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HUC组合钢板桩支护在市政管槽开挖中的应用

拉森钢板桩 2024年10月28日 项敏 110


摘 要

摘要:城市市政管道更新与改造的需求在不断增加,相应的管槽支护问题日益突出。以某市政管槽支护为例,通过工程实例,对HUC组合钢板桩拉森钢板桩拉森钢板桩加H型钢桩的支护方案进行了比选,并分析了HUC组合钢板桩支护在市政管槽开挖中的施工要点、施工注意事项,以供同类工程借鉴与参考。

关键词市政管道;管槽支护;HUC组合钢板桩拉森钢板桩

0 引 言

随着城市化进程的推进,各种市政管道的建设和更新需求不断增加。在更新和改造这些管道时,复杂的周边环境使得管槽支护问题变得越来越突出。传统的支护工法存在抗弯刚度不足、施工空间受限、漏水、渗泥等问题,随着支护新型工法的不断推广,HUC组合钢板桩这一先进的支护技术便应运而生。HUC是H-pile and U-pile Connected的缩写,其核心是由H型钢主桩和U型钢板辅桩通过圆管锁扣相连,兼具受力与抗渗两种功能的组合式基坑围护体系。HUC组合钢板桩,以H型钢桩作为主要受力构件,承担管槽侧壁大部分的水土压力,而U型钢板桩则担任辅助作用,与H型钢桩连接形成整体,起到止水和挡泥的作用。通过H型钢主桩和U型钢板辅桩不同的组合形式,能获得更大的截面参数,优化节省钢材用量,在深基坑支护结构中更具性价比。

1 工程概况

1.1工程概况

福州市仓山区某市政管道工程,需要新建和改造给水管、雨水管和污水管一共约550m。污水管的管径为200~300mm,雨水管的管径为400~1000mm,给(出)水管管径为800~2000mm。选用雨水和污水管道的材料基于管道类型、管径和埋深。若管径DN≥500mm或DN<500mm且管道埋深>3m,则选用HDPE管道;若DN<500mm且管道埋深≤3m,则选用PVC-U管道;给(出)水管道全采用球墨铸铁管道。

该工程场地现状主要有市政道路、民房、地下管线等,地势平坦,场地路面标高罗零8.20m,管槽挖深4.0~8.5m。工程一侧紧邻已通车的市政道路,另一侧有街边建构筑物,将在道路十字路口分两期施工。在一期施工时,需要进行临时封闭和隔离。管槽支护采用拉森钢板桩加钢管支撑。场地内的工程地质情况如表1所示。

HUC组合钢板桩支护在市政管槽开挖中的应用

1.2场地地下水情况

该管槽开挖影响范围内的地下水主要为杂填土中的上层滞水,其水量受季节性降水和地表生活用水的影响。由于杂填土成分及均匀性差异较大,使得其渗透性差异也较大,其水量及水位呈季节性升降。该管槽开挖过程中采用集水明排方式进行降、排水。

1.3基坑支护设计情况

该工程管槽开挖支护设计以拉森钢板桩作为支护桩。管槽开挖深度在4.0~5.9m时,拉森钢板桩的桩长为12m,内设1道钢支撑钢支撑水平间距为6.6m;管槽开挖深度在6.0~8.5m时,拉森钢板桩的桩长为15m,内设2道钢支撑钢支撑水平间距均为5.0m。

1.4基坑支护设计变更情况

根据该工程管槽支护施工前的技术交底和现场踏勘,发现挖深在8.5m段的管槽周边,因为导改后的道路与该段管槽支护边线距离近,所以导致管槽基坑边的荷载值超过设计考虑的荷载值;并且施工时间为雨季,现场积水较为严重。因此,设计单位提出基坑支护设计变更,以加强该段管槽支护的抗弯刚度,支护方案比选如表2所示。通过比选,确定采用HUC组合钢板桩方案作为挖深8.5m段的管槽支护,该方案不仅可以提高支护的抗弯刚度,还具有更好的止水和挡泥效果。

