钢管桩支护与逆作法护壁的技术和经济分析

冯 伟，卢 昆，余 婷

（三峡绿色发展有限公司，北京 100000）

在城镇区域，市政工程项目沟槽基坑施工时，常常受到场地、邻近建筑物和地下管线等因素的影响，没有足够的空间安全放坡。为保证基坑的稳定性并控制位移，需要选择完善的开挖支护系统，以确保施工的顺利进行[1]。采用不同的开挖支护系统，对施工的安全、进度、造价等方面有着不同的影响。笔者所在的长江大保护项目管道沟槽施工时，在不具备放坡条件的区域，主要使用了钢管桩支护和逆作法两种支护系统，两种支护体系有着各自的适用条件和支护效果，为了能够在选择支护体系时以最经济的方式取得最优支护效果，本文以万盛中心城区南桐镇的雨污分流项目为研究对象，对这两种支护体系从技术和经济两方面进行了分析对比。

1 钢管桩施工工艺及技术分析

1.1 钢管桩护壁施工的工艺

钢管桩支护的沟槽施工工艺为:钢管桩支护采用φ152×5钢管、间距0.5 m，围檩采用HW175×175×7.5×11的钢围檩焊接于钢管桩上，横撑采用φ152×5钢管，撑脚可调节、间距2 m，托架采用10槽钢、间距2 m，防止支撑脱落钢丝绳采用10#钢丝绳φ10支架钢筋，对应横向钢管支撑位置设置10 mm厚钢板加劲助。钢管桩采用钻机钻孔打入钢管桩的方式施工，引孔直径为180 mm，钢管桩拔出后，原孔位采用C20细石混凝土回填，基坑回填后钢管桩应回收。开挖深度至1.0 m左右深度时施工第一道横撑，其两侧通过H形钢可调节撑脚（腰梁）与钢管桩焊接牢固，并用围檩支撑牢固后方可继续向下挖掘，随后挖土与横撑应交替进行（图1）。

图1 钢管桩支护断面图（注：沟槽开挖深度小于等于3 m）

1.2 采用此种工艺的技术特点

钢管桩支护工艺适用于素填土层、粉土层、粉质黏土层、全风化层、强风化层、中风化层等土层，采用此种工艺施工速度较快，对城市区域快速施工，快速恢复道路有利，适用于开挖深度小于3 m以内且土质整体良好，无大量松软土层区域的沟槽支护，不适用于建渣回填区域，在部分建渣回填区，则会出现钢管桩桩间因松软垮塌，支护效果不理想的不利情况。由于此种工艺需要先进行钻孔，噪音大，因此，对居民生活影响较大，对周边构筑物形变也有一定的影响。在地下复杂环境区域施工时，如燃气、通信、电力等综合地下管线位置不明或位于钢板桩施工范围之内容易造成管线破坏的，还需提前进行精准物探[2]。

1.3 经济性分析

为了对钢管桩支护体系的沟槽施工造价进行研究，我们在万盛中心城区南桐镇雨污分流项目中选取一段沟槽进行研究，两座工作井中间长度为50 m，需要进行沟槽施工，该处沟槽深度为3 m,安装管道为管径DN400 mm的HDPE双臂波纹管，由于沟槽深度小于3 m,仅做一道横撑，沟槽宽度B为400 mm+2×400 mm=1200 mm。为了与逆作法护壁支护体系的经济对比分析，本次研究段仅考虑沟槽开挖和支护部分，不考虑底板混凝土；不考虑路面拆除与恢复工程量；土方回填不考虑松铺系数，不考虑土方余方弃置。

沟槽土方的回填，根据设计参数，管径为DN400的管道三角区厚度H1为100 mm,管道基础两侧工作宽度为400 mm，主要工程量计算如表1。

表1 钢管桩支护体系主要工程量

根据以上工程量，依据重庆市市政工程计价定额（2018）和重庆市房屋建筑与装饰工程计价定额（2018）进行组价，通过工程造价软件进行套价计算，为对比方便，组价仅考虑分部分项工程费，不考虑其他费用，套价后结果如表2。

