围护桩骑马井在大口径管道割接中的应用

摘要：随着城市现代化步伐的加快，国内各大中城市正掀起高架桥梁和轨道交通建设的高潮，城市基础设施新建的同时对原有的综合管线势必造成一定影响。以城市供水环网为例，供水环网承载着区域供配水的重任，如何在施工期间保障现役管道安全运营以及迁改完成后顺利实施割接是参建各方需要着重考虑的。本文就现有的几种施工工艺进行分析比较，选择符合社会效益和经济效益的最合理的施工工艺。

关键词：围护 骑马井 大口径管道割接

中图分类号： TU834 文献标识码： A

近年来，宁波作为港口城市，经济飞速发展，为加强区域联系，建立高效、舒适、安全、环保的现代化综合交通运输系统，宁波加快了高架桥梁和轨道交通的建设。城市基础设施的建设与城区的地下综合管线有一定程度的冲突，以宁波市供水环网为例，管径为2米的供水环网是城市供水的大动脉，选择安全合理的施工工艺是保障管线迁改工作的大前提。

本工程位于宁波市北环西路，是宁波城市供水环网的北线部分，供水环网沟通市区各大水厂，承载着区域供配水的重任。因北环快速路和轨道四号线施工影响，在经过安全、经济等指标综合比较后，拟对北外环DN2000环网管实施局部迁移。其中江北大道段管道迁改总长600m,其中顶管300m,设计顶管工作井1座，接收围护井2座。迁改过程中要确保现役环网管的正常运营，因此接收围护井A、C井需建为骑马井。

图1环网管迁改示意图

其中A#顶管接收井中原管道为顶管工艺，管道中心位于自然地坪下9.1米，设计基坑坑底要求距离自然地坪约11米，加之北环西路沿线地层存在流砂现象，因此在确保现役管道正常运营前提下如何选择安全合理的骑马井施工工艺是本工程的重点。通过在宁波市北外环DN2000环网管迁改工程江北大道段A#、C#井的成功实施，从工期、经济、技术等方面分析，研究论证围护桩骑马井在大口径管道割接中应用的可行性。

1施工工艺的选择与比较

本文以北外环DN2000环网管迁改工程江北大道段A#接收井为例，鉴于骑马井的特点,首先排除了普通沉井的做法；在管道维修中常用的拉森钢板桩由于井体较深，宁波地区常用桩长在15米以内，采用15米以上桩长造价较高，同时也不易对洞口进行有效封堵；SMW工法桩抗侧刚度较为有限，难以控制变形，围护井南侧紧邻电力管线及北环西路，易对道路及管线产生较大的影响，且圆形井体内的圆弧型钢围檩不易加工。基于上述工法在本工程特殊工况下的缺陷，为保证基坑安全、经济、方便施工，本文对相对较合理的钻孔桩围护结构与逆作法沉井两种工法再进行比较（见表1）。

根据比较，钻孔灌注桩围护方案较沉井逆作法方案节约近2个月的工期，而本工程工期非常紧，为配合北环快速路高架桥及轨道地下区间的如期完工，本段环网管的迁改工作必须以尽快的速度完成2座接收井的施工，因此选择钻孔桩围护方案对确保施工工期十分有利。其次，两种工法在造价上比较也是钻孔桩围护结构更为经济些。

表1施工工艺比较

综上所述，从安全、工期、经济、工程特殊性等多方面角度考虑，本工程采用的钻孔桩围护结构是各种工法里最为合理的一种。

该工法是一种利用高压旋喷桩具有良好的挡漏土及止水性，钻孔灌注桩筒体结构承受地下土压力的原理，先在地下施工一圈的钻孔灌注桩筒体结构（运行管道正上方为吊脚桩），再在灌注桩外侧施打一圈高压旋喷桩（灌注桩桩间旋喷桩嵌缝），在坑外管道两侧加密三排旋喷桩，坑底采用高压旋喷桩加固，待围护结构达到强度后开挖做冠梁浇筑、继续开挖至管道上方一定距离浇筑第二道环梁（将吊脚桩连为一个整体）、最终开挖至坑底封底。

