高水位地层中城市综合管廊雨季施工问题及对策

2020-09-16刘朋

华北科技学院学报 2020年3期

刘朋

(华北科技学院基建处，北京东燕郊 065201)

0 引言

地下综合管廊是城市配套设施中的重要组成部分，是整合用地，规范管线，降低事故风险的重要设施，不管是新城发展还是旧城改造，管廊的应用愈发普遍。我国于1958年，在北京天安门广场下方建设了国内首条地下管廊，但由于管廊建设需要的投资较大，技术不够成熟，直到1994年上海张杨路综合管廊才开始建设。为了解决城市发展和管线规模不足之间日益凸显的矛盾，部分城市陆续开始尝试建设综合管廊。2012年，中国首次发布了《城市综合管廊工程技术规范》并于2015年进行了改进和修订[1]，但真正开始大力推行综合管廊建设是在2013年国务院出台《关于加强城市基础设施建设的意见》之后。几年的时间中，国家陆续出台了一系列政策，直至“十三五”规划中明确城市地下综合管廊规模达到八千公里以上，国内地下综合管廊的建设迈入正轨。

综合管廊根据建设位置的不同大致可以分为干线综合管廊，支线综合管廊，干支线混合综合管廊，常用的建设方法主要有明挖法、暗挖法、顶管法等[2～3],还有移动模架法、叠合板法等近年来涌现的新工法[4～5]，可以根据场地条件和资金投入来进行优化选择施工方法，其中明挖施工[6]工艺相对简单，容易组织。结合华北科技学院校园矩形单舱地下管廊建设项目采用明挖法施工时在雨季遇到的难题及对策进行研究。

1 工程案例

1.1 工程地址条件

拟建场地除上部为素填土之外，主要为第四系全新冲洪积层，按岩土工程特性从上至下共划分为8个地质层：

① 素填土：黄褐色，稍湿，松散，以粉土为主，层厚1.2～1.5 m；

② 细砂：黄褐色，中密，饱和，主要由云母、长石、石英组成，层厚3.6～4.6 m；

③ 粉质粘土：黄褐色，可塑，无摇振反应，切面稍有光泽，干强度中等，韧性中等，局部夹粉土，层厚4.1～4.6 m；

④ 细砂：褐黄色，中密，饱和，主要由云母、长石、石英组成，层厚2.5～3.1 m；

⑤ 粉质粘土：灰色，可塑，无摇振反应，切面稍有光泽，干强度中等，韧性中等，局部夹粘土及粉土，层厚1.9～3.4 m；

⑥ 中砂：灰色，中密，饱和，主要由云母、长石、石英组成，层厚2.3～2.6 m；

⑦ 中砂：浅灰色，密实，饱和，主要由云母、长石、石英组成，局部夹中砂，层厚3.6 m；

本次勘查地下水位8.2～8.3 m，为空隙潜水，本场地近30年地下水位埋深1 m左右，近三五年最高水位地下2 m，抗浮设防水位按地下2 m考虑。

1.2 工程概况

工程设计使用年限为50年，位于河北省廊坊市燕郊镇华北科技学院校园内，共两段，全长300 m，第1段，覆土深度为3.0 m，单舱管廊断面宽×高(3000×2800 mm)，包含全部水管道。布置如图1所示，第2段覆土深度1.5m，单舱管廊断面宽×高(2400×2200 mm)，包含电气和水管道，基坑安全等级均为二级，基坑采用U400×150型钢板桩支撑，第1段桩长为12 m，基坑深6.0～6.5 m，第2段桩长9.0 m，基坑深4.0～4.5 m。基坑的开挖是在钢板桩应先施打后再进行开挖，严禁超挖。基坑深度应按各路段管廊不同桩号位置的基坑深度选择基坑类型。基坑开挖后及时对不同高度位置的围懔按设计要求进行支撑。支撑形式如图2所示。地勘报告中显示地下水位为2.0 m，第1段采用轻型井点加明沟排水的方式进行降水施工，第2段仅采用明沟排水的方式进行施工，施工时间为7～9月份。

图1 第1段管廊布置图

图2 基坑支护图

2 施工困难及解决对策

2.1 钢板桩不能及时闭合

拉森钢板桩又被称为U型钢板桩，从生产工艺角度来看，拉森钢板桩包括冷弯钢板桩与热轧钢板桩，工程建设中，相对于后者而言，前者性价比较高，工程运用中，二者作用相同，可相互替代[7]。由于管廊地处学校交通主干道下，受实际条件限制，不能完全阻断交通施工。根据进度安排，优先施工埋深较浅第2段管廊，由于学校内建筑密布，地下管线众多且详细资料有限，拉森钢板桩打桩过程中只能在摸索中进行，遇到地下管线本着保护为先的原则进行避让，导致拉森钢板桩在许多部位未能完成咬合封闭，再加上技术原因造成少数钢板桩在局部未能封闭，造成后期施工困难。

2.2 流砂及对策

闭合的钢板桩兼具支撑与防水的作用，但是不能封闭的钢板桩防水功能大大降低，施工时间正值雨季，由于校园地下管线存在时间较为久远，许多水管都有渗漏现象，平时处于地下难以发现，在开挖时都暴露出来，在下挖深度至2.5 m时，流砂在钢板桩缺口处喷涌而出(如图3所示)，施工无法进行。在紧急情况之下为了将流砂止住，迅速进行了回填，以避免水土大量流失对周围建筑物产生破坏性影响。

