吹填地区大管径深埋排水管道施工工法.docx

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1、吹填地区大管径深埋排水管道施工工法1、前言天津南港工业区地处沿海吹填地区， 该地区场地土具有天然含水量高、天然孔隙比 大、压缩性高、固结系数小、固结时间长、扰动性大、土层层状分布复杂、各土层之间 物理力学性质相差较大、土基承载力小以及各项力学性能指标差等特点， 并且场地地下水在干湿交替作用下，对混凝土结构具硫酸盐中腐蚀性，对钢筋具硫酸盐强腐蚀性。在该地区进行大管径深埋排水管道施工极易出现基槽边坡失稳、支护不及时、围护 结构变形不均以及变形大等一系列问题， 特别是在场地土含水量过高、压缩性过高管段 经常会出现基槽边坡失稳， 来不及进行支护， 钢板桩合槽现象， 甚至在基槽底部出现隆起或涌水，在基槽

2、内作业危险性极大，给管道安装质量控制带来很大困难。天津南港工业区南港四街（南堤路创新路） 道路排水工程一标段排水干管管径为 d1350d2600mm， 基槽挖深大致为 4.5866.864m（以现状地面计算），基槽开挖深度范 围内主要为冲填土、淤泥质黏土层。在该工程排水管道试验段施工中发现， 采用密插拉 森钢板桩混合槽开挖支护形式， 在钢板桩顶部和中下部各设一道钢管钢支撑， 部分管段 仍然出现基槽边坡失稳现象， 难以确保基槽作业安全。而采用预制钢筋混凝土管道底板 作深基坑下部支撑， 预制底板既可作为管道基础， 也可有效替代基坑下部的钢支撑， 节 省了安装第二道支撑的时间， 对围护结构可进行及时

3、有效的支撑， 确保了该工程后续管道施工的作业安全。此外， 为确保基坑周围地下管线、道路等的安全， 排水管道基坑开挖严格遵循了“纵向分段、竖向分层、随撑随挖、撑紧顶牢、加强监测”原则， 并通过“短成槽， 快回填”、提高管道施工机械化程度、加强排降水能力、加强对周围环境监测和控制支护结构 变形、运用新材料 XYPEX 赛柏斯， 以及通过采用比奥特固结有限元法和基于费尔 哈斯特(Verhulst)的非线性模型对管道软土地基的固结变形、孔隙水压力变化与消散过 程进行有限元模拟等措施， 确保了管道施工质量和实现了工期目标， 并总结完善形成了该工法。该工法关键技术可操作性强、施工效率高， 先后在天津南港工

4、业区南港四街（南堤 路创新路）和二十环支路（南港四街南港六街）道路排水工程中得到了成功应用，在管道施工中通过对支护结构及周围环境的持续监测发现，有效控制了基槽边坡失稳、1围护结构变形不均以及变形大等问题， 确保了工程质量和施工安全， 同时也降低了相关支护措施的一次性投入费用， 有效节约了施工成本。该工法现已获中铁十八局集团有限 公司 2016 年度企业级工法，其关键技术被中国铁建股份有限公司评为国内先进，对其的研究与应用已趋于成熟，值得进一步推广应用。2、工法特点2.1 有效发挥材料特性基坑支护施工中， 挡土结构水平侧压力较大， 钢筋砼水平横向支撑以水平受压为主。 钢筋砼支撑与钢支撑相比， 在

5、其两端加压时横向变形较小， 加之采取配筋与加大支撑截 面的方法， 可有效增强钢筋砼支撑的承压能力。采用预制管道底板做深基坑支撑是市政 工程中排水管道基坑支护技术的新形式， 使钢筋砼结构受压时刚度大、变形小、承压能 力强的特性得到了充分发挥， 有效控制了基坑开挖挡土结构的时效变形， 保证了管道施工的质量安全， 减小了对周围建筑物、邻近现状道路及地下管道等设施基础稳定的影响。2.2 可对管道基础底部进行防腐处理采用预制底板做管道基础， 很好地解决了常规现浇基础无法对底部接触土体侧进行涂层防腐处理的难题，确保了基础混凝土的耐久性，延长使用年限。2.3 易于组织施工，缩短工期在软土深基坑工程施工时使用

