市政污水管网支护设计方案研究

唐杰祥

摘要：随着近年污水管网工程的大量建设，各种支护方式涌现，但是在管网工程从市政路往排水户推进过程中，一些的管网支护设计方式显得水土不服，导致推进困难，更甚者导致索赔。本文对各种支护体系进行对比分析，在各种工况中考虑优缺从而提出支护方式的指导性建议

关键词：排水管网;支护;开挖工程

正文：

污水管网工程的建设是水环境治理的关键一环，是整个污水处理系统的血管发挥重要作用，随着治污工作的推进，我们的管网从市政道路向排水户延伸，越来越接近正真的污染源头，很多的在市政路上的开挖支护方式到了居民密集处，房屋密集处，交通密集处将不再适应，但我们很多设计单位由于经验，专业水平等原因，选择了不合适的支护形式，导致实际现场施工难以推进，最终导致工程停滞甚至取消，更甚者由于开挖支护方式不当造成附近建筑物损坏导致赔偿。所以我们的排水专业设计人员应在方案阶段就必须根据现场实际情况和规范允许情况对开挖支护方案有一个研判，在可研方案或初步设计，设计概算中考虑相关支护开挖方式对实施可行性和费用，避免设计与实际脱节，费用包不住的情况，而不能只顾排水专业而不顾其他专业又或者结构专业不理排水专业，各自画图而没有通盘考虑。作为市政排水工程的主导专业，排水设计将这类问题统筹考虑是非常有必要的。由排水专业在方案阶段就已经对支护设计方案进行研究为日后的支护设计提供指引。本文将从规范规定，实际实施经验对各种支护设计方案进行介绍与研究。

根据《室外排水设计标准》5.3.14的规定：管道的施工方法，应根据管道所处土层性质、埋深、管径、地下水位、附近地下河地上建筑物等因素，经技术经济比较确定是否采用开槽、顶管或盾构施工等。开槽施工有放坡开挖方式，横列板支护、钢板桩支护开挖方式，重力式挡土墙支护开挖方式，工法桩支护开挖方式。以下为常用形式的支护设计情况。

一、放坡开挖支护形式

（一）规范规定：依据《给水排水构筑物工程施工及验收规范》4.4.4条规定开挖坡度要求，开挖深度约2.5米，再根据一般挖机都是跨槽施工而导致的动载，按砼管污水管径D400，再按照《给水排水管道工程施工与验收规范》的最少开挖宽度要求，如土质按老黄土考虑坡度按1：0.33算，则开挖宽度为2.85米，如按中密的碎石类土计算开挖宽度为4.95米，如按中密沙土考虑，开挖宽度为8.7米。如去到居民区的街巷施工，街巷范围一般为6米左右，考虑0.5米的安全距离，可开挖宽度为5米，按中密沙土坡度1：1.5反推基坑深度仅为1.2米。通过上述数据，管道埋深将受土质和开挖面宽度影响较大，故设计时需参看勘察报告的土质判定以及相关数据，另外尚需了解现场的可施工范围，了解开挖面情况。对于狭窄街巷管网尽量以支管为主，非必要不要布设主干管。

二、横列板和钢板桩支护形式

（一）横列板支护（图1）

横列板支护根据木材的强度以及施工难度进行选用，施工安全横列板支护一般适合于2.5米深以内，并需要按照时空效应，在开挖施工面后立刻进行支护。所以在在设计方案中，需将横列板的具体做法和需要准备的材料予以说明，并辅以大样。现在很多设计单位，对于横列版支护没有图样，只有说明，导致现场施工支护没有指导图纸。而且由于选用木材制作的方木竖棱，易损坏强度不高，在较硬的如老黄土等情况难以用压桩机压入，而需要超挖埋设，故在此情况下需采用槽钢作为竖棱。

