管道顶进工程中路面沉降加固处理研究

韩瑞东

摘 要：管道穿越公路顶进过程中往往会造成路面不同程度沉降，影响到公路通行安全，需要及时进行加固处理，同时还需保证公路正常、安全的运营。该文通过对顶进工程造成路面沉降的原因进行分析、研究，提出了一些具体、可行的处理措施，如对路基土体的加固、对基坑的加固、注浆堵水、对路面的铣刨处理、加铺等，并提出了具体的设计参数、施工控制要求，以及施工中出现问题的相关对策等，为今后类似条件的工程设计、施工及应急处理提供必要的参考。

关键词：顶进 沉降 注浆 堵水

中图分类号：U416 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（c）-0077-01

1 工程概况

管道穿越公路顶进过程中往往会造成路面不同程度沉降，影响到公路通行安全，需要及时进行加固处理，处理措施包括对路基土体的加固、路面铣刨、加铺等。

某给水管道套管穿越公路顶进工程中，路面发生沉降，具体情况如下。

顶进套管为D=2.4m钢筋混凝土管，顶进长度80m，交叉公路宽42m，管顶埋深在原地面下4.5m，地质情况为粉土，地下水位为原地面下3m左右，含水量ω=24%，孔隙比e=0.6，c=10kpa，φ=20°。工作井、接收井距离路基坡脚15m左右，顶进采用泥水平衡施工工艺。

由于距离建筑物较近，难以进行降水作业，工作井开挖后发现，地层实际含水量较高，基坑渗水较多，现场进行抽水作业，进行顶进。顶进过程中，路基自边缘至中心发生了不同程度沉降，边缘沉降8cm左右，中心沉降2cm左右，沿道路纵向影响范围25m左右。

2 原因分析

沉降发生后，参建各方认真对事故原因进行了分析、研究，召开专家论证会，认为造成沉降的主要原因为：（1）对水的封堵不及时，基坑暴露时间过长，基坑抽水使土体形成孔隙，在车辆荷载及自身重力作用下，产生沉降。（2）顶进速度快，造成了對土体的扰动，在管周产生空隙，造成沉降。

3 处理措施研究

针对事故原因，参建各方认真研究，制定了详细的处治方案。

（1）顶进工程暂停，降低对土体的扰动。为防止机头报死，每4h顶进一次，每次进尺不得超过30cm。（2）加强基坑堵水措施，在基坑周围打设拉森Ⅳ型钢板桩，进行水的隔离。钢板桩长度应经过计算，满足土压力要求。（3）道路实行交通管制，采取半幅封闭的方式，进行应急铣刨、加铺，保障通行。（4）基坑与道路间设置止水帷幕进行隔离，采用D80高压旋喷桩，按照两排梅花形设置，相互咬合20cm以上。（5）对路基进行注浆加固，护坡道范围采用高压旋喷注浆法，路面以下范围为减少振动，采用钢花管注浆法。（6）顶进结束后，立即进行管周水泥浆置换，并进行雷达检测，保证管周密实。接收井侧设置止水帷幕及钢板桩，防止地下水的渗流，严格控制开挖工序，开挖完成后，起吊顶管机头，尽快夯实回填基坑，尽量减少暴露时间。（7）提高路面沉降观测频率，每两小时观测一次，发现沉降异常应立即进行方案调整。

4 加固范围及施工控制参数

4.1 加固范围

加固范围根据土力学计算，并结合现场实际情况确定。根据土力学，地下工程对土体的扰动，自底部按照向顶部扩散。

式中：B—加固范围。

—管底宽度，取管外径2.88m。

管道埋深，管底至路面距离12m。

—土的内摩擦角，20°。

经计算，加固范围为20m左右，结合现场实际情况，确定加固范围25m。

4.2 施工控制参数

4.2.1 止水帷幕及旋喷桩

止水帷幕及旋喷桩采用高压旋喷注浆法成桩，成桩直径D=80cm，梅花形布置，注浆压力25-30MPa，水水比采用1∶1，水玻璃掺量为水泥的2%左右。流量为60～80L/min，转速为5～7r/min，提升速度4～6cm/min。水泥标号为325，由于地下水含硫酸根离子，具有弱腐蚀性，故水泥采用抗硫酸盐水泥；水玻璃波美度为30，模数为2.4。旋喷桩施工前需进行试桩，根据实际情况确定预定的浆液配比、喷射压力、喷浆量等技术参数。试桩数量不少于3根。