6、钢筋砼支撑， 由于它的轻便灵活， 挖掘机即可进行吊 装安放， 可随挖随放， 分段同时开挖， 有助于多台挖土机同时作业， 挖土速度快， 进而 缩短挖土方的工期。可根据地层土质情况， 调整预制底板间距和数量， 控制基坑挡土结 构变形。基坑内可形成较大的无支撑工作面， 易于基坑排降水、管道安装、止水带施做、管道包管以及检查井施工等作业，有效缩短了管道施工工期。2.4 降低施工成本采用预制钢筋混凝土管道底板做深基坑支撑， 既可作为管道基础， 也可作为基坑横 向支撑。相比其它支撑结构形式（如钢结构），钢筋砼结构的原材价格相对便宜，同时又节省了对临时支撑结构的一次性投入， 大大降低了施工成本， 收到了明显

7、的经济效益。3、适用范围适用于沿海吹填软土地层周围埋有管线、离周边建筑物较近或工期紧迫的深埋大管径排水管道施工。4、工艺原理2测量放线#施工准备#机械开挖、人工清槽#槽底换填处理#底板预制、安放及调平# 管道安装、包管#拆除腰梁、横支撑#拔除钢板桩 ，桩孔回填防渗、防腐处理#焊接腰梁、水平横支撑#3雨水管道施工沟槽开挖拉森钢板桩支护如右图所 示。当沟槽完成护壁挡土结构，进行土方开挖时，沟槽 两侧的土体必然产生近似水平向的侧压力作用于沟槽的 护壁结构上，其大小取决于不同土质的压力值。上部支 撑体系：水平侧压力通过护壁结构传递给上部腰梁，通 过腰梁再把力集中到上部水平横支撑上。下部支撑体系： 从力

8、学角度分析可知，水平侧压力通过护壁结构直接作用到下部预制钢筋混凝土管道底板上，预制底板做下部腰梁钢支撑钢板桩预制底板图 4.1 沟槽开挖钢板桩支护横向支撑以轴向受压为主， 这样就充分利用了混凝土具有较高的抗压强度的特性， 支撑两端所受压力大小近似相等、方向相反，构成了稳定的下部支撑体系。s、施工工艺流程及操作要点5.1 工艺流程施打钢板桩#钢筋网片安装、底板间连接#沉降缝、止水带及检查井施做#管道回填#管道地基沉降监测#沟槽排降水#沟槽周围环境监测#图 5.1 施工工艺流程图5.2 操作要点（1）施工准备、测量放线施工前明确沿线地下管线及障碍物， 做出记录， 在施工时明确各个障碍物的位置、深度

9、， 并做出准确标识。根据施工图及现场勘察资料， 做好施工放线， 施工放线包括槽沟两侧钢板桩中心线、雨水管道中心线、交叉管线及过路口时各种管线以及检查井中心位置等。排水管道施工放样如下图所示。 图 5.2 排水管道施工放样（2）钢板桩、腰梁及水平支撑的选择经过多方论证和比较，钢板桩选用 40#c 工字钢，桩长 12m；腰梁采用双拼 40#c 工字钢；水平横撑选用299*12 国标钢管，要求钢板桩无穿孔，在修边调直后方可使用。（3）钢板桩的检验、吊装、堆放钢板桩吊装卸载钢板桩采用两点吊。吊运时， 每次起吊的钢板桩根数不宜过多， 并应注意保护 锁扣免受损伤。吊运方式有成捆起吊和单根起吊。成捆起吊通常

10、采用钢索捆扎， 而单根吊运常用装用的吊具。钢板桩堆放钢板桩堆放的地点， 要选择在不会因压重而发生较大沉陷变形的平坦而坚固的场地 上， 并便于运往施工现场； 堆放时应注意堆放的顺序、位置、方向和平面布置等应考虑 到以后的施工方便； 钢板桩应分层堆放， 每层堆放数量一般不超过 5 根，各层间要垫枕 木，枕木间距一般为 34 米，且上、下层垫木应在同一垂直线上，堆放的总高度不宜超过 2 米。钢板桩检验对钢板桩， 一般有材质和外观检验， 以便对不合要求的钢板桩进行矫正， 以减少打 桩过程中的困难。外观检验包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端部矩形比、平 直度等项内容。若钢板桩有严重锈蚀， 应测量其