HUC组合钢板桩支护在市政管槽开挖中的应用

HUC组合钢板桩支护方案:型钢桩采用HM488×300型钢,桩长15m,桩间距1300mm,U型钢辅桩宽度1048mm,桩长12m,内设2道钢支撑钢支撑水平间距均为5.0m,方案如图1所示。

HUC组合钢板桩支护在市政管槽开挖中的应用

2 HUC组合钢板桩施工

2.1施工准备

(1)学习设计图纸,按设计支护轴线布置HUC组合钢板桩,计算转角桩需要的角度,定制相应角度的锁扣管。对分隔位置进行封闭,计算出最后封闭桩的宽度为860mm,按该宽度定制U型钢辅桩。

(2)管槽是在已通车的市政道路上开挖,需要对该管槽支护轴线影响范围内的路基、路面和地下障碍物进行清理,并回填和整平。开挖支护施工的导向沟槽,沟槽开挖深度约为桩顶标高下1200mm。

(3)组织施工人员学习岩土工程勘察报告,了解施工现场地质情况及支护施工范围内各岩土层的物理力学性质。发现HUC桩身范围内大部分是淤泥,且淤泥的物理力学性质较差,对H型钢桩提供的承载力不足,可能引起跟桩现象,为此制定出跟桩现象的判定标准和相应的处理方案。

(4)对HUC组合钢板桩进行分段设计,控制分段的长度在7~12m,对各分段的导向架尺寸进行设计,选用合适桩长的定位桩及适宜的导向架材料。

(5)对进场的材料进行验收,检查H型钢桩、U型钢板辅桩和锁扣管的垂直度、锈蚀情况和变形情况。生锈的锁扣管材料需除锈后方可使用,不满足要求的材料应清退。

(6)进行支护轴线的放样,将建设单位提供的水准点引测至现场,并经过监理和建设单位复核,且都要办理书面确认手续。

2.2导向架安装

导向架由定位桩和导向梁构成,所用材料均为型钢。根据方案制定的各分段导向架尺寸进行施工,同时按导向架方案设置定位桩的位置施打定位桩,并放置在导向梁外侧边,定位桩间距为6~8m,1个导向架至少要有4根定位桩。然后,在定位桩上安装导向梁,先用水准仪进行调平,再通过全站仪使其导向梁支护轴线保持平行。导向梁底部应高于施工沟槽面约100mm。

2.3 H型钢桩施工

在型钢桩施工过程中,要先将H型钢桩吊起并通过导向梁,然后调整其位置和垂直度,再进行定位并用限位装置固定在定位位置,保证其稳定性。开始下沉时,先依靠H型钢桩自重下沉。在下沉过程中应注意控制下沉速度,随时观察型钢桩与限位装置的接触情况,并随时注意H型钢桩的扭转角和垂直度,在必要时及时进行调整。如果H型钢桩无法下沉,可通过打拔桩机上的振动锤及机械自重使它下沉,但下沉速度不宜过快。

2.4 U型钢板辅桩施工

该节导向架范围内的H型钢桩全部下沉完成后,再开始下沉U型钢板辅桩。先要在U型钢板辅桩两侧切开一个有斜度的角,并在型钢两侧锁扣管内涂刷减摩剂,降低U型钢板辅桩与锁扣管的摩擦力。由于相邻H型钢桩顶的错落,故先将U型钢板辅桩对入高一侧型钢锁扣,再缓沉至低位置型钢锁扣。两端都对入锁扣后,再开始下沉。下沉过程应控制好振动速度和频率,借用线垂时刻观察U型钢板辅桩的垂直度。发现垂直度出现偏差时,及时调整,避免因此导致U型钢板辅桩破坏H型钢桩的锁扣管,滑出H型钢桩锁扣管,出现漏水和流泥。

