王進(jìn)明，陸舟超

（浙江省巖土基礎(chǔ)公司，浙江寧波315040）

非開挖鋪管引起路基塌陷的處理措施

王進(jìn)明*，陸舟超

（浙江省巖土基礎(chǔ)公司，浙江寧波315040）

通過分析本次事故的成因，結(jié)合本次地基處理技術(shù)方案，介紹了注漿加固法進(jìn)行類似失穩(wěn)、軟弱地基處理的原理、工藝設(shè)計(jì)、施工措施等，為注漿法在以后類似工程中的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

非開挖；路基塌陷；注漿；加固處理

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展和需求，為保護(hù)城市環(huán)境，近年來，我國大力開展非開挖技術(shù)，然而因不同的地質(zhì)條件或采取的保護(hù)措施不當(dāng)，多地出現(xiàn)路面沉降、下陷甚至是大面積塌陷的現(xiàn)象，而此類現(xiàn)象的產(chǎn)生大多是因?yàn)槁坊霈F(xiàn)了大面積孔隙或者空洞，從而嚴(yán)重影響到線路的正常運(yùn)營，不但原有市政管網(wǎng)會受到破壞，更威脅到路面正在行駛的車輛和行人安全，重則出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。因此，對施工范圍內(nèi)的路基孔洞必須進(jìn)行處理，以確保生命財(cái)產(chǎn)安全。注漿即是將某種具有流動性和膠凝性的漿液按一定的配比要求，通過鉆孔灌漿的設(shè)備壓入到縫隙中的一種施工方法，其目的是使?jié){液在被灌載體中滲透、擴(kuò)散、充塞，經(jīng)一定時間后凝結(jié)和硬化，從而達(dá)到加固載體的效果。

1　工程概況

本工程位于上虞市三環(huán)路、稱山路口，計(jì)劃采用非開挖牽引法鋪設(shè)一條DN800污水管道，鋪設(shè)長度約110m，如圖1所示。施工過程中，第一次水平段穿管標(biāo)高為+0.00m，擴(kuò)孔至500mm后，發(fā)生塌孔現(xiàn)象（擴(kuò)孔過程中未對已擴(kuò)段進(jìn)行填充）。后在原位置調(diào)整穿管標(biāo)高為-2.80m（位于第③淤泥質(zhì)粘土中）后，成功完成擴(kuò)孔至1200mm，但在管道牽引過程中，牽引約40余米后，無法繼續(xù)牽引，判斷已擴(kuò)孔段發(fā)生塌孔，鉆頭與鉆桿仍在地下孔道內(nèi)，同時三環(huán)路路面也已出現(xiàn)路基下沉，影響了道路的正常使用，致使該區(qū)域道路部分封閉。

2　事故成因及現(xiàn)狀分析

經(jīng)過地質(zhì)情況分析，第一次施工所在地層為②層粉質(zhì)粘土層（稍密，軟可塑，含大量粉粒，粘性顆粒含量少，搖振反應(yīng)較迅速），在施工中鉆具產(chǎn)生的振動及路面過往車輛的振動，導(dǎo)致土層出現(xiàn)搖振現(xiàn)象，已擴(kuò)孔段孔壁失穩(wěn)坍塌。第二次施工地層在③層淤泥質(zhì)粘土（飽和，流塑，含云母顆粒，高壓縮性）中，因擴(kuò)孔孔徑較大（1200mm），而土體的穩(wěn)定性較差，擴(kuò)孔護(hù)壁采用的膨潤土泥漿護(hù)壁的方式不足以起到對已擴(kuò)孔段孔壁完整的支護(hù)作用，孔壁土體容易失穩(wěn)而塌落，導(dǎo)致擴(kuò)孔完成后管道牽引無法完成，如圖2所示。

因擴(kuò)孔護(hù)壁方式采用膨潤土泥漿護(hù)壁，在管道牽引受阻后，若長時間停滯得不到及時處理，則會因?yàn)槟酀{沉淀，使孔道頂部土體逐漸失去支撐，引起大范圍的空洞，即類似于采礦工程上經(jīng)常出現(xiàn)的采空區(qū)，由此導(dǎo)致地面進(jìn)一步塌陷。而且在施工受阻后，鉆桿及鉆具均在地下孔道內(nèi)，若放棄原有施工區(qū)域，將會影響到后續(xù)的施工工序和施工工期，需要大范圍的改動設(shè)計(jì)及造成更大成本損失，因此綜合考慮各個因素，必須對現(xiàn)有地下孔洞進(jìn)行加固處理。