11、实际断面厚度。原则上要对全部钢板桩进行外观检查。（4）钢板桩施打施打原则4总体采用分段施工， 约 50m 为一个施工段， 按下游至上游顺序施工， 为了保证挖掘机能正常施工以及沟槽开挖宽度，两排钢板桩间距定为 4m。施打顺序第一施工段钢板桩施打挖土支撑安装预制管道底板安装及底板间连接管道施工 回填拆支撑拔桩下一施工段钢板桩施打。具体施打方法钢板桩施打采用两台打桩机分段两侧对称进行， 开始施打第一、二块钢板桩时， 打 入位置和方向要确保精度， 它可以起样板导向作用， 随时测量位置是否正确， 不正确立 即拔出重新打入。钢板桩一顺一丁， 相互咬缝， 依次施打， 保证钢板桩的整体性和稳定 性， 施打到设

12、计标高， 有效防止坑壁两侧地下水。打桩过程勤量测， 注意桩的位置， 标 高， 整体线性是否正确， 观察桩的变形， 基坑内土体和水位的变化情况， 超出允许范围 必须立即纠正， 出现较难处理情况， 停止施打， 将情况上报监理工程师， 待处理结果出来后再施打。钢板桩施打如下图所示。图 5.3 钢板桩施打钢板桩施打允许偏差标准如下表所示。表 5.1钢板桩打设允许偏差标准项目允许偏差板桩轴线偏差10cm桩顶标高10cm板桩垂直度1%（5）腰梁及水平横支撑安装a.土方开挖至第一道支撑下 0.5m 处，立即停止下挖，先在工字钢桩上焊接牛腿， 牛腿每 3 米一个， 采用 36#c 型工字钢桩切成三角形形状（即

13、 1/2 块 36#工字钢桩） 焊接成型。牛腿结构如下图所示：5#牛 腿图 5.4 牛腿b.考虑软土地层工程地质情况， 在桩顶下 1m 处设置腰梁及横撑， 腰梁采用双拼 40#c 型工字钢桩制作， 双拼的工字钢桩腰梁每 3m 设置一道连接钢板， 以增加腰梁的整体性。 腰梁焊接在基槽两侧工字钢桩上， 腰梁与工字钢桩之间空隙用钢楔子打紧或用槽钢焊接 严密。腰梁固定后， 安装内支撑， 水平横撑选用299*12 国标钢管， 每 5 米一道逐根与 腰梁结构架设焊接， 并保证焊接质量。焊接前， 腰梁和横撑的连接处设置翼板， 确保水 平支撑顶紧顶牢， 增加横撑的稳定性， 水平横支撑与腰梁共同受力， 形成有效

14、的支撑体系。横撑、腰梁如下图所示。横 撑腰 梁图 5.5 横撑、腰梁c.每道支撑焊好后， 均应专人详细检查各接点， 支撑点是否焊接牢固结实， 确认安 全后方可进行下道工序施工。在进行下道工序施工时，应注意保护各支撑，严禁抬压、 撞击支撑。严禁支撑加载， 在施工过程中应随时观察支撑变形情况， 发现异常立即采取 加固措施， 保证支撑安全。为保证施工安全， 每支护完 50m 时， 应进行管道施工， 管道施工完成后应立即验收回填。61:1 51m2m12m7.2m50cm 40cm（6）沟槽开挖及沟槽降排水a.首先由测量人员将管道的平面位置放出来， 并测量原地面高程， 计算出开挖深度。 开挖分层分区对

15、称连续施工， 主要分上部分和下部分两次开挖。上部分采用大开挖， 按 设计要求 1：1.5 放坡，开挖深度约为 2m 左右，宽度为 15m 左右(该宽度为沟槽两侧放 坡坡脚距离， 沟槽两侧各加宽 5m 作为施工作业平台)。下部分沟槽采用钢板桩支护直槽 开挖。开挖至沟槽槽底后， 钢板桩的下端仍在土中不小于 7.2m。雨水管道施工混合槽开挖支护示意图如下图所示。5m 4m 5m截水沟截水沟钢支撑钢板桩预制底板级配碎石截水沟#图 5.6 混合槽开挖支护示意图b.混合槽下部分沟槽开挖土方全部外运， 不堆在上部分开挖的平台内， 土方随挖随 外运，避免平台堆加额外荷载， 如果堆置在道路边线以外时， 距上口开

