吹填地区大管径深埋排水管道施工工法.pdf

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1、1吹填地区大管径深埋排水管道施工工法吹填地区大管径深埋排水管道施工工法 1、前言、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

2、底部出现隆起或涌水，在基槽内作业危险性极大，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有效的

3、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，先后在天津南港工业区南港四街（南堤路创新路）和

4、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、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 2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、工法特点 2.1 有效发挥材料特性有效发挥材料特性 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，在其两端加压时横向

5、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，缩短工期易于组织施工，缩短工期 在软土深

6、基坑工程施工时使用钢筋砼支撑，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，收到了明显的经

7、济效益。3、适用范围、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、工艺原理 3钢支撑钢板桩预制底板腰梁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，预制底板做下部横向支撑以轴向受压为主，这样就充分利用了混凝土具有

8、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。5、施工工艺流程及操作要点、施工工艺流程及操作要点 5.1 工艺流程工艺流程 图 5.1 施工工艺流程图 施工准备?测量放线?施打钢板桩?管道地基沉降监测?沟槽排降水?管道安装、包管?管道回填?机械开挖、人工清槽?槽底换填处理?底板预制、安放及调平?钢筋网片安装、底板间连接?沉降缝、止水带及检查井施做?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?沟槽周围环境监测?图 4.1 沟槽开挖钢板桩支护 45.2 操作要点操作要点（1）施工准备、测量放线）施工准备、测量放线施工前明确沿

9、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，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。（2）钢板桩、腰梁及水平支撑的选择）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

10、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

11、部矩形比、平直度等项内容。若钢板桩有严重锈蚀，应测量其实际断面厚度。原则上要对全部钢板桩进行外观检查。（4）钢板桩施打）钢板桩施打施打原则 图 5.2 排水管道施工放样 5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

12、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。钢板桩打设允许偏差标准 表 5.1 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）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

13、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 1/2 块 36#工字钢桩）焊接成型。牛腿结构如下图所示：6?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

14、性，水平横支撑与腰梁共同受力，形成有效的支撑体系。横撑、腰梁如下图所示。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。横 撑腰 梁 牛 腿 7（6）沟槽开挖及沟槽降排水）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。开挖分层分区对称连续施

15、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。7.2m2m4m1:1.5钢支撑钢板桩1m12m5m5m40cm50cm截水沟截水沟截水沟预制底板级配碎石?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

16、外时，距上口开挖边线不小于 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 8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）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。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）管道底

18、板预制、安放及底板间连接）管道底板预制、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。9 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

19、进行钢筋网片的安放和浇筑，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）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。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）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

20、 规 范（GB50046-2008）和 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体，从而使任何方向

21、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，可以看到混凝土毛细管中已生成了致密的、

22、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图 5.15 XYPEX 赛柏斯浓缩剂 11动通道（如图 5.17 所示）。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

23、被破坏，一般每天需喷水 3 次，连续 2-3 天,在热天或干燥天气要多喷几次，防止涂层过早干燥。（11）管道回填及拆除支撑）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 未经 XYPEX 处理未经 XYPEX 处理经过 XYPEX 处理经过 XYPEX 处理 12（12）沟槽周围环境监测

24、）沟槽周围环境监测根据现行规范规程和设计要求，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，

25、桩周上部用 50cm 厚 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。0.5m1010cm C30钢筋混凝土方桩0.15m0.3m0.3mC10混凝土浇筑固定纵筋4-8mm，箍筋6mm20cm测头1.5m10cm 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。1354mm热轧无缝钢管（YB231-70）

26、,壁厚5mm长度10cm，与钢板焊接42mm热轧无缝钢管（YB231-70）,壁厚4mm每节50cm，钢管采用螺扣相接聚氯乙烯硬套管内径60mm3cm厚3cm钢板50cm50cm 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

27、场地条件变化较大时，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 14施工人员的安全。d.施工过程中，密切与施工监测配合，确保基坑坑

28、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）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列一阶非线性模型，通过加入限

29、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。其固结三维方程如式(1)所示：021021fuKGfGSGfGStzuzxxuxx (1)式中：zxf22为拉普拉斯算子；G 为剪切模量；xS、zS 分别为土体在水平和竖直方向上的位移；zzxxSS 为

30、土体的体应变；为泊松比；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。15考虑土体平面变形，可分析出单元土体节点的受力表达式：eeekkF (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：tCCkk (3)式中：C为节点荷载；tC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：0

31、 z (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：0tTRRkkk (5)式中：R为初始固结量；tR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 YA13YA15 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

32、、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：160102030405060700d25d50d75d100d125d150d175d200d225d250d275d300d沉 降 量/m mYA14沉降量计算值YA14沉降量观测值 图 5.21 YA14 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

33、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，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

34、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）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 17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

35、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。6、主要材料与设备、主要材料与设备 6.1 主要材料主要材料 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

36、 预制底板、底板连接 5 钢筋 HPB300 预制底板、底板连接 6 XYPEX(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 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

37、7 混凝土运输车 中联 台 混凝土运输 188 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、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

38、和稳定性不被破坏。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，并在现

39、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、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。19c.按照深基坑开挖、支护专业特点下设安全

40、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保护装置应

41、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，防止碰撞支撑结构,确保支护整体稳

42、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、环保措施 9.1 施工准备阶段环保措施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

