高水位不成桩粉细砂地段顶管工程成败案例思考

孙 安，史慧婷

（1.广东省建筑设计研究院，广东 广州 510010；2.广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060）

1 概述

为解决近珠江某市政路两旁现阶段的污水排放问题，需沿道路新建一条d800污水管道接入现有污水管道系统，管道总长约1 600 m。由于要横穿几条现有的浅埋管道，故新建管道管中标高位于地表以下4.5~7 m。工程末端管道接入现有污水检查井，地表附近为一间现有配电房，且路面上空5 m左右有高压电线，不能迁改。工程全长沿线两旁多为2~5层建筑与厂房，道路为双车道，路面宽约7 m，行车较多，交通繁忙。

2 工程地质与水文地质

鉴于周边现有建筑较多，且道路狭窄、交通繁忙，如明挖则对周边环境影响较大，难以实施，故采用顶管方式施工。

根据钻孔资料揭露，管道前1 100 m（含顶管井J1~J12）从上至下土层依次为填土层（厚约0.5 m）、淤泥质土（厚约1.5 m）、粉质黏土层（厚2.5~5m）及强风化岩层，管道所在层多为粉质黏土层，局部为强风化岩层。后500 m（含顶管井J13~J18）从上至下依次为填土层（厚2~3.5 m）、淤泥质土（厚1.0~3.0 m）、粉细砂层（厚 2.5~3.5 m）、淤泥质土（厚2.0~5.0 m）、强风化岩层，其中管道所处地层多为粉砂层。

3 顶管井J13~J18存在的问题

受现有地表情况限制，顶管工作井采用方形逆作法实施，其内净空为3.5 m×6.5 m，接收井采用圆形逆作法，内直径为3.5 m。顶管井施工前，先于井外周施工两排止水旋喷桩，桩径500 mm，桩中心间距350 mm，桩底入粉质黏土/强风化岩层不小于1m。工作井在洞口前方附加3排加固桩以防止机头磕头现象[1]。顶管井开挖过程中，J1~J12井顺利实施，J13~J18井逆作法挖至地下4 m左右发生漏水现象，致使无法施工。现场勘测发现，J13~J18井周边止水旋喷桩不成型，甚至是无桩，只有松散的含水泥块的粉细砂。推测原因，此处粉细砂层与珠江存在水力连通，地下水位偏高，粉细砂较为松散、级配差，按常规施工工艺旋喷桩难以成型，后在附近重做旋喷桩试验验证此点。鉴于重新施工旋喷桩成桩效果未必有保证，且代价较大、工期较长，为此需重新考虑。由于顶管井已实施至4 m，故考虑在逆作法井内新建一4 m高方形沉井下沉至设计标高。采用回填中砂至地下2 m，在井内支模施工沉井，沉井与顶管井间隙采用易拆卸塑料泡模。受内净空所限，沉井壁厚取250 mm，采用C40混凝土加膨胀剂，钢筋加强配置。拆模后内取土开挖顺利沉至底部并成功封底。顶管井内置沉井示意如图1所示。

4 管道末端存在的问题

图1 顶管井内置沉井示意图（单位：mm）

工程末端为J18接入现有污水检查井。平面长约17 m，埋深7 m，地面附近为配电间及高压线，不能明开挖施工。考虑机头顶进至原有污水检查井机头难以取出，故拟采用闷顶顶进，即不设置机头，且管道前端不封堵，管道末端采用千斤顶压入，通过非挤土方式逐渐顶进。待顶入至现有污水检查井井壁，再人工掏出管内土。为方便人工掏土作业，管道内径由0.8 m改为1.0 m。施工时发现，由于粉细砂层含水率高，较松散，当闷顶顶进1 m时，地下水及粉细砂通过管道不断向顶管井内流入，导致顶管井附近路面出现塌陷，难以继续顶进，故需另行设计。

后拟采取旋喷桩加固方案，即采用旋喷桩加固管道外周1 m的土体，待土体凝结成型再采用人工清障、机械顶进方式。考虑到此前旋喷桩难以成型，故施工旋喷桩时加入一定量的水玻璃等速凝剂以方便成桩。但钻芯试验桩发现，成桩效果较难控制，桩体部分为坚硬块状，部分为不成型粉末状，成桩范围偏差较大，如贸然人工清障风险较大，故需重新调整方案。后经多方论证，采用在管道外围2 m施工双排旋喷桩，单桩水泥用量增加至250 kg/m，且含水率控制在0.50，同时施工时根据现场试桩成果增加一定比例速凝剂。桩端进入不透水层不小于2 m，桩之间交叉密扣150 mm，以形成相对封闭的区域。再在此封闭区域内采用旋喷桩满堂地基处理，桩与桩之间密扣50 mm，单桩水泥用量200 kg/m，水灰比控制在0.80。抽芯结果表明，由于外围旋喷桩已形成封闭圈，故后期旋喷桩受地下水影响小，圈内旋喷桩成桩效果良好，适合人工清障顶进。施工过程中，由于隔离外界地下水，故人工清障顺利顶进[2]。满堂地基加固顶进示意如图2所示。

图2 满堂地基加固顶进示意图

5 结语

（1）高水位不成桩粉细砂地段旋喷桩成桩一般较困难，此时需改进旋喷桩施工工艺，减小水灰比，掺加适当速凝剂及时固化，并通过现场抽芯检验及时调整各参数。

（2）对于已施作逆作法井中途遇流砂或地下水冒出情况，可考虑采用内置沉井做法，沉井采用高1~2级标号的混凝土，并加强钢筋配置。

（3）对于顶管接入现有井，当土体相对密实土质较好时，闷顶不失为一种较好的选择，避免了人工清障的风险。

（4）对于高水位粉细砂地区，当不能直接机械顶进时，可考虑采用施工双排甚至三排密扣旋喷桩，同时掺加速凝剂，增加混凝土含量，以形成密实的止水封闭圈，再在封闭圈内加固土体，形成可人工清障的条件，再以人工清障机械顶进方式顶进。