16、挖边线不小于 20m。 挖机挖土时， 测量人员现场用全站仪和水准仪跟踪控制沟槽开挖的方向和深度， 严格控制标高，避免超挖或扰动槽底土壤。混合槽下部分沟槽开挖如下图所示。图 5.7 混合槽下部分沟槽开挖c.雨水管道在路基开挖施工范围内时， 路槽按设计要求开挖完成后， 即完成了基坑 上部开挖，并完成了减载。路槽开挖面上口外侧 2m 做截水沟防止地表积水与雨水流入路基沟槽，并且在路槽两侧用人工各挖一条宽 0.3m，深 0.5m 的纵向截水沟，以防止积7水浸泡路槽或流入管槽内，完善临时排水系统，减少水对施工的影响。在雨季施工时， 现场应加设泥浆泵， 以防止路槽积水。沟槽开挖过程中， 如遇流砂或基底隆起

17、时马上回 填并通知监理， 及时采用小深井进行降水， 深井布置在沟槽的两侧， 呈不对称布置， 井间距 20m，井深低于槽底 1m，实行 24 小时不间断降水。（7）槽底换填处理a.管道沟槽由机械开挖至槽底设计标高以上 30cm 左右后，改为人工挖土找平。挖 至槽底设计标高找平后，通铺一层竹笆，再换填 50cm 级配碎石。施工中应注意工序衔接紧凑，防止槽底被积水浸泡。槽底通铺竹笆及换填级配碎石如下图所示。8图 5.8 槽底通铺竹笆图 5.9 槽底换填级配碎石b.沟槽开挖完成后立即进行验收， 以减少基坑暴露的时间， 验收合格后， 即可进行管道基础等工序施工，确保整个施工过程紧凑有序地进行。（8）管道

18、底板预制、安放及底板间连接a.提前预制钢筋混凝土底板。以 d2000 管道为例，预制底板设计砼标号为 C40，每块宽度 4m，长度 1.5m，厚度 40cm。钢筋混凝土管道底板预制如下图所示。图 5.10 钢筋混凝土管道底板预制b.预制底板间隔 1m 安放，每安放一块立即量测，用挖掘机及时对底板高程进行调 整并调平。根据土质情况， 必要时调整预制底板间距和数量， 以控制基坑挡土结构的变形，确保周围建筑的安全。预制底板安放如下图所示。图 5.11 预制底板安放c.提前制作钢筋网片， 以 d2000 管道为例， 钢筋网片长度 1m， 宽度 4 米。预制底板 就位调平后， 立即进行钢筋网片的安放和浇

19、筑， 采用与底板同标号混凝土。钢筋网片安放如下图所示。图 5.12 钢筋网片安放示意图（9）管道安装及包管前方预制底板安放完毕，底板间连接混凝土强度到设计标准值 80%以上后，立即进 行管道安装。管道安装完一个施工段后， 立即进行管道包管、回填及检查井等施工。管道安装及包管施工如下图所示。9图 5.13管道安装10图 5.14管道包管（10）管道构筑物防腐处理根据南港四街（南堤路创新路）道路排水工程 地质勘查报告，本场地地下水在干湿交替作用下，对 混凝土结构具硫酸盐中腐蚀性，对钢筋具硫酸盐强腐 蚀 性 。 根 据 工 业 建 筑 防 腐 蚀 设 计 规 范 （GB50046-2008 ） 和

20、混 凝 土 结 构 设 计 规 范 （GB50010-2010）的相关规定，应在需要防腐的地下 结构表面涂以厚度不小于 500m 的环氧沥青或聚氨酯沥青涂层。而在该工程雨水管道防腐施工中，采用了图 5.15 XYPEX 赛柏斯浓缩剂比环氧沥青和聚氨酯沥青防渗、防腐效果更好的浅灰色粉状渗透结晶型材料 XYPEX 赛柏斯浓缩剂（成品见图 5.15）。XYPEX（赛柏斯）是水泥基渗透结晶型防水材料，其工作原理是特有的活性化学物 质利用混凝土本身固有的化学特性及多孔性， 以水作载体， 借助渗透作用， 在混凝土微 孔及毛细管中传输、充盈， 再次发生水化作用， 形成不溶性的枝蔓状结晶并与混凝土结 合成为整

21、体， 从而使任何方向来的水及其它液体被堵塞和封闭， 达到永久防水、防潮和保护钢筋、增强混凝土结构强度的效果。在 XYPEX 系列防水产品中，XYPEX 浓缩剂是化学活性最强的一种。这种浅灰色粉末 加水调和后， 可用做地上或地下混凝土结构的浆状涂料， 也可以用作双涂层中的第一层 涂料。对未经 XYPEX 处理和经过 XYPEX 处理的混凝土结构表层以下切取试样切面照进行 对比（见图 5.16）：在未经 XYPEX 处理的混凝土结构表层以下切取混凝土试样，可以看 到在切面照面上呈现的氢氧化钙立方体和菱形六面体的凝胶体及微粒； 在经 XYPEX 处理 后 26d 的混凝土结构表层以下切取混凝土试样，

