临水淤泥质土区域（场地）受限空间复合井施工技术

临水淤泥质土区域（场地）受限空间复合井施工技术

朱平

(江苏伟业安装集团有限公司  江苏省扬州市 225009)

摘 要:本文结合工程开展施工技术研究,介绍了“临水淤泥质土区域受限空间复合井施工技术”施工工艺原理、主要技术创新点、工艺操作要点。本施工技术通过工程实践，彻底解决了淤泥质土区域受限空间顶管施工用井施工难的问题，具有施工安全可靠、施工工期短、经济和社会效益显著等特点。本技术适用于临水淤泥质土区域顶管施工用井的施工，对其他软弱地层施工用井的施工也可起到借鉴作用。特别适用于上述地质条件且作业场地狭小的区域顶管施工用井施工。

关键词:临水 淤泥质土 受限空间 复合井

中图分类号:    TU744文献标识码:B 文章编号：

1前言

顶管工作井及接收井是顶管施工中必需的设施。工作（接收）井的施工方法通常以带水作业沉井法为主。但对于临河、临湖淤泥质土区域的特殊地质条件且操作空间较小，大型施工设备（如旋挖钻机等）无法施工，沉井作业往往无法实现。常规的沉井方法极易产生突沉、偏沉、滑移、井内涌水、涌泥和超沉不止等现象，沉井下沉的速度和方向非常难控制，从而导致沉井工作失败，这是至今尚未很好解决的施工难题。这就要求，临河、临湖淤泥质土区域的沉井施工必须采用有效的施工工艺及措施，才能保证沉井施工的顺利完成，给后续顶管工作提供必备条件。为此，我司根据多年的沉井工程施工实践中，综合研制了临水淤泥质土区域受限空间复合井施工技术，彻底解决了淤泥质土区域受限空间顶管施工用井施工难的问题。

拉森钢板桩、型钢柱与高压旋喷咬合桩组合成复合井壁配合刚性支撑固定成井，满足了顶管施工用井的要求。我们通过常州市东部片区供热管网中天广电路段建设工程及无锡海力士二期供热管线二标段工程施工中大力开展科技攻关和技术革新，不断完善施工工艺，总结整理形成“临水淤泥质土区域受限空间复合井施工技术”。

2主要技术创新点

（1）拉森钢板桩、型钢柱与高压旋喷咬合桩组合成复合井壁配合刚性支撑固定成井，可以在淤泥质土区域施工，给后续顶管工作提供必备条件。

（2）井壁及井底采用多排高压旋喷咬合桩固土，组合成封闭式止水结构。

（3）压桩前引孔机先行引孔，减少压桩阻力，在提高施工效率的同时又可降低施工噪声。

（4）采用自制加压装置给钢支撑施加轴力，可以有效的减少围护结构的位移值。

3工艺原理

拉森钢板桩、型钢柱与高压旋喷咬合桩组合成复合井壁配合刚性支撑固定成井。拉森钢板桩、型钢柱与围檩组成刚性较强的封闭式空间，在其四周及井底打入多排高压旋喷咬合桩组合成封闭式止水结构。在钢板桩井壁四周及施工井底区域打多道（多排）高压旋喷咬合桩，使相邻区域软弱土层固化，形成一个密实结构，提高土体强度和减小土体渗透系数，有效阻断水源和流质土体的涌动，确保在井内取土时周边土体不会松动，施工期间也不需要降水。详见工艺原理图3—1。

图3—1施工工艺原理图

4施工工艺流程及操作要点

4.1施工工艺流程

施工工艺流程见图4—1。

图4—1工艺流程图

4.2施工操作要点

4.2.1施工做准备

（1）施工前应仔细调查深基坑位置地质条件，采集土层抗剪指标等以便设计计算，了解基坑施工期间最高水位，为钢板桩设计做好基础数据收集。

（2）收集设计信息，组织施工技术人员熟悉施工图，熟悉技术规范，做好开工前的技术交底工作。

（3）确定专项施工方案，并完成报批手续。准备梁体砼配合比试配及原材料送检。

4.2.2首次基坑开挖、外运

（1）基坑放坡开挖施工应按设计及专项方案要求自上而下分段分层按工况进行，坡面平整度的允许偏差宜为±20mm，清除坡面虚土。

（2）基坑上口线2m范围内严禁堆载，2m范围外1倍挖深范围内限载30kPa。

（3）开挖宜按下列顺序进行：

1)测量放线：采用水准仪、经纬仪根据图纸和地面导线控制点进行实地放线，并做好控制桩；

2)基坑开挖底面的尺寸应比井外壁大2～3m，深度为0.8m（井内侧边线内的土方暂不开挖，因场地狭小，后继高压旋喷桩施工前需要回填）满足后续工序施工需要，应根据土质及施工需要确定基坑边坡；