采用三重管法旋喷，先送高压水、再送水泥浆及压缩空气；喷射时先达到设计的喷射压力、喷浆量后，再逐渐提升注浆管，注浆管分段提升的搭接长度不小于100mm；当达到设计桩顶高度或地面出现溢浆现象时，立即停止当前桩的旋喷工作，并将旋喷管拔出并清洗管路。三重管法是将水泥浆与压缩空气同时喷射，除可延长喷射距离、增大切削能力外，也可促进废土的排除，减轻加固体单位体积的重量。

在旋喷过程中，会有一定数量的土颗粒，随着一部分浆液沿着注浆管管壁冒出地面，通过对冒浆的观察，可及时了解土层情况，判断旋喷的大致效果和断定参数合理性等，根据经验，冒浆（内有土颗粒、水及浆液）量小于20%可视为正常现象，如超出20%或完全不冒浆，应查明原因及时采取措施。

冒浆量过大的主要原因，一般是有效喷射范围与注浆不相适应，注浆量超过旋喷固结所需的浆量所致。减少冒浆的主要措施有：（1）提高旋喷压力；（2）适当缩小喷嘴直径（旋喷压力不变）；（3）加快提升和旋转速度，对于冒出地面的浆液，可经过选择和调整浓度后进行前一根桩返浆回灌，以防止空穴现象。

4.2.2 钢花管注浆

路基以下范围采用钢花管注浆的方式进行加固，由于路基较低，作业面较狭窄，钢花管采用扇形分布，以不同角度打入路面以下，沿路基纵向间隔布置的方式，孔间距30cm，每90cm一个循环，孔径90mm，钢花管采用采用直径42mm，壁厚4mm无缝钢管加工而成，管周梅花状设置注浆孔，间距15cm，管节之间采用丝扣连接或焊接。钻孔采用潜孔钻机成孔，孔内放置钢花管，钢花管采用45mm螺丝头将上部管口封死，在螺丝头上接注浆管，下部注浆管底口封死，防止泥土进入花管将花眼堵死。

注浆施工设备可采用HB—80型注浆机注浆，泵压控制在0.3～0.5MPa之间，流量为20-50L/min，水灰比为0.65：1，水玻璃掺量为水泥的2%左右。水泥采用325抗硫酸盐水泥，水玻璃波美度为30，模数为2.4。注浆孔须采用干钻成孔，除非钻遇路面结构层或卵石等障碍物无法钻进时，可加少量水湿润，平常严禁清水钻孔，成孔后为防止雨水灌入，必须采用水泥浆封孔或及时进行压浆；孔径需确保注浆管的放置。注浆时必须一次性将注浆管放置到设计深度，从下而上进行注浆，达到设计注浆压力低限后逐渐稳定加压，观察吃浆量，压力稳定3min后，吃浆量稳定或增加不多的情况下停止注浆。注浆过程中应严密观测路面高程，如有隆起等情况，应立即停止注浆。

为确保注浆效果，保证在浆液达到设计强度前，减少对地层的扰动，均采用跳打的方式，即隔孔注浆，延长相邻孔之间的注浆间隔时间。

本工点经对路基沉降的准确、有效的分析，提出合理、可行的加固处理方案，有效控制了沉降的发展，保证了行车安全。

参考文献

[1] 锚固与注浆技术手册[Z].

[2] 建筑工程水泥—水玻璃双液注浆技术规程（JGJ/T 211-2010）[Z].

[3] 建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012）[Z].