22、 可以看到混凝土毛细管中已生成了致密的、发展充分的结晶体结构， 这种结晶大大增强了混凝土的密实度并完全切断了水的流未经 XYPEX 处理动通道（如图 5.17 所示）。经过 XYPEX 处理图 5.16 在混凝土结构表层以下切取试样的切面照面对比图 5.17 结晶体切断水流通道XYPEX（赛柏斯） 水泥基防水涂料使用注意事项： 对基面进行处理， 施工基面须平整、 牢固、无积水、油污等；材料一般用量为 1.0-1.5kg/m2 ，涂层厚度为 0.5mm；重量比为 水：赛柏斯=0.25：1，充分搅拌均匀，每次配量不宜太多，最好在 20 分钟内用完；施 工方法， 可抹灰、刮涂、滚刷、喷涂等； 在养护

23、过程中必须用净水， 必须在初凝后使用喷雾式， 一定要避免涂层被破坏， 一般每天需喷水 3 次，连续 2-3 天,在热天或干燥天11气要多喷几次，防止涂层过早干燥。（11）管道回填及拆除支撑待管道安装、包管及检查井等完成后， 回填碎石 至管顶以上 50cm， 进行拆除支撑工作，拆除支撑时 应先拆除横支撑， 再拆除腰梁。拆除支撑时， 必须将 各种连接件拆除干净， 焊点清除干净， 并且派专人指 挥拆割，随时注意两侧钢板桩变形情况，如有异常， 立即停工， 待采取有效措施之后再进行拆除施工， 保证拆除支撑施工安全。拆除支撑如右图所示。图 5.18 拆除支撑0.5m（12）沟槽周围环境监测根据现行规范规程

24、和设计要求， 为确保基坑支护结构的安全， 在基坑施工的全过程中，要求对周围环境（三倍基坑开挖深度范围内）作连续监测。控制点布设平面控制点、水准基点优先采用测量队交桩点， 加密点选在基坑影响范围外， 通视条件良好并便于保存的稳定位置。基坑坡顶的水平位移和垂直位移观测a.基坑坡顶的水平位移和垂直位移观测点沿基坑周边布置，考虑到基坑较深，观测路线较长，综合考虑，观测点间距取 20m。b.基坑坡顶的水平位移通过边桩来观测，边桩采用 C30 混凝土预制，断面采用正方 形，边长 15cm。边桩桩顶应预埋不易磨损的测头。边桩埋置深度在地表以下 1.5m，露 出地面的高度 10cm，桩周上部用 50cm 厚

25、C10 混凝土浇筑固定，确保边桩埋设稳固。边桩大样如下图所示。0.0.3m15m 0.3m 测头10cmC10混凝土浇筑固定1.5m1010cm C30钢筋混凝土方桩 纵筋4-8mm，箍筋6mm20cm图 5.19 边桩大样图c.基坑坡顶的垂直位移采用沉降板来观测，沉降板由底板、金属测杆和保护套管组 成。底板尺寸不小于 50503cm， 采用 3cm 厚钢板制作： 金属测杆使用直径 42mm 的热 扎无缝钢管制作， 每节 50cm,以螺扣相接： 保护套管以直径 60mm 的聚氯乙烯硬套管制作，长度与测杆相同。沉降板大样如下图所示。1250cm3cm聚氯乙烯硬套管内径60mm42mm热轧无缝钢管

26、（YB231-70）,壁厚4mm每节50cm，钢管采用螺扣相接54mm热轧无缝钢管（YB231-70）,壁厚5mm长度10cm，与钢板焊接厚3cm钢板 50cm 图 5.20 沉降板大样图基坑外地下水位观测孔埋设沿支护结构缘外侧设 10 个观测孔， 孔位距支护结构 25m。做法： 先在设计点位钻 孔， 孔深约 15m， 口径为 110mm， 然后下入 2 吋 PVC 过滤管（包网），填砾， 洗井， 并测得孔内稳定水位。监测频率a.各监测项目在开挖前应测得稳定初始值， 且不应少于 2 次；从基坑土方开挖期间，每天观测 23 次，稳定后每天观测 12 次。b. 当大暴雨、结构变形超过有关标准或场地