3)用1台挖土机挖土，人工配合修坡和平整场地，土方运至指定场地。

4.2.3深基坑四周打设拉森钢板桩、型钢柱

（1）拉森钢板桩型号：SP—Ⅳ，400*170*15.5钢板桩（Q235），L=18ｍ；施打H700×300×13×24型钢@800，L=18ｍ。具体布置见剖面图5—2。

图4—2复合井剖面图

（2）施工区域地质韧性大，钢板桩和型钢无法压入土中，需要先用引孔机（ZX360H—3G）在基坑四周全部密排引孔后，再行打设钢板桩和型钢，钻杆直径Ø400，钻孔深度与钢板桩、型钢长度相同。

（3）围护钢板桩应采用小锁口打入方式打设，沉桩前应在锁口内嵌填黄油、沥青或其它密封止水材料，保证围护钢板桩桩间接缝密实。

（4）钢板桩施打：打桩前，在钢板桩的锁口内涂油脂，采用单独打入法，即吊升第一支钢板桩，准确对准桩位，振动打入土中，一次打入的深度一般为0.5～3.0m，使桩端进入不透水层至设计标高；再吊第二支钢板桩，卡住企口，振动打入土中，如此反复操作，直至基坑钢板桩墙完成。

（5）在钢板桩施工后，将型钢柱插打在钢板桩的两企口间，插打方法同钢板桩。钢板桩上部预留第一道钢筋混凝土围檩支护（冠梁）位置，距离型钢柱顶部70cm。

（6）钢板桩施打时，由于打桩时偏差和施工条件的限制，使钢板桩墙的实际长度无法保证按钢板桩标准宽度的整数倍，可采用异性钢板桩来闭合或通过调整帷幕轴线用标准桩实现闭合。

4.2.4打高压旋喷桩

（1）施工准备

1)根据现场情况，进行场地平整、硬化，将前期钢板桩施工挖的坑槽根据需要有选择的进行回填压实；

2)检查机器运转情况并做好各易损件的筹备工作；

3)按现场平面布置图选好地点挖水泥浆池及铺水泥堆放台；

4)按顺序对旋喷桩进行编号。

（2）测量放样

1)依据业主提供主轴线控制点及具体尺寸，运用导线控制法，使用DJ2光学经纬仪和钢尺进行主轴线的放样，其精度要求：距离中误差：±5mm，角度中误差：±10S；

2)参照场地情况，将主轴线控制点引至不受破坏的位置，且加以保护；

3)在复验合格的轴线基础上，进行桩位点的测定，其精度要求为±30mm；

（3）引孔

引孔宜选用XY—1型地质钻机。钻机对准设计孔位后（开孔位偏差控制在±100mm内），用水平尺校准机身水平，垫稳、垫平机架。钻孔孔斜控制在1%以内，钻进过程中采用泥浆护壁，配套泥浆循环系统。

如遇塌孔情况，可采用PVC套管护壁成孔；如出现泥浆严重漏失、孔口不反浆时，可采取加大浆液浓度、加入堵漏材料等措施，至孔口反浆后继续钻进。对所有特殊情况均要做好记录。

（4）旋喷注浆

1)下管

下管前，要求在地面进行试喷，以检查管道的畅通性及各项指标是否达到设计要求。

下管时，喷嘴用胶布包住，以免泥砂堵塞，然后缓缓下管直至达到孔底。

2)制浆

采用PC42.5普通硅酸盐水泥。水泥浆水灰比为1：1。水泥浆的搅拌时间不少于30s。浆液制成后，存放的有效时间不超过3h。

3)旋喷

高压旋喷注浆，均是自下而上，依次低压送水、送浆、送气，而后提高至设计值，在孔底静喷1〜3min（不提升），待孔口反浆比重达到不小于1.2以后，再按照设计要求进行由下而上的旋喷注浆作业。

4)复喷

在不改变旋喷技术参数的条件下，对同一土层作重复注浆（喷到顶再下钻重喷该部位），能增加土体破坏有效长度，从而加大固结体的直径或长度并提高固结体强度，复喷时全部喷浆，复喷的次数愈多固结体直径加长的效果愈好。

（5）拔管活洗

当喷射至设计高度后，喷射完毕，应及时将各管路冲洗干净，不得留有残渣，以防堵塞，尤其是注浆系统更为重要。通常是把浆液换成水进行连续冲洗，直到管路中出现为清水为止。一次下沉的旋喷管可以不必拆卸，直接在喷浆的管路中用泵送清水，即可达到清洗的目的。