表2 钢管桩支护体系组价

经过组价计算，开挖长度为50 m，深度为3.0 m的沟槽，当采用钢管桩支护体系时，费用合计约为289 402.89元。使用该支护体系的单价约为5 788元/m。

2 逆作法护壁施工工艺及技术分析

2.1 逆作法护壁的施工工艺

逆作法护壁即采用钢筋混凝土进行沟槽支护。沟槽支护开挖包含锁口、护壁和横撑。锁口、护壁和横撑隔墙采用C30混凝土现浇，需要跟随沟槽进度及时进行护壁浇筑，每一循环推荐开挖深度为1.0 m。每层护壁的竖向钢筋在底部多预留15 d,作为与下一层护壁钢筋的锚固段。

混凝土厚度及钢筋布筋方案为：锁口宽800 mm厚300 mm，钢筋采用HRB400-12、16的钢筋；护壁厚300 mm钢筋采HRB400-12@150 mm双层双向，拉筋采用HPB300-8@300 mm×300 mm，搭接长300 mm焊接锚固；底板厚300 mm钢筋采用HRB400-12@150 mm双层双向，其中，横撑隔墙钢筋配置同护壁（图2）。

图2 逆作法支护断面图及护壁配筋图

2.2 采用此种工艺的技术特点

采用逆作法护壁适用于各类土层。由于使用了钢筋混凝土进行支护，此种支护为刚性支撑，稳定性好，适用于3 m及以上沟槽开挖的支护，对周边环境影响较小，施工噪音小。此种施工方法工艺简单，无需钻机入场，设备投入简单。施工时地下管线能够有效避让和保护，可做到随挖随保护。但由于护壁结构需要砼和钢筋，材料消耗大，机械使用率低，一定程度增加了成本。同时地下管线复杂段施工效率低，由于需要做模板支撑，在施工相同管径管道时，沟槽开挖宽度要比钢管桩支护宽，土方工程量也相对较大，占用地下空间[3]。

2.3 经济性分析

同样还是选取一段采用逆作法护壁的沟槽进行研究。两座工作井中间长度为50 m，该处沟槽深度为3 m,安装管道为管径DN400 mm的HDPE双臂波纹管，根据施工方案，做两层护壁，则沟槽宽度B为400 mm+2×400 mm=1200 mm。不考虑路面拆除与恢复工程量，土方回填不考虑松铺系数，仅考虑沟槽开挖和支护部分。设计方案要求横隔墙下部开孔高度满足管道施工及安装需求，横隔墙间距根据管道长度进行调整，最大中心间距不超过6.5 m。本次研究段横隔墙高度为2 m,下部预留1 m管道作业空间，间距按6.5 m设置，则50 m沟槽中间设置横隔墙7道。主要工程量计算如表3。

表3 逆作法支护体系主要工程量

通过软件进行套价计算，套价后结果如表4。

表4 逆作法支护体系组价 （单位：元）

经过组价计算，开挖长度为50 m，深度为3.0 m的沟槽，采用逆作法护壁支护时，费用合计约为272 869.41元。使用该支护体系的单价约为5 458元/m。

3 结语

当沟槽开挖在不采用开挖放坡的情况下，采用钢管桩支护工艺虽成桩快、施工简便，但引孔机具所需围挡占地较宽，噪音大，引发施工区域周边居民大量投诉，且万盛地区目前现状路基填料以建渣、块石居多，桩间临空面垮塌较多，临空面封闭效果不佳，支护效果差[4]。采用逆作法支护刚度大，变形小，安全系数高，有利于对临近建构筑物的保护，围挡占用面积较小，对周边交通影响较小。支护墙形成后，管道后续检修方便[5]。岩层、土质较好的路段可取消最后一层护壁。经济性方面，在相同沟槽深度情况下，采用逆作法护壁支护每米造价略低于钢管桩支护，采用逆作法护壁支护，每米造价相对于钢管桩支护造价节省330元。