2围护结构计算

2.1计算内容

根据《建筑基坑支护技术规程》和《宁波市软土深基坑支护设计与施工暂行技术规定》，排桩+支撑结构必须进行以下计算：

（1）桩长计算（抗倾覆稳定性验算）

（2）最大弯矩、最大剪力和支撑力计算

（3）整体稳定性验算及结构计算

2.2计算参数取值说明

（1）基坑侧壁安全等级为一级，重要性系数γ0=1.1。

（2）载均按30KPa考虑，计算所需各地质层物理力学性质见表2；

（3）算区域土层厚度具体详见表3；

（4）采用理正深基坑辅助设计软件F-SPW V5.5版，按“m”法进行计算。

表2各地质层物理力学性质统计表

说明：

① 围护桩为钻孔灌注桩和高压旋喷桩，计算时C、φ值按标准值峰值取值；

② 素填土无试验指标，根据经验取值。

2.3围护结构受力及稳定性计算

（1）各区域计算结果汇总见表4；

（2）围护结构的计算书见附件。

表3各土层厚度及计算深度统计表

表4计算结果汇总表

说明：表中内力值（包括支撑力、弯矩和剪力）都没有乘上1.1的基坑侧壁重要性系数，在结构配筋时都已乘上1.1的基坑侧壁重要性系数；“”表示HRB400级钢筋。

3井体施工

3.1工程地质条件

根据上海市政工程勘察设计有限公司提供的工程地质勘察报告，分析本工程场地地理位置、土质条件、基坑开挖深度和形状，本工程基坑具有以下特点：

⑴、接收井A周边为高架基础及现状综合管线，且基坑施工期间原DN2000 管道需满水运行，周边环境复杂，顶管管道埋深位于②层淤泥质粉质粘土中；

⑵、基坑围护范围内杂填土较厚，硬壳层缺失，顶管管道及接收井底部均落在②层上；③2层粉质粘土夹粉土接收井A 部位缺失，④1层土性较差，④2层土性较好，⑤1土性很好但埋深较深；基坑开挖范围内杂填土渗透性较大外，其余各层土的渗透系数一般在10-7cm/s 左右；

⑶、接收井A为圆形工作井，直径为φ5.4m，计算挖深为11 m。

3.2施工流程

排桩+两道支撑方案施工施工流程

钻孔灌注桩施工高压摆喷注浆施工高压旋喷桩施工挖土至冠梁垫层底标高，浇筑冠梁砖砌挡土墙，设置地表排水系统基坑分层挖土至环梁垫层底标高，浇筑环梁基坑分层挖到基础垫层底标高打设C25 素砼基础（打设砼换撑板带）接收井A 顶管进洞、进洞区域围护桩凿除将原管道进行割接回填土。

3.3钻孔桩施工

本工程选用φ1000@1200钻孔灌注桩，为保证桩身质量的平衡性，钻孔灌注桩施工采用间隔跳打，间隔距离不小于4倍桩径。施工顺序如图2所示。

图2施工顺序图

在钻孔桩开钻前，采用插入12m钢板桩的方法对原环网管的标高和管位进行精确定位，确保灌注桩施工过程中不会打到环网管。原环网管顶9、11、21、23号桩为吊脚桩，桩底距离管道顶1米，吊脚桩邻近围护桩长度及配筋适当加强。

3.4高压旋喷（摆喷）桩施工

选用二重管法施工，采用42.5R（早强）普通硅酸盐水泥，水泥掺量为25%，水灰比0.8～1.0。高压摆喷桩和高压旋喷桩施工在钻孔灌注桩完成并达到一定的强度后进行，在最后一根钻孔灌注桩完成7天后进行高压旋喷（摆喷）桩施工。

本工程挡漏土采用φ700@500高压旋喷桩，布置具体如图3所示。

图3接收井A围护桩平面定位图

坑底加固采用φ1000高压旋喷桩，管线部位用高压摆喷注浆加固土体，摆喷注浆直径为2400mm，搭接400mm，摆角180°，直角交叉布置。坑内及管线部位加固高压旋喷桩布置具体如图4所示。