（6）水泥用量的控制

在喷浆提升过程中，控制水泥用量是关键。水泥的用量与喷浆压力、喷嘴直径、提升速度及水灰比等有直接关系，具体控制方法：

1)若水泥量剩余措施如下：

①适当增加喷浆压力；

②加大喷嘴直径；

③减慢提升速度；

2)若水泥量不够措施如下：

①保证桩径的情况下适当减少压力；

②喷嘴直径适当减少；

③保证桩体强度的情况下适当加快提升速度；

④加大水灰比值；

针对本工程具体情况，每根桩分次进行搅拌，施工用水精确量取，确保定量的水和水泥比例进行拌制水泥浆，通过调整以上参数可保证水泥量满足设计要求；针对水泥浆下沉现象（水泥浆液密度较大），采取自桩顶向下3.0m进行复喷，可保证桩体上部水泥土强度。

4.2.5基坑第二次开挖、外运

利用人工配合挖机参照上述挖土方法，挖至第一道钢筋混凝土围檩支护（冠梁）设计标高，土方运至指定场地。本次开挖时间点在高压旋喷桩施工结束后即可立即进行基坑开挖施工。

4.2.6第一道钢筋混凝土围檩支护（冠梁）

（1）型钢桩头冲洗干净，型钢桩顶用高压水枪冲洗干净，保证桩体与冠梁的砼连接性能。

（2）测量放线：应由测量员按基坑支护图纸的要求做好场地高程和定位的测放工作，保证冠梁标高和定位准确。

（3）钢筋加工、绑扎：钢筋制作时，应严格按照图纸和规范、标准图集下料，保证钢筋的规格、锚固长度、箍筋尺寸、间距等符合要求；钢筋绑扎应全数绑扎，不得跳扎、漏扎，钢筋绑扎连接长度符合规范及图约要求；对于采用双面搭接焊的，焊接时应保证焊綘饱满，不损害钢筋筋体，双面搭接长度不小于5d。

（4）模板安装及拆除：图纸冠梁高度为70cm，侧模采用模板制作安装，用钢筋支撑加固。待梁砼强度达到50％，且在24小时后方可进行侧模的拆除，模板拆除时应小心不要破坏梁表面混凝土。

（5）浇筑砼：待钢筋工程、模板工程验收通过后，方可进行混凝土浇筑工作，混凝土浇筑时，应振捣密实，但不得过振。

（6）浇水保养：混凝土浇筑完成后12小时内浇水保养，保证砼面湿润，养护时间不少于7天。

4.2.7基坑第三次开挖、外运

待冠梁砼强度达设计值的70%时（此时高压旋喷桩养护时间大约在15天左右），即可实施基坑开挖，同上述基坑开挖方案，直至开挖到第二道钢围檩设计位置。

4.2.8第二道钢围檩支护

（1）待土方挖至第二道围檩设计位置，设置固定牛腿托住围檩，在土方开挖前必须安装好横向钢支撑，验收合格后方可进入下道工序施工。

（2）本工程钢围檩和钢支撑均采用H400*400*13*21型钢制作，围檩与钢支撑接触范围区域焊制围檩加强筋，间距200。具体见型钢围檩示意图5—３。

图4—3型钢围檩示意图

（3）根据测量组放出的支撑中心线计算出钢支撑顶面标高，再从此标高下移至钢牛腿底标高，将钢牛腿焊接在支护桩上。

（4）钢支撑型钢落座在钢牛腿上，其上沿与支护桩用点焊的方式固定，焊缝高度为8mm，钢牛腿与支护桩电焊连接，焊缝高度不低于8mm；围檩与钢牛腿焊接连接；钢围檩随支撑架设顺序逐段吊装，人工配合吊机将钢围檩安放于钢牛腿上。钢围檩安装后应检查钢牛腿是否因撞击而松动，并用钢锲将钢牛腿间缝隙焊实。

（5）钢围檩和型钢支撑固定一端通过750*500*16封头板、500*500*16、架立板全部四周双面满焊连接，焊缝高度8mm。

（6）本工程钢支撑都是斜撑，因斜撑与围护结构带有一定的夹角，不易直接安装支撑和施加轴力，所以要分2步安装支撑结构。第1步先安装支撑结构型钢框；第2步借助工装给型钢框施加应力，待其达到设计要求值时进行斜支撑安装、焊接。支撑安装前先在地面进行预拼接以检查支撑的平直度，拼接支撑两头中心线的偏心度控制在2cm之内，经检查合格的支撑按部位进行编号。

（7）钢支撑预加轴力：钢支撑采用一台50T的千斤顶辅助工装施加支撑轴力。千斤顶放置在钢支撑活动端的中心进行加力，千斤顶必须有压力表，使用前需在相关单位进行鉴定，当预加力施加到设计设置预加轴力值后，将连接钢支撑两端部焊牢，方可拆除千斤顶。钢支撑预加轴力示意见图5—４型钢围檩预加轴力示意图。