43、进行环保 20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保护工作，完成施工环保设计方案和环保工作方案中的各项工作。b.将环保工作和责任落实到岗位、个人，日常施工中随时检查，出现问题及时纠正。c.在施工期间修建一些有足够泄水断面的临时排水渠道，与永久性排水设施相连接，始终保持工地的良好排水状态。d.在施工场地周围建立临时排水、截流设施，防止施

44、工场地或临时使用的土地受到冲刷。施工中的临时排水设施要合理规划，不因修建临时排水设施而引起水土流失或水文状态的改变。e.要从各级领导重视做起，在全体参建工人中认真开展环保法规的学习，结合施工地区自身环境特点，制定切实可行的管理章程，重视环保法的落实，增强职工环保意识。f.施工期间，施工物料应严格堆放管理，防止在雨季或暴雨时将物料随雨水径流排入地表及附近水域造成污染。g.施工机械、车辆清洗等产生的污水和生活污水利用临时沟排入污水坑内，不得排入河渠或农田。运输车辆机具做到定点清洗。h.各种车辆，机具的废液集中储积，集中堆放并按有关规定及时处理。i.严格控制尘埃和降低噪音。根据尘埃产生的原因，采用洒

45、水，覆盖，遮挡来防治车辆行车及填料倾倒和刮风等产生的尘埃；不用超龄内燃机械，优先采用尾气排量少，噪音低的机械。在外取土时车辆禁止超载，防止土石散落污染路面。10、效益分析、效益分析 10.1 社会效益社会效益 该工法先后在我单位承建的天津南港工业区南港四街（南堤路创新路）和二十环支路（南港四街南港六街）道路排水工程的排水管道施工中得到了成功应用，该项施工技术应用安全可靠，可确保管道施工质量和槽底作业安全，能有效缩短管道施工工期。我单位组织了相关技术及安全管理人员进行了工程重难点分析，针对沿海吹填软土 21地区大管径深埋雨水管道施工编制的沿海吹填软土地区雨水管道深基坑专项施工方案，顺利通过了天津

46、城建设计院组织的专家组论证，就方案中提出的采用预制管道底板来做深基坑支撑的应用赢得了评审专家的一致好评，也得到了天津市南港工业区开发有限公司和相关参建单位的一致肯定。10.2 经济效益 经济效益 通过该工法的研究与应用，将两个应用工程的大管径深埋排水管道安装一次合格率由 91%提高到了 97%以上，达到了 95%以上的业主要求，大大减少了管道二次安装的机械费和人工费，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，也提高了施工效率，收到了明显的经济效益，其中，南港四街（南堤路创新路）道路排水工程一标段排水管道施工共计节约 103.9922 万元，二十环支路（南港四街南港六街）道路

47、排水工程排水管道施工共计节约 164.4516 万元。10.3 环保效益环保效益 在各工程施工过程中，加强了施工现场清理措施，保持了现场平整、干净，并对施工用料和周转材料均做到了及时清理回收，不乱扔、乱放。在投入的机械设备选型上，均选择使用了低噪音、低污染的环保机具。另外，在各工程雨水管道基础防腐施工中采用了比环氧沥青和聚氨酯沥青等防渗、防腐效果更好的新型材料 XYPEX(赛柏斯)，该材料为无毒、无公害环保材料，不产生任何有害物质，对环境零污染。11、工程应用实例、工程应用实例 11.1 应用实例应用实例 1 天津南港工业区南港四街（南堤路创新路）道路排水工程位于南港工业区基础炼化区用地范围内

48、，道路为南北走向，道路规划红线宽度为 40m。工程起点与南堤路接顺，起点桩号 K1+138.074，终点与现状创新路接顺，终点桩号 K2+497.137，全长 1359.063m。本工程一标段里程范围：K1+138.074K1+820，长 681.926m，主要包括道路工程和排水工程，实际工期为 2015 年 4 月 152016 年 6 月 20，其中排水工程要在 2015 年 11月 19 日之前完成，工程量大，前期工期紧。本工程一标段雨水管道管径 d1350mmd2600mm，位于道路中心线两侧各 18.5m 处，管内底高程-2.495-1.027m，管道基槽挖深 4.5866.864（

49、以现状地面计算）。本工程一标段雨水管道平面布置图如下。22 图 11.1 雨水管道平面布置图 本工程一标段道路基槽开挖深度约为 2.3m2.5m，开挖完道路基槽后施工管道基槽，位于道路基槽开挖深度范围内的管道，待路基施工完成后反开槽施工位于道路基槽以下的管道。在钢板桩施打前，先对道路路基范围内土体进行整体卸载，据设计图纸及有关说明和工程地质资料，减载后管道开挖深度范围内主要为淤泥质粘土层，呈流塑状态，高压缩性，局部夹粉质黏土、黏土，透镜体。11.2 应用实例应用实例 2 天津南港工业区二十环支路（南港四街南港六街）道路排水工程位于南港工业区基础炼化区用地范围内，为东西走向，西起南港四街，东至南

50、港六街，起点桩号K0+071.120，终点桩号 K0+921.655，道路全长 850.535m。本工程包括道路工程和排水工程，实际工期为 2015.10.132016.9.15。本工程施工平面布置图如下。工程终点K0+921.655工程起点K0+071.120临 时便道二 十 环 支 路南港六街南港四街项目部加工区N 图 11.2 施工平面布置图 本工程雨水管道设计：沿道路自东向西铺设 d1800mmd2000mm 雨水管道，收集道路南侧地块雨水及道路北侧绿化带内的雨水，并承接南港六街 d1500mmd1650mm 雨水管道雨水后，接入南港四街 d2000mm 现状雨水管道，并最终汇入待建南