27、条件变化较大时，应加密观测。当有危 险事故征兆时， 则需进行连续监测。监测工作以仪器测量为主， 并与日常巡视工作相结 合，施工期间， 做好现场监测点的保护工作， 每次监测前， 对所使用的控制点进行校核，发现有位移，要按布网时的测量精度恢复。c.施工中要及时观测和反馈信息，定期分析监测报告，及时发现报告存在问题，监 测报告每周报送业主和监理， 由于工地现场施工情况变化， 具体测量时间、测量次数将 根据施工场地条件、现场工程进度、测量反馈信息和工地会议纪要相应调整， 在施工过程中， 发现异常情况时， 及时向监理报告， 并书面报告业主， 及时采取有效的措施保证13施工人员的安全。d.施工过程中， 密

28、切与施工监测配合， 确保基坑坑壁稳定。若有不稳定的因素存在， 及时报请工程师和设计人员调整施工方案，将基坑开挖对周围环境的影响减至最小程 度， 确保基坑成型； 基坑开挖应把基坑侧壁的稳定成型放在首位， 若已开挖的基坑侧壁 不稳定时应及时处理。限制基坑开挖线以外地面堆土堆物荷载不超过 20kN/m2 ，并做好计算校核工作，随时检查确保安全。（13）管道地基沉降监测采用比奥特固结有限元法和基于费尔哈斯特(Verhulst)的非线性模型， 对沿海吹填 地区深埋大管径雨水管道软土地基的固结变形、孔隙水压力的变化与消散过程进行有限元模拟。弹性非线性模型Verhulst 模型是根据生物的繁衍规律提出的单序

29、列一阶非线性模型， 通过加入限制 无穷发展的阻尼项， 可以很好地模拟时间与总量的曲线关系。Verhulst 模型在研究软土 地区路基沉降总量与时间关系曲线时应用较多，该模型与其曲线特性非常契合，因此，此模型同样适用于对软土地区管道基础沉降总量与时间关系曲线来进行模拟。比奥特三维固结方程有限元法在伦杜里克和太沙基的一维固结理论基础上， 比奥特考虑了土体固结过程中， 空隙水压力消散和土体骨架变形的耦合作用， 提出了更为完善的三维固结理论。其固结三维14方程如式(1)所示：式中： f = + G )- fGSx 12D x D+ x(u) = 0 |(1)G |1u(2)0()z D+ z(u) =

30、 Y 为拉普拉斯算子； G 为剪切模量； Sx 、Sz 分别为土体在水平和竖直方向上的位移； D = + 为土体的体应变； D 为泊松比； Y 为切向应力。由于饱和土的比奥特三维固结方程考虑了渗流场和应力场的影响， 用手算法求解(1)中的偏微分方程相当困难。通过引进有限元法， 可用计算机软件快速、准确求解该方程。考虑土体平面变形，可分析出单元土体节点的受力表达式：F e = k e ke (2)式中： k 为单元节点劲度矩阵； k为单元节点所受的孔隙压力； 和分别为节点的位移和超静定孔隙压力。将模型中的塑性变形假定为弹性变形，因此可在式(2)中将变化时间内的位移增量来代替位移，建立新的平衡方程

31、：k k= C - Ct (3)式中： C 为节点荷载； Ct 为经过 t 时间后的荷载； 为单位时间内的位移增量。假定土体内的水不可压缩，建立t 时刻方程如下： z = 0 (4)式中： 为所有节点位移所引起的体积改变量； 为所有节点固结排水所引起排水量的增加； z 为轴向孔隙水压力。联立式(3)、式(4)即可得比奥特三维固结有限元方法方程：15 k k() (R - R )|Lk T |l J=l 0 t J(5)式中： R 为初始固结量； Rt 为t 时刻的固结量。模型建立及计算结果分析应用比奥特固结理论的有限单元法和基于Verhulst模型对南港工业区南港四街（南 堤路创新路）工程 Y

32、A13YA15 段雨水管道软土地基的固结变形、孔隙水压力的变化与消散过程进行有限元模拟研究，并对计算结果进行分析。根据 YA13YA15 段回填土、实际铺设管道、包管及基础施作情况计算作用在地基 土上的平均荷载，管道回填后对检查井 YA13、YA14 和 YA15 各取 300d 内的沉降量进行计算，现以 YA14 的沉降量计算结果与实际观测结果的对比进行如下分析：沉 降 量 /mm16706050403020100YA14沉降量计算值 YA14沉降量观测值0d 25d 50d 75d 100d 125d 150d 175d 200d 225d 250d 275d 300d图 5.21 YA1