2.5跟桩施工

由于该工程中存在淤泥层较厚,部分H型钢桩未能穿透淤泥层,淤泥层物理力学性质差且提供的承载力不足等问题,所以在施工HUC组合钢板桩时,常常出现U型钢板辅桩和H型钢桩一起下沉的情况。为了解决这个问题,出现跟桩时需要比较U型钢板辅桩与H型钢桩下沉速度,如果U型钢板辅桩下沉速度快,则继续下沉U型钢板辅桩。如果两者下沉速度相当,则应停止下沉U型钢板辅桩,并在H型钢桩两侧焊接焊三角钢板,抵在导向梁上,以阻止下沉。

2.6拆除导向架和调整桩顶标高

完成该节导向架内所有H型钢桩和U型钢板辅桩的施工后,依次拆除导向梁上的限位装置和导向梁,并拔除定位桩。根据放样位置,移至下一节施工段进行施工。当最后一节导向架拆除完成后,使用履带式打拔桩机将H型钢桩和U型钢板辅桩下沉至设计的桩顶标高。先调整U型钢板辅桩的标高,然后再调整H型钢桩的标高。

2.7 HUC组合钢板桩拔除

市政管道安装完成后,按照管道设计要求进行回填土的分层回填及夯实操作。支撑和钢围檩拆除后,可进行H型钢桩和U型钢板辅桩的拔除。先使用履带式打拔桩机拔掉U型钢板辅桩,再拔除H型钢桩。在拔出后,应及时清理U型钢板辅桩和H型钢桩上黏附的泥土,并对H型钢桩锁扣管进行清理保养。

3 HUC组合钢板桩施工注意事项

3.1转角桩和封闭桩定制与施工

HUC组合钢板桩需要具备兼止水和挡泥的能力。H型钢桩和U型钢板辅桩之间连接需要使用管形锁扣连接。因为基坑转角位置角度不同、封闭桩的宽度不是整数倍,所以转角桩和封闭桩无法使用标准的型钢桩和U型钢板辅桩。在施工前,必须先计算出转角桩的角度再定制型钢桩,使它与转角桩角度一致,同时还要确定管形锁扣开槽的角度,以便U型钢板辅桩可以插入其中。为使整个基坑封闭形成整体,还需根据型钢桩规格和施工起止位置计算封闭桩的实际尺寸,并定制相应宽度U型钢板辅桩,使其能插入型钢桩的锁扣中。

3.2垂直度控制注意事项

由于H型钢桩的垂直度将影响U型钢板辅桩与H型钢桩连接的紧密程度,所以为确保HUC组合钢板桩之间的锁扣管连接不发生漏水或流泥现象,其关键在于对H型钢桩垂直度的控制。首先,要检查H型钢桩的垂直度是否符合要求,然后在沉桩过程中控制沉桩速度,以避免桩身垂直度偏差较大。其次,在施工过程中应使用合适的工具和设备,如定位导向架、限位装置等,以确保HUC组合钢板桩的垂直度符合要求。针对较长的HUC组合钢板桩,应采用分段沉桩的方式,以控制其垂直度,在每个分段沉桩后进行检查和调整。最后,在施工过程中应记录每根桩的垂直度、深度等信息以备后续验收,并定期对HUC组合钢板桩进行检查和维护,以确保其结构完整和稳定。

3.3施工注意事项

在淤泥较厚等地质差的地段施工HUC组合钢板桩时,需要注意:

①了解锁扣管的生锈情况及变形情况,如果H型钢桩和U型钢板辅桩桩身变形,需要及时返回工厂进行修整;对H型钢桩和U型钢板辅桩的变形情况进行检查,并注意控制其垂直度和扭转角。

②如果锁扣管内有生锈,应先除锈,并涂刷减摩剂;如果锁扣管有变形,需要及时返回工厂进行更换。

4 结 语

结合福州市某市政工程管槽变更支护方案,比较分析了HUC组合钢板、拉森钢板桩拉森钢板桩加H型钢桩支护方案的优缺点。分析表明,HUC组合钢板桩具有抗弯刚度高、止水和挡泥效果好、施工便捷等优势。HUC组合钢板桩方案是支护结构方案中比较不错的一种,希望工程案例可为类似项目提供一些参考。

来源:《福建建材》

作者:方琴

编辑整理:项敏
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