图3 流砂灌槽示意图

初步尝试在流砂稳定后在漏点沉入沙袋，然后快速开挖出一个积水坑，放入泥沙泵进行清理，期望能解决问题。但流砂量远远超过想象，堆放的沙袋无法阻挡流砂的冲力，开挖的集水坑很快失去作用，同时钢板桩外大面积的坍塌，只得将沙袋填入坑内，暂时缓解危机。同时，还有数个漏点存在同样的问题。

第二次尝试采用轻型井点对基坑进行降水的方法，尝试将水位降至基坑以下，流砂没有水也就没有威胁了，也能解决问题。这一方法很快得到实施，但是事实证明此办法依然不可行，原因在于轻型井点的降水量达不到施工需求，流砂问题依旧严峻。

单纯的采用堵漏的方法并不能解决问题，而井点降水无法达到要求，流砂的威力在于压力水的存在，要防砂，治水仍然是问题的关键。根据这个思路，首先要做的便是暂时搁置一个漏水点，将基坑整体开挖，使所有发生流砂的部位全部暴露出来，然后根据漏点面积的尺寸采用相应的钢板锚入基坑底部，同时将钢板与钢板桩进行焊接固定，以抵抗外部的土压力。一个关键的细节是在钢板上留出数个排水孔，将数层纱布搁置在排水孔上，过滤释放外部的压力水，通过抓住主要问题的方法，妥善解决流砂问题，第2段管廊施工工作得以顺利进行。

2.3 雨季施工

要保证施工进度顺利实施，减少损失，只有按照计划在保证质量的前提下开展施工[8]。前期受到流砂的影响，管廊开挖完成后还没能按照进度做好混凝土垫层就进入雨季，为避免场地外的水涌入基坑，设计图纸要求钢板桩上端高出地面500 mm以上。但是，由于整个校区内地势较低，钢板桩没有完全闭合，在一场大雨过后，整个基坑都被浸泡在雨水之中。

在雨季施工开始之前应建立完善的排水系统 [9]，保证场地内遭大雨侵蚀后能够得到及时处理。大雨过后，施工现场就利用准备好的排水设备紧急排水，快速清理完基坑内淤积的杂物，考虑到基坑已经被雨水浸泡，不经过处理不能达到垫层施工的要求，同时为防止后期降雨可能对工程产生不利影响，决定优化基坑垫层做法，将基底满铺灰砖以强化基层，同时也加大垫层宽度至基坑边部，内侧砌砖抹灰，将加宽的部分作为排水明沟，收集并疏导基坑渗漏与上部灌入的雨水，如图4所示，为管廊底板施工预留条件。这一举措有效加快了工程进度，避免了工期的再次延误。

图4 铺砖砌墙做明沟示意图

2.4 附加型钢护安全

第1段管廊的施工节点排在第2段管廊竣工之后，由于管廊埋深较大，原设计文件给出轻型井点降水的方案，鉴于降水失败经验，此段管廊坚持最大范围封闭的原则，对于可以切断的管线一概不予保留，减少了安全隐患。虽然没有流砂问题，第1段管廊与学校新建体育馆的距离较近，且管廊基坑开挖深度大于体育馆建筑的基础埋深，属于一级基坑的范畴，一级基坑的支护形式原则上是不太适用钢板桩的，同时还需要确保周边建筑的安全。新体育馆沉降还没有稳定，对于周围环境的变化敏感，在管廊竣工后还需要考虑拔出钢板桩对于体育馆的影响。

经过方案对比论证采用管井降水代替轻型井点降水，在疏干井完成降水任务后进行土方开挖，然后保留端部疏干井兼做集水坑，在结构顶板完成以前，保持降水工作的持续进行。同时，决定在贴近体育馆的钢板桩外侧增加一排顺丁布置的工字钢，与钢板桩协同作用，在竣工后，工字钢作为永久支撑措施留在基坑外侧，以减小钢板桩挤压土体产生的空隙对体育馆的沉降产生的不利影响，如图5所示。

图5 工字钢加固支撑示意图

2.5 使用新材料，保证防水质量

地下工程的防水质量对整个工程的质量起着决定性作用，地下工程结构防水设计应以“防、排、截、堵相结合，刚柔相济、因地制宜、综合治理” 作为基本原则，其中 “防”与 “治”相比又占据了主动优势，传统的防水材料很难确保工程质量，此工程两段管廊都采用了热塑性聚烯烃高分子自粘胶膜防水卷材作为主要结构外部防水，高分子热塑性自粘胶膜防水卷材应采用预铺反粘的施工方法，所形成的防水系统自愈性、自锁性，抗冲击和耐穿刺性都很强，既有效的加快了工程施工进度，也提高了防水层的可靠性，并具备较强的耐化学腐蚀性能[10]，抗渗混凝土作为管廊自身的防水措施，是从结构本身加强防水性能，在施工缝、变形缝、穿墙套管等细部构造的防水是重中之重，做好每一个细节才能确保整体的防水质量。新材料的使用是对旧材料缺点的改良，不代表对传统工艺的完全否决，要保证新材料能够达到高标准，就要做到自粘卷材铺贴须根据图纸设计和卷材的使用说明配合进行，确定卷材铺贴位置，在阴阳角等薄弱部位仍需要对细部构造的先行处理，铺贴施工应遵循从上至下的原则，期间避免撕掉整块隔离膜再施工，应保证铺贴与撕膜同步进行，铺贴质量以粘贴密实为准。侧墙的高分子防水卷材长边采用搭接粘贴配合焊接的方式施工，搭接距离不少于80 mm；短边采用对接的方式，对接处卷材覆盖宽度应不少于120 mm。按此方法，整个管廊内部没有出现渗漏，施工质量达到了一级防水的要求。