33、4 沉降量计算结果与实际观测结果对比图从上图可以看出检查井地基土体沉降量随时间变化特征与费尔哈斯特的S 型曲线非 常相似： 在前 50d 内土体处于弹性阶段， 沉降主要由土体内气填充孔隙压缩引起， 沉降 量与时间基本呈线性变化；在第 50100d 期间，沉降主要由土体排水固结引起，由于 超静水压力远大于孔隙压力， 此阶段沉降速度变缓； 在第 100150d 期间， 地基土中孔 隙水逐渐被排出，超静水压力逐步减小，沉速增大；在 150d 以后，孔隙压力和超静水 压力逐渐消散， 土体固结基本完成， 荷载压力与孔隙阻力保持平衡， 此期间的沉降主要由土体骨架错动或颗粒重新排列引起，随着时间推移略有增加

34、，沉降量不太明显。通过上图沉降量实测值与计算值的对比，发现大多数对比差值都保持在 3mm 以内， 采用比奥特固结有限元法仿真模拟程序分析的软土地基沉降结果与实际观测值基本吻 合，管道软土地基的沉降也可分为发生(线性增长)、发展(沉速大幅增加)、稳定(仅有少许固结沉降)和极限（沉速为 0）4 个阶段， 其沉降量随时间变化曲线完全可以采用费尔哈斯特的 S 型曲线来模拟。（14）钢板桩拔除及桩孔回填a.沟槽回填作业完成后，要拔除钢板桩， 修整后再重复使用，钢板桩拔除如右图所示。 拔桩前要综合考虑拔桩顺序， 拔桩时间以及桩 空处理方法， 保证钢板桩高效周转， 缩短工期。 基坑内先回填夯实，为了工程施工

35、节点进度， 加速回填和拔桩工期， 拔桩的开始点宜离开角 正装 5 根以上，必须时还可用跳拔的方法间隔拔除； 拔桩的顺序一般与打设桩顺序相反， 拔图 5.22 钢板桩拔除除钢板桩宜用振动锤和起重机共同拔除。振动锤产生强大振动破坏拔桩周围土体间的粘结力，依靠附加的起吊力克服拔桩阻力将桩拔除。钢板桩拔除如下图所示。b.对于较难拔的桩，亦可用柴油锤先振，然后再与振动锤交替进行振打和振拔。桩 拔出后， 及时用砂子回填孔洞， 或者振动几分钟， 使土孔填实。拔桩的空洞必须及时回填，减少对周围环境的影响。c.对拔桩造成的土层中的空隙要及时填实，可在振拔时回灌水或边振边拔并填砂， 但有时效果较差。因此， 在控制

36、地层位移有较高要求时， 应考虑在拔桩的同时进行跟踪注浆。、主要材料与设备6.1 主要材料主要材料见表 6.1。主要材料表 表 6.1序号名称规格使用部位1工字钢40#c支护、腰梁2工字钢36#c牛腿3钢管299*12横撑4商品混凝土C40预制底板、底板连接5钢筋HPB300预制底板、底板连接6XYPEX(赛柏斯)/管道、基础、检查井7热扎无缝钢管42mm、54mm沉降板8聚氯乙烯硬套管60mm沉降板9钢板厚度 3cm沉降板10混凝土C10边桩6.2 主要设备主要设备见表 6.2。主要设备表 表 6.2序号机械设备名称规格型号单位备注1全站仪GTS-602台管道放样2水准仪DS3台高程控制3挖掘

37、机CAT320D台沟槽开挖4推土机TY200台土方倒运5自卸汽车8T辆大宗运输6日立打桩机450台钢板桩施打7混凝土运输车中联台混凝土运输178汽车吊QY-25t台预制底板安装9钢筋切割机CQ-40台钢筋加工10钢筋调直机GT4X8台钢筋加工11钢筋弯折机GW-40台钢筋加工12移动发电机380V台临时用电13木工组合机具/台模板加工14插入式振捣器ZG50台混凝土振捣15电焊机BX7台钢板焊接16切割机SQ-500台钢板切割17抽水泵IS80-65-125台排降水7、质量保证措施a.开挖过程中随时作好基坑内的排水工作，及时排出坑内积水，确保开挖过程中基坑底部干燥，确保基坑底部强度和稳定性不被