因为横列板需要基坑形成后工人进内操作，所以而对于地下水丰富，存在流沙管涌的地区一般不宜选用，设计人员需予以注意。

（二）钢板桩支护

钢板桩支护是最常见的排桩支护方式，管网施工图设计最常见的支护方式，为什么常见，主要是其适应性广，造价相对低廉，桩体可重复运用符合绿色建设的需求，分震动式和静压式（见图2）施工方法。但是震动式钢板桩支护在其施工时的压入和拔出同时有较大震动，对周边建筑影响较大，噪声大，又因为机械钢板桩堆放的要求所以有占地范围较大的问题。但总体来说优点多于缺点，在设计中如根据实际情况予以周全考虑，是一个不错的支护设计。现在我们来讨论钢板桩选用的设计要点：1、适用深度：根据广东省标准《深基坑钢板桩支护技术规程》3.0.1，支护深度不宜超过9米，因为一般嵌入深度为开挖深度的2倍，桩再长则施工困难也不经济。现时国内钢板桩通用长度最长可达18米，但是一般市面较多的是6，9，12米定型桩长，并可采用焊接并接增加桩长，但焊接部分存在应力集中情况，所以图纸中需说明焊接部位不得连续在同一标高，具体参见相关支护规范。2、适用土质，一般适用于大部分土质，根据广东钢板桩技术规程，采用标准贯入击数N分类采用，N<25的的砂土、粉土及黏性土地层适用振动沉桩法及静压沉桩法。高压射水辅助沉桩法适用于砂土、碎石土及N<50 的粉土及黏性土地层。螺旋钻辅助静压沉桩法适用于N<75 且最大粒径小于75mm的碎石土地层。3、适用位置：根据广东钢板桩技术规程3.0.3 钢板樁支护应满足下列功能要求：1 保证基坑周边建（构）筑物、地下管线、道路的安全和正常使用。2 保证主体地下结构的施工安全和施工空间。3.0.6 条振动沉桩法适用于周边环境等级为二级或三级的钢板桩支护基坑，静压沉桩法适用于周边环 境等级为一级、二级或三级的钢板桩支护基坑。广东的<建筑基坑工程技术规程DBJT 15-20>规定环境等级一级定义为基坑开挖影响范围存在浅基础房屋，桩长小于基坑开挖深度的摩擦桩基础建筑，轨道交通设施，隧道，防渗墙、雨污水管，供水总管，煤气总管，管线共同沟等照耀建构筑物，设施。环境等级为三级定义为：周边三倍基坑开挖深度范围内无任何建筑、管线等需保护的建（构）筑物。基坑开挖影响范围一般取1倍开挖深度，当存在砂层，软土层时取2倍开挖深度。根据上述要求，震动式钢板桩机不能在一级环境中使用，换言之就是不能太靠近房屋，而在广东地区一般存在软土层，故在使用钢板桩时深度达到2.5米以上时，最少开挖影响宽度为2.5*2+1.2=6.2米，一般的街巷已满足不了这个要求，所以钢板桩施工一般只适合在市政路等宽阔无其他管线建筑物的地域。除上述的要求外，我们的设计还应考虑打桩影响范围，类似震动式钢板桩施工震动影响范围应按桩长进行估算，一般为桩长的1-2倍。而对于静压桩施工法虽然静压机械有小型但由于需要较大型机械予以配合，特别是需要进行钻孔施工时，一般难以进入街巷施工。

三、重力式挡土墙支护开挖

应用于管网开挖支护的重力式挡土墙一般通过混凝土搅拌桩，高压选喷桩形式进行土体固化，这两种方式较为常见，其他的注浆加固，工法桩（搅拌体内加插槽钢）一般应用较少。

重力式挡土墙的开挖深度一般不大于6米，但对土质要求能与水泥较好混合，具有软塑的土层条件，如遇障碍物，有机质土，有腐蚀性的地下水，地下水丰富土层需进行试验适用性，并不得用于泥炭土。同时开挖条件需具备施工重力式挡土墙的宽度，邻近开挖面没有重要建筑物和地下管道。采用混凝土搅拌桩做支护主要制约是场地问题，由于搅拌桩机要求竖向空间较高，并随搅拌深度加大，遇障碍物，如高压线等难以实施，同时其施工时单纯机械需占地2.5米宽以上，即桩中两侧2.5米均为施工面，道路狭窄时难以实施。而高压旋喷桩，机械细小，控制得当施工质量有保证，但是造价昂贵，造价根据水泥用量而定，一般是搅拌桩的5-7倍，这让让很多业主望而却步。上述两种设计方案由于需要等待混凝土28天龄期，所以与钢板桩支护相比施工工期多出数倍，难以满足管网工程施工短平快的要求。同时重力式挡土墙支护在没有加筋的情况下抗剪强度不足，在存在额外的动载情况下不保险，而管网工程大部分位于道路上，动载较大。所有管网工程采用重力式挡土墙做支护较小，一般在井体支护才予以适用。

另外在一些个别困难不能采用放坡开挖，又不能打钢板桩的位置，又不能施工搅拌桩或旋喷桩，采用搅拌体内加插槽钢的工法桩是一个比较好的方法，具体做法是在搅拌桩或旋喷桩刚形成的尚未凝固的桩体内压入槽钢提升其抗剪能力，此方式在狭窄的街巷较为有效，但造价很贵只能小范围采用。

综上所述，污水管网工程的支护设计方案需根据土质，周边建筑物情况等现场实际情况而定，而相对比较适合的是边坡支护和钢板桩支护。而随着污水管网工程从市政路往排水户推进，工程实施将面临更复杂的现场，所有需要设计人员在确定方案前必须到现场进行踏勘，并参阅相关地质资料，综合相关情况进行考虑方能出具合适有效的支护设计方案。