活，施工过程中遇地下障碍物，可及时变更钢板桩施打位置，便于避障。

（2）钢板桩开挖接管施工相对于沉井内接管施工，施工工序大大缩减，减少了沉井预制养护下沉施工时间，按原设计沉井下沉接管施工工期约需21 天，而采用钢板桩围护接管仅需13 天。大大节省了施工工期。

（3）项目土层情况不理想，地表存在较厚软弱土层，沉井容易偏位倾斜。而项目一侧拖管已施工完成，沉井刃脚下需预留倒U 型拖管槽，一侧刃脚损失大，在下沉过程中土层情况不佳，更容易造成进位偏斜。而采用钢板桩支护则不存在此问题。

（4）相对于沉井接管施工，钢板桩围护施工节省了施工成本，而变更后利润提高。一方面节省建设方投资的前提下，我方施工利润更高。是一项共赢的施工改进措施。

（5）为了保证钢板桩支撑的安全稳定性，本成果综合采用了强化降水、强化内支撑、大量注浆封堵，变更管道接头等措施，对今后类似项目提供参照。

七、结论

本项目原设计为沉井施工深度为10m，地质土层情况差，基坑底存在已施工管并存在障碍物，沉井难以实施。项目通过变更采用了钢板桩进行基坑围护，并采取了多种基坑防护措施，保证了支护体系安全稳定。使得拉森钢板桩支护体系可安全适用的基坑开挖增加到10m 深度。也为以后类似项目沉井无法施工时，变更采用钢板桩支撑体系提供了可借鉴的成功案例。