38、破坏。b.基坑开挖过程中，及时进行地质描述，做好开挖记录，当地质情况变化并与设计不符时，应立即抱监理工程师和设计人员，及时调整施工方法。c.在收底部分， 必须按照基坑的不同标高， 遵照设计要求加以控制， 基底土方 30cm 厚作为人工铲平， 保证基底不要受扰动。严格控制开挖深度达到设计要求， 如果发现超挖，必须采用砂石换土压实平整。d.做好施工日记记录和每班作业前的技术交底工作，按照土方工程规范精心施工， 按照工程的实际情况每天落实完成挖土工作量， 在预定范围内进行放线， 严格按照施工进度的计划要求，积极做好各项技术指导工作。e.为确保基坑施工的顺利进行，应全天值班，以便出现异常情况及时处理，

39、并在现场备足快硬水泥外加剂、草包、注浆设备等。f.基坑开挖中会受暴雨等影响，应做好地面排水和坑内集水的排放工作，基底四周须设排水沟及集水井，确保有效排水，保证基坑顺利开挖。8、安全保证措施a.项目部成立以项目经理为首的安全领导小组，配备专职安全工程师，负责全面的 安全管理工作； 队建立健全安全领导小组， 配备专职安全员， 负责各项安全工作的落实。做到有计划、有组织地进行预测、预防事故的发生。b.落实安全生产责任制，明确各级、各部门安全生产责任，项目经理为本施工项目 安全生产及相关活动的第一责任人， 工地上设立专职安全员， 项目经理和专职安全员不擅离职守。18c.按照深基坑开挖、支护专业特点下设

40、安全监控小组，配置专业安全技术监控员、检查员，采取全天候工作制，确保安全工作的满负荷、全方位运作。d.根据深基坑施工工程特点进行有针对性的全面的安全技术交底， 对施工中的重点、难点部位及特殊的施工环境、工艺、危险性较大的工序进行技术交底， 并履行签字手续。e.多形式开展安全生产宣传教育，包括： 新进工地人员三级安全教育；变换工种人员的安全教育；根据季节、施工特点进行有针对性的教育。f.施工前，所有的施工设备、施工器具先向监理单位申请报验，经监理及相关检测部门检查验收或检测合格后，再进场投入使用。g.进场机械的使用必须有符合要求的操作规程，操作人员应持证上岗，禁止违规操作使用。现场机械设备的安全

41、保护装置应齐全完好，并定期进行检查。h.基坑开挖、钢板桩支护施工、吊装管道的施工安全：起重机作业时，工作场地应 平整、坚实， 并有排水措施； 起重机回转半径范围内不得有障碍物； 起重机操作人员和 信号指挥人员要密切配合， 指挥人员须熟悉所指挥的起重机的性能及被吊物体的实际重量，操作人员须执行指挥人员的信号指挥。起重作业时， 重物下不得有人员停留或通过。i.施工现场的电器设备必须严格按施工现场临时用电安全技术规范（JGJ46-88） 和施工组织设计中电气要求进行安装。施工用电中的动力和照明分别设置接地、接零、漏电保护器作保护，做到一机一闸。j.开挖过程设专人指挥挖机，保证挖掘机的行走路线，防止碰

42、撞支撑结构,确保支护整体稳定不受影响。k.在挖土过程中，随时提取挖土信息及有关数据，检测情况报告每天一份，特殊情 况下应增加频率， 与现场检测员及时取得联系， 随时根据现场实际情况调整。凡在挖深及塌土部位，必须将浮土清除，严禁在深坑部位填入浮土及松土。l.切实保护监测点及时掌握监测数据，用以指导施工，优化施工组织，确保周围环境和围护体系的安全。9、环保措施9.1 施工准备阶段环保措施a.成立以项目经理为组长的环境管理领导小组，环境保护部具体负责整个施工阶段施工现场环境保护工作。明确各级、各部门在施工期环境保护工作中的职责分工。b.制订培训计划，建立培训、考核程序，定期对直接参与环境管理的人员进行环保19专业知识培训， 对各层次工作人员进行必要的环保知识培训， 对关键岗位员工进行岗位 操作规程、能力和环境知识的专门培训， 新工进场和人员转岗进行相关的环保培训和教育。c.在机械选型上尽量使用低噪音、低污染的环保机具。9.2 施工过程中环保控制措施a.指定专人负责施工现场和施工活动的环境