邳州S323与南京路交叉口路基沉陷处理方案分析

王志香

【摘要】S323邳州段（环城北路）与南京路交叉口处，水利顶管工程从平交口路面下部穿过，因顶管施工发生意外，致使顶管周围及上覆土层土方流失、松散，路面发生沉陷。本文对此案例进行了认真分析，并提出了处理方案，经实施后，效果良好。

【关键词】顶管施工；土方流失；路面沉陷

一、顶管施工概况

邳州市环城北路顶管工程采用两根内径2.2m（外径为2.64m，管净距3m）的钢筋砼管，顶管距离平交口处路面顶部距离为8.4m左右。在通过交叉口的两侧位置分别设置了顶管工作井，两工作井之间的间距为177m。

顶管位置土层上部0.5-1m为杂填土，以下为两层黏土层（粘层1层+黏土2层），黏土1层厚度3.5m左右，黏土2层厚度3m左右；以下为中砂层，厚度约为7-8m。

黏土1层（未扰动前）：含水率35.6%，空隙比1.051，饱和度92.04%，液性指数0.80，塑性指数18.95，压缩系数0.38，粘聚力24.64kpa，内摩擦角14.45度，标准贯入4.34击。

黏土2层（未扰动前）：含水率29.3%，空隙比0.899，饱和度89.04%，液性指数0.45，塑性指数19.86，压缩系数0.30，粘聚力35.11kpa，内摩擦角15.27度，标准贯入6.06击。

顶管施工采用大刀盘平面泥水平衡顶管机，顶管主要穿越中砂土层，该顶管机是全断面切削，刀盘切削和搅拌面积达全断面的100%以上，在掘进机工作时，泥水从进泥管进入掘进机的泥水仓里，泥水仓内的泥水再通过排泥管道排出。

二、路面沉陷概况

顶管施工过程中，顶管机切削作用扰动了土层，砂土发生了液化，而由于砂土层中存在粒径较大的砂浆块，堵塞了泥水平衡机，在清理砂浆块时，进出泥水仓的泥水将地基已经液化的砂土带走，造成泥水不平衡，致使顶管位置土层内部松散、脱空，路面产生了沉陷破坏。路面沉陷后，公路养护部门立即封闭平交口，在未经车辆行驶碾压的情况下，2天内最大沉陷量达到了60cm。

因该平交口位置重要，交通量大，亟需对沉陷的路基路面进行修复，以恢复道路的使用功能。分析其沉陷发生原因，路面结构下部应该发生了松散及脱空损坏，制定处理方案时应以彻底消除地基病害为目的，根除隐患，保证实施方案一次到位。

在将沉陷的路面结构层破碎挖除后，发现路面结构层下部发生了比较严重的脱空现象（脱空深度达0.5m左右），且该区域地下水位较高，脱空处明显有地下水渗出。

三、路面沉陷处理方案

因为顶管位置埋设较深（8.4m），若采用大开挖重新回填的处理方案，工作量大，造价高，影响范围及时间长，施工过程中支护困难，未知因素多，因此否掉大开挖方案。经必选后，设计采用相对保守的水泥搅拌桩并配合灌浆处理方案。水泥土搅拌法具有无振动、无污染等优点，而且施工时可避免对已有输水管道的破坏。

1、水泥搅拌桩设计

水泥搅拌桩是用特制的机械设备把水泥浆液送入地下，通过和原位地基土强制搅拌混合，使地基土和加固料之间很快发生一系列物理-化学反应，使原来的软土地基变成具有整体性、水稳定性和一定强度的加固土桩复合地基。从而提高地基承载力，减小沉降，达到加固地基的目的。

本项目设计桩徑0.5m，原则上按梅花形布置，桩间距按照1.0-1.5m设计。

为了增加水泥浆液的和易性及稳定性、提高喷浆水泥搅拌桩的早期强度，并考虑到本地段软土的天然含水量较高，在制备水泥浆时可掺加一些高效早强剂、减水剂等外掺剂。同时，为了保证喷浆水泥搅拌桩的质量，设计要求施工时喷浆水泥搅拌桩必须进行全程复搅。水泥浆液的水灰比可选用0.45-0.55，水泥掺量50kg/m。

由于项目地位于重要道路交叉口，工期要求紧，社会影响大，设计仅对成桩7d进行质量检测。 成桩7天内，施工单位先开挖自检，观察桩体成型情况及搅拌均匀程度，如实做好记录，检查频率为2%，开挖深度不小于1.5m，如发现凝体不良等情况，应报废补桩。对不同桩长路段，分别在整桩长度范围内进行钻芯取样，并进行无侧限抗压强度试验，抽检频率为桩数的2%。水泥土强度质量标准：R7d ≥ 0.28 Mpa。同时进行静载试验，可根据不同地质情况及桩间距抽检三桩复合地基承载力。

2、灌浆设计

水泥桩施工完毕后，配合施工灌浆方案。设计共设置8道灌浆孔，两道水管管中2道，管顶各2道，管侧各1道；管中、管侧的灌浆孔深度为10m，管顶的灌浆孔深度为5.5m。灌浆孔与水泥桩位置错开，灌浆孔横向间距1m。

灌浆材料采用普通水泥浆，水灰比采用1：1.2，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥。灌浆设计压力采用0.1-0.15MPa，施工中可根据实际情况适当调整。

采用循环钻灌法灌浆。在地表设孔壁管和混凝土块以防止地面冒浆，无需在孔中打人套管，自上而下钻完一段灌注一段，直至预定深度为止。钻孔时需用泥浆或较稀的水泥黏土浆作为循环冲洗液，既起稳固孔壁的作用，同时也灌入地层中一些浆液，起部分灌浆的作用。施工中，灌浆灌到不吃浆为止。

3、路基处理注意事项

a 施工前应对现有顶管进行平面和高程准确定位，以现有管道位置为基准进行布桩。管顶位置的水泥桩在准确定位顶管的高程后以桩底高程作为施工控制，桩底距离顶管距离为0.3-0.5m（设计桩长可适当调整）。

b桩基施工前对场地进行整平，如有坑塘，根据实际情况进行抽水，采用中粗砂进行回填碾压。

c 施工前，应勘测清楚桩基范围内是否还有其他管线，下部黏土层以下的砂土层是否为流动砂土或为地下水承压土层，若有发现，及时与设计部门联系。

4、路面恢复

对采用水泥搅拌桩及灌浆进行加固处理地基后；桩顶部铺设40cm碎石调平层+40cm8%石灰土（压实度≥96%），灰土顶面满铺加强型双向钢塑土工格栅，其上铺筑新建沥青路面结构层（4cm改性SMA-13+8cm AC-25C+ 36cm水泥稳定碎石+20cm二灰土）。

四、结束语

S323邳州段（环城北路）与南京路交叉口因顶管施工发生的路面沉陷，在采用水泥搅拌桩及灌浆处理地基并恢复路面后，现已竣工通车了1年多时间，路面使用状况良好，未再发生沉陷及其他路面损坏现象，其处理方法可成功借鉴于其他类似项目。