污水顶管施工导致某省道路面沉陷处理方案

陈建军

(东南大学建筑设计研究院有限公司，江苏 南京 210096)

0 概 述

江苏苏南某省道，为双向四车道一级公路，设计速度100 km/h，路基宽度28.5 m。周边某镇污水管网工程，采用顶管下穿该省道，顶管下穿长度50 m。

顶管施工完10 d左右，即发现道路路面发生沉陷，沉陷呈盆状，沉陷最大值达到18.8 cm，最深处在中分带北侧0.9 m处。影响范围顺路线约15～20 m。

图1 道路表面沉降曲线(垂直于顶管方向)

1 管道设计及施工概况

顶管采用泥水平衡机械顶管方式施工，采用DN800钢筋混凝土管，混凝土强度等级C50，抗渗等级S8。穿越处，管道管顶覆土深度约7.9 m。

根据本项目安评报告，顶管下穿界司线的管材、交叉角度、管道埋深均满足规范要求，顶管引起公路的沉降计算结果为3.0 mm，穿越管道孔壁稳定性理论上处于安全可控范围内。

2 工程地质情况

对管道沿线布设钻孔，根据地质勘察结果，顶管附近场地土层情况如图2。

图2 工程地质剖面图

顶管位置在砂质粉土与粉质黏土的分层处，容易造成上层粉土坍塌引起地面深陷变形。通过钻探发现两层较差的土，即第3A、3C层土有机质含量较高，有机质含量等土试数据，水泥土注浆或旋喷加固可能效果不好。

根据现场调查，道路两侧有15 m绿化带，绿化带以外为鱼塘。

3 沉陷原因分析

顶管施工引起地面变形的原因总体可以分为两个方面：一是因施工扰动使土体天然应力状态发生变化，土体中的土压力、孔隙水压力、土体密实度、地下水状况等也发生了变化，因产生了附加应力而使土体发生变形，引起地面沉降；二是施工所采用的顶进速度、注浆压力、管线纠偏等外在因素引起的地面变形。

根据本项目顶管处地质勘察结果，顶管穿越处土层为3B、3C土层，3B层为砂质粉土，透水性强，易产生流砂，容易产生沉降、坍塌；3C层为粉质黏土，呈流塑状，高压缩性，高灵敏度，局部夹粉(砂)性土较多，有较明显的触变、流变特性，在动力作用下极易破坏土体结构而降低强度，形成土层沉降。

本次污水管网工程，施工单位顶管顶进施工过程中，在刀盘切削、搅拌及振动作用下，土体极易产生扰动，加之注浆等措施不到位，极易引起管周土层坍塌，继而引起路面沉降。

此外，施工单位在顶管施工过程中，易存在顶进速度过快的情况，使得管周产生较大空隙，造成沉降。

道路南北两侧为鱼塘，地下水位较高，水压较大，施工时未有效隔离地下水也会导致土层的坍塌。

4 修复方案

污水管顶推施工，扰动了土体，造成路基下沉，为了提高路基的强度，对土体进行加固。加固方式有多种，如水泥搅拌桩加固(湿喷桩、高压旋喷桩)、压力注浆加固等，需根据现场条件选择合适的加固方式。本次采用高压旋喷桩加固路基，以减小沉降、提高路基承载力、填充土层内部空隙。

图3 高压旋喷桩平面布置图(单位：m)

高压旋喷桩地基加固技术应用广泛，方便、工艺简单、地基加固见效快、耐久性好、施工工期短等优点，可广泛应用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉质粘土、(亚粘土)、粉土(亚砂土)、砂土、黄土及人工填土中的素填土甚至碎石土等多种土层。

高压旋喷桩桩径采用0.8 m，桩间距：管道周边1.5 m，外围2 m，总体呈梅花形布置；桩长一般为10 m， 管道以上为6 m。桩顶标高控制在路面结构底40 cm。

高压旋喷桩施工完毕后，重新修复原有路面结构。

图4 高压旋喷桩立面(单位：m)

施工过程中对路基、路面变形情况进行监测。施工过程中每半幅路面及路侧应设置高程观测点，每1～2个施工工作日做一次高程观测以保证工程质量。根据施工进度中路基、路面变形情况的变化及时调整灌浆压力等施工工艺。

5 结 语

路面修复后，通车近两年时间，目前该省道的路面使用状况良好，未再发生沉陷及其他路面损坏现象。本次高压旋喷桩技术的成功运用，可为类似情况的处理提供借鉴经验。