近年来随着人们生活品质的提高, 使地下管线扩充需求迫切。传统的直埋敷设方式难以满足需求, 超量的地下管线未进行规划, 同时交叉路口处地下管线错综复杂, 从而导致施工期间断水断电等, 给生活生产带来相当大的困扰。城市基础设施是保障城市空间拓展、完善城市功能的重要载体, 城市地下综合管廊的建设是基础设施中的重要组成部分。

由于城市地下综合管廊均埋设在已建城市道路下方, 为避免造成城市交通拥堵和大面积破坏城市道路, 一般城市地下综合管廊施工时, 基坑支护形式均采用拉森钢板桩支护, 预留用于施工的操作面不会太大, 待管廊主体施工完成后, 两侧就形成一个深窄基槽, 对于深窄基槽内回填土的压实度控制, 一般的施工方法很难满足规范要求和设计要求的压实度。本文以实际工程为例, 结合安全、质量、进度、可操作性、经济性5个方面的要求, 对不同夯实方法进行对比分析, 利用QC小组活动, 制造一个简易的夯实装置, 从不同施工方案比选、夯实装置施工工艺、材料选择、回填材料选择、夯实方法选择对一种夯实装置的研发进行简要的阐述。

根据以往的施工经验和常规施工方法, 列出3种夯实方案, 其中2种为常规施工方案, 1种为本文所述的施工方案。 (1) 方案1:人工下到基槽采用冲击夯进行人工分层夯实; (2) 方案2:“水夯法”进行夯实; (3) 方案3:自制夯实装置, 配合机械进行分层夯实。

对以上3种方案从适用性、经济性、工期3个方面进行比较, 如表1所示。

自制夯实装置在制造过程中需要解决的问题: (1) 自制夯实装置的材料及规格选择; (2) 施工工艺的选择; (3) 回填材料的选择; (4) 回填料松铺厚度和夯实时间的确定。针对上述存在的4个问题, 分别做了对比分析, 得出解决方法。

1) 方案1采用5mm厚钢板作为底板, 尺寸为800mm×800mm, 竖向杆件采用[16, 加劲肋采用5mm厚钢板。

2) 方案2采用10mm厚钢板作为底板, 尺寸为700mm×1 000mm, 竖向杆件采用I16, 加劲肋采用10mm厚钢板。。

方案1材料用量较少, 但容易造成破坏, 底板尺寸与基槽宽度一致, 容易对管廊防水层和保护层造成破坏, 夯实面积较小;方案2材料用量稍多, 但焊接完成后相对较牢靠, 底板与管廊侧壁有一定间隙, 不会对防水和保护层造成破坏, 夯实面积增加。综合比较最终选用方案2。

1) 方案1采用冲击式夯实方法, 利用打桩机夹住夯实装置, 由上往下对回填料进行锤击。

2) 方案2采用振动密实的方法, 利用打桩机夹住夯实装置, 与打拉森钢板桩的原理相同, 压住装置, 开启振动进行夯实。

方案1施工难度较大, 降低了施工效率, 且上下锤击过程中容易对管廊防水、防水保护层、主体结构造成破坏;方案2施工难度低, 不会对管廊防水、防水保护层、主体结构造成破坏。综合比较最终选用方案2。

1) 方案1采用细砂作为回填料。

2) 方案2采用砂砾石 (最大粒径≤30mm) 作为回填料。

方案1中保山地区细砂很难在市场上买到, 且价格相对较贵, 供应量也不能满足要求;方案2中材料容易购买, 且供应量能满足施工需求。综合比较最终选用方案2。仅考虑了本地回填料供应情况, 故未列举其他回填材料。

1) 方案1回填料松铺厚度为200mm, 夯实时间为12s, 检测后压实度能满足设计要求0.92。

2) 方案2回填料松铺厚度为300mm, 夯实时间为15s, 检测后压实度能满足设计要求0.92。

假设压实一个与夯实装置底板大小一致的区域, 夯实厚度为3m, 利用方案1需要180s, 方案2需要150s, 比方案1节省时间。最后选择方案2。

不同回填材料的虚铺厚度、夯实遍数和夯实时间与压实系数的关系可根据本方法进行实际试验确定, 按不同厚度和夯实时间多组配合进行计算, 达到设计要求压实度时用时最少为最佳。

根据以上一系列综合比较, 得出自制夯实装置, 利用机械振动分层夯实的方法是最佳方案。

夯实装置采用10mm厚钢板作为底板, 尺寸为700mm×1 000mm, 竖向杆件采用I16, 加劲肋采用10mm厚钢板, 采用砂砾石 (最大粒径≤30mm) 作为回填料, 利用打桩机夹住夯实装置, 与打拉森钢板桩的原理相同, 压住装置, 开启振动进行夯实, 回填料松铺厚度为300mm, 夯实时间为15s。