图4接收井A坑底加固平面定位图

3.5冠梁及环梁施工

接收井A的钻孔围护桩顶冠梁设置在标高2.5m（冠梁顶标高）处，另外在-1.5m（顶）标高处设置一道环梁。冠梁和环梁均采用C30钢筋混凝土结构。接收井A的冠梁截面尺寸为1200×750mm，环梁（第二道支撑）截面尺寸为1000×750mm。

围护桩顶伸入冠梁不小于50mm。钢筋混凝土冠（环）梁同一平面内整体浇筑完成。冠（环）梁纵向钢筋采用机械连接，接头等级Ⅱ级，同一截面接头数量不超过50%。

环梁施工前在桩基植入2根Φ22钢筋，植入深度300mm，外露400mm，环梁卡入桩间250mm。具体做法如图5所示。

图5环梁与桩连接详图

图6围护井施工过程

4结果分析

4.1钻孔灌注桩及高压旋喷桩试验结果

为了确保工程安全性，围护结构在开挖过程中能达到预想的效果，在钻孔灌注桩和高压旋喷桩施工完毕后，本工程委托宁波宁大地基处理技术有限公司对A井钻孔灌注桩作了低应变动力检测，对A井高压旋喷桩作了取芯检测，并出具了《基桩低应变动测报告》和《高压旋喷桩取芯检测报告》。根据报告显示，本次抽检的7枚钻孔灌注桩中Ⅰ类完整桩6枚，Ⅱ类轻微缺陷桩1枚，桩身质量满足设计要求；抽检的2枚高压旋喷桩桩长均满足要求，桩身水泥土无侧限抗压强度平均值均不小于1.00MPa，满足设计要求。因此决定按原定计划进行深基坑的开挖。

4.2基坑监测数据

为监测基坑开挖对周边环境造成的影响程度，本工程委托宁波宁大地基处理技术有限公司对基坑周边深层土移及环梁顶水平位移进行监测。根据近两个月的监测数据显示，2个深层土移监测孔的累计位移量分别为5.03mm和5.17mm，环梁顶水平位移监测点的位移量为0。

本工程A井于2012年3月上旬开工，于5月下旬完成顶管进洞，工期为80天，工程造价测算为91万元。此外，施工过程中井周围地面、建筑物、道路没有任何开裂、沉降、倾斜等迹象，各方面指标完全达到预期目标，也为今后类似项目的建设提供了较为直观的依据。

5结论和建议

本工程的关键点和难点是在确保现役环网管正常运行的前提下进行围护井的施工，同时又要保证围护井本身的安全性。本次研究也印证了在这种情况特殊的深基坑施工中传统的钻孔桩围护井反而优于工法井、逆作法井等较先进的工法。钻孔灌注桩适用于各类土层及风化岩和软质岩，同时施工设备简单，施工工艺十分成熟，是深基坑工程中常用的受力体系。而高压旋喷桩则利用其良好的止水性能有效地解决了基坑渗水及坑底涌水问题。

经过本次研究分析及围护桩骑马井在宁波市北环快速路工程DN2000环网管移位中的成功推广使用，认为围护桩骑马井是一种安全可靠、工期短、造价低的施工工艺，具有良好的经济效益和社会效益，在今后的大口径管道割接中可以广泛推广使用。

这是宁波地区第一次通过围护桩骑马井对现役大口径给水管道实施割接工作，通过本次研究也发现虽然经过几座井的成功实施验证了该工艺的可行性，但还需大量研究和更多的实践使之成为性价比更高的一种施工工艺。

参考文献：

（1）建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012）［S］北京 中国建筑工业出版社

2012

（2）刘国彬、王卫东《基坑工程手册》［M］北京 中国建筑工业出版社，2009

作者简介：孙 敏（1982-），男，浙江宁波人，宁波市自来水有限公司工程建设管理办公室工程师，主要从事管道工程管理工作。联系电话：13858399737。

李振声（1974-），男，浙江宁波人，宁波市自来水有限公司工程建设管理办公室工程师，主要从事工程管理工作。