图4—4型钢围檩预加轴力示意图

１－沿长边预加轴力型钢，２－沿短边预加轴力型钢（２段），３－千斤顶及测力组合件（３套）

４－型钢支撑

预加轴力装置施工步骤：

1)先加长边方向轴力，将１型钢和３千斤顶及测力组合件（1套）先施工，启动千斤顶达设计值。

2)再加短边方向轴力，将２型钢（２段）及３千斤顶及测力组合件（２套）同时施工，同步启动千斤顶达设计值。此处２台千斤顶优先选择电动液压千斤顶，通过电动液压泵串联可实现同步操作，保证顶力一致。若使用手动千斤顶，可二组人同步操作，并测量千斤顶顶轴伸出长度，使其一致，可以实现两边顶力一致。

3)最后安装钢支撑４，焊接牢固。

4)拆卸预加轴力装置。

（8）钢支撑架设质量要求：

1)支撑中心标高及同层支撑顶面的标高差：±30mm；

2)支撑两端的标高差：不大于20mm，及支撑长度的1/600；

3)支撑挠曲度：不大于支撑长度，1/1000；支

4)撑与立柱的轴线偏差：不大于50mm；

5)支撑水平轴线偏差：不大于30mm；

4.2.9基坑第四次开挖、外运

待第二道钢支撑安装完毕并验收合格且高压旋喷桩养护时间达28天，即可继续实施基坑开挖直至达到设计基坑底部值，同上述基坑开挖方案。

4.2.10基坑监测

（1）基准点

基准点应选设在基坑开挖变形影响范围以外且稳定、易于长期保存的地方。基准点的埋设位置应根据现场地形及周边条件，布设于变形影响范围外且位置稳定、易于长期保存的地方。

（2）监测点的布置与埋设

监测点将跟随现场施工进度分批布设于支护结构体上。

（3）监测频率

顶管施工期间，监测频率为―天两次，顶管施工结束后，每3天监测一次。在工程施工监测期间，若变化量较大，需根据施工要求，进行加密跟踪监测。

（4）现场巡视检查

基坑工程整个施工期内，每次测量时均应有专人进行巡视检查，基坑工程巡视检查以目测为主，可辅以锤、量尺、放大镜等工具。巡视检查应对自然条件、支护结构、施工工况、周边环境、监测设施等的检查情况进行详细记录。如发现异常，应及时通知相关单位。

4.2.11钢筋混凝土底板浇筑

浇筑前应将井内积水和淤泥清除干净，浇筑一层厚度不小于20cm的C20钢筋混凝土底板。封底混凝土浇筑采取对称、均匀的施工方法，按照一定顺序进行浇筑。注意底板应预留集水坑，便于排水。

4.2.12顶管施工洞设置

按照顶管标高，在相应高度割除钢板桩及钢柱，洞口大于顶管外径30—40cm。在顶管出洞后，用C15的混凝土灌入钢筋砼管与土体之间的空隙，防止泥土流失造成塌陷。

4.2.13顶管施工后拔出钢柱

（1）基坑回填后，要拔除钢板桩，以便重复使用。拔除钢板桩前，应仔细研究拔桩方法、顺序、拔桩时间及土孔处理。否则，由于拔桩的振动影响，以及拔桩带土过多会引起地面沉降和位移，会给已施工的地下结构带来危害，并影响邻近原有建筑物、构筑物或底下管线的安全。

（2）拔桩方法：采用挖掘机振动锤进行振动拔桩。振动拔桩是利用振动锤对钢板桩施加振动力，扰动土体，破坏其余钢板桩间的摩阻力和吸附力并施加吊升力将桩拔出，这种方法效率高、操作简便。

（3）拔桩顺序：拔桩的开始点由围护墙的端部开始，必要时还可间隔拔除。拔桩顺序一般与打桩顺序相反。

（4）钢板桩土孔处理：对拔桩后留下的桩孔，采取注浆处理。注浆采用粉煤灰水泥浆，浆液配比水∶粉煤灰∶细砂∶水泥∶石膏=100∶50∶30∶17.5∶2.5。

5经济、社会效益

本施工技术解决了顶管施工用井在特殊条件下，如临河、临湖淤泥质土区域地下水位高、土质软弱、深厚流砂层条件下，特别是具备上述地质条件且作业场地狭小的区域，顶管施工普通沉井无法下沉的困难。本施工技术对周边道路等影响很小，施工工期短，尽管比普通的沉井工法增加不少费用，但解决了普逋沉井无法解决的问题。

本施工技术,使得顶管施工用井可以在临河、临湖淤泥质土区域且空间受限条件下得以实现，施工质量较高，施工进度较快，进展非常顺利,具有良好的社会效益。

作者：朱平；工作单位：江苏伟业安装集团有限公司；职务：集团总工程师；职称：高级工程师；通迅地址：扬州市邗江区国展路业恒生活广场20-21楼；邮政编码：225009；电话：13773402880；邮箱：13773402880@139.com