工艺流程:夯实装置的制作→管廊两侧回填料回填 (每层厚度按300mm) →利用打桩机夹住夯实装置→先对一侧进行夯实→再对另一侧进行夯实→重复回填、对称夯实。

为保证方案的成功实施, 从技术、质量、施工工艺方面采取了加强巩固措施。

利用CAD软件绘制装置示意如图1所示, 并对相关管理人员、施工人员进行技术交底, 挑选焊接技术较好的电焊工进行施工, 严格按照图纸进行施工。

施工过程中对机械操作人员进行技术交底, 派专人负责现场指挥施工, 做好对成品的保护工作。

质量员在材料进场时就严格按照方案要求对材料进行抽查, 不合格的材料不得入场 (粒径>30mm) ;施工过程中加强现场巡查, 发现有不符合要求的材料严禁用于回填。

回填完成后, 在质监站、监理的见证下进行现场取样, 并进行压实度检测, 最后检测结果能满足设计要求。

通过多次对机械振动夯实时间和厚度按不同配置进行试验, 统计计算后得出最优配合比;技术人员对现场进行指导施工, 利用水平仪严格控制松铺厚度, 并对夯实时间进行严格控制;严格按照设计、规范、方案要求对两侧回填土进行对称夯实, 避免对管廊结构造成破坏。

基坑有内撑时, 根据基坑深度, 在焊接装置时就将立杆加长, 避免横撑和腰梁与打桩机冲突;施工过程中, 负责现场指导施工的技术人员须指挥夯实作业从横撑两侧开始, 尽量靠近横撑, 将夯实装置底板伸到横撑下方, 避免出现漏振现象。

云南省保山市中心城区地下综合管廊项目2016—2017年将完成列入试点的19条共计86.23km的干线、支线地下综合管廊建设, 形成一个“三纵四横”的综合管廊系统, 其中海棠路综合管廊舱体为单舱, 断面尺寸为3m×3m (见图2) , 位于西北侧机动车道下, 断面管廊中心线距道路中心线约为12m, 全长约为6 000m。基坑开挖深度为3.8~8.7m, 基坑支护形式为拉森钢板桩支护, 管廊两侧每边预留0.8m的施工操作面。

城市综合管廊大部分都位于道路下方, 管廊施工完成后, 必须保证深窄基槽回填土压实度达到设计要求的0.92, 才能保证路面恢复后不出现下沉、开裂等质量问题。

保山市地下综合管廊项目是全国15家地下综合管廊试点城市之一, 2016年开工项目必须按照政府下发的目标节点完成施工, 工期紧、任务重。

管廊两侧仅有0.8m的施工操作面, 且基槽深度较深, 在深窄基槽内回填压实难度较大, 且容易发生安全事故。

1) 目标1回填土压实度达到设计值0.92, 取样合格率达到100%。

2) 目标2在节点目标规定工期内完成施工任务。

3) 目标3充分利用现场机械, 降低施工难度, 提高施工效率。

1) 施工质量压实度检测合格率符合设计要求, 截至2016年12月15日, 共取样145次, 海棠路已出检测结果均能满足设计要求, 合格率为100%。

2) 安全施工从施工角度, 操作工人不必下到狭窄的坑槽内部进行夯实作业, 大大降低了施工难度, 提高了施工效率和施工质量, 同时也避免了施工作业时不必要的安全事故发生。

3) 经济效益以其中完成施工的海棠路为例进行计算。 (1) 人工费150元/d, 平均每天每个人工能回填夯实10m, 海棠路总长6 000m, 人工费约为90 000元。 (2) 打桩机台班费用为2 000元/d, 一个台班能回填夯实200m, 海棠路总长6 000m, 机械台班费约为60 000元。

二者对比之后, 能节约30 000元, 且随着长度的增加, 节约的费用更多。

4) 社会效益节约了施工工期, 加快了拉森钢板桩的循环使用, 减少了钢板桩的投入量, 无形中节约了施工成本;而且施工质量得到保证, 避免返工带来的二次费用和路面修复带来的损失。

随着城市地下综合管廊建设越来越多, 为避免造成以后路面出现开裂、沉降等质量问题, 对管廊两侧回填土的质量要求也越来越高, 只有保证回填土夯实度, 路基、路面施工完成后质量才能得到保证。回填土质量的把控对于确保建筑的整体质量至关重要, 自制夯实装置振动夯实的方法可节约大量人工和工期, 降低施工难度和安全施工程度大大提高, 也能满足设计、规范要求。