圖1　管道平面位置示意圖

3　加固處理措施

圖2　管道鉆孔軌跡圖

3.1加固原理及方案

經(jīng)過分析，決定采用注漿法進(jìn)行處理，漿液采用水泥砂漿。注漿法是利用氣壓、液壓等其他擠壓方法，將能固化的水泥砂漿注入到欲加固的區(qū)域內(nèi)，使?jié){液和土體或者巖土一起固化凝結(jié)為一體，從而改善地基的物理力學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)地基承載力，確保失穩(wěn)地基上建筑物或者其他荷載的穩(wěn)定性。在本工程中，采用壓入式注漿法，通過機(jī)械設(shè)備活塞的擠壓，漿液注入地層空洞區(qū)域，并克服阻力滲入地層的孔隙內(nèi)，水泥砂漿與土體一同固化后，增強(qiáng)該地層的土體穩(wěn)定性和承載力。

3.2處理范圍

根據(jù)工程實(shí)際情況，將平行的?500mm和?1200mm孔道上方分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段區(qū)域分別對其進(jìn)行加固，并對橋臺搭板枕梁處進(jìn)行了加固。

Ⅰ區(qū)段為回拖管線未施工到位的直線段（約35m），該區(qū)段大部分位于三環(huán)路下，路面產(chǎn)生路基下沉，實(shí)施封閉，采取在路中垂直鉆孔后豎向填充的方式進(jìn)行加固處理。

Ⅱ區(qū)段為回拖管線未施工到位的斜線段（約35m），該區(qū)段大部分位于三環(huán)路北側(cè)，該區(qū)域環(huán)境稍寬松，采取在孔道內(nèi)打設(shè)斜注漿管后進(jìn)行加固處理。

Ⅲ區(qū)段為回拖管線已施工到位區(qū)段（約45m），因管徑比孔徑小400mm，理論計(jì)算管外空隙達(dá)到孔周面積的55.56%，且其頂部另有一直徑?500mm的孔道未處理，采取注漿充填措施。

橋臺搭板枕梁處垂直打設(shè)注漿孔，進(jìn)行注漿加固處理。

3.3注漿孔布置

在道路上沿?500mm和?1200mm孔道上方打設(shè)單排注漿孔，孔間距根據(jù)工程特點(diǎn)確定為3m，Ⅰ、Ⅱ區(qū)段深度按?1200mm管道埋深控制為10m，Ⅲ區(qū)段7.5～7.7m，共計(jì)21個。

在橋臺搭板枕梁處垂直打設(shè)單排注漿孔，間距3m，深度為8.0m，中間2個主車道設(shè)5個孔，兩邊輔助車道各設(shè)3個孔，共計(jì)16個，如圖3所示。

圖3　注漿孔鉆孔布置示意圖

3.4注漿材料及漿液配合比

本次注漿漿液采用水泥砂漿和純水泥漿，注漿砂漿配合比為砂∶水泥∶粉煤灰為5∶5∶3，水固比為1∶1.5，預(yù)計(jì)注漿量為1.5m3/m。純水泥漿水灰比為1∶0.5，水泥砂漿和純水泥漿水泥標(biāo)號均為42.5普通硅酸鹽水泥，水泥砂漿和純水泥漿內(nèi)摻入一定量的水玻璃。

3.5注漿方案

3.5.1鉆孔

由于路基塘渣回填層較厚，淺部塘渣層采用風(fēng)動潛孔錘偏心跟管鉆進(jìn)方法引孔，鉆具選用?89mm沖擊器及?146mm偏心鉆頭，套管為?127mm無縫鋼管，直至打穿塘渣層。下部土層采用XY-100鉆機(jī)鉆進(jìn)，鉆頭選用?89mm合金鉆頭，鉆進(jìn)深度以穿透需注漿層0.5m為準(zhǔn)。

3.5.2漿液配制

根據(jù)設(shè)計(jì)配合比及現(xiàn)場所使用的攪拌容器容積計(jì)量配制漿液，并用標(biāo)識牌標(biāo)明，懸掛在攪拌站。水泥采用42.5普通硅酸鹽袋裝水泥，用量控制較為準(zhǔn)確，漿液中加入水泥量1%～2%的速凝劑（水玻璃）。為了確保拌合均勻，采用二級攪拌，每次攪拌時間不少于3min。

3.5.3砼填充

在注漿前，先填充?1200mm孔段牽管部分，對三環(huán)路南側(cè)的已牽引入三環(huán)路的?800mm管道部分，用C15細(xì)石砼填充，防止砂土回灌入管。

3.5.4注漿工藝

由于未回牽管道的已成孔道區(qū)域有一定的空間，采用自流漿液結(jié)合二次壓力灌漿方式，以充填孔道空洞及塌落土層中的空隙。

3.5.4.1Ⅰ區(qū)段

Ⅰ區(qū)段注漿分2次進(jìn)行，第一次注漿主要以置換現(xiàn)有孔洞內(nèi)泥漿為主要目的，選用細(xì)砂、粉煤灰及水泥作為混合填充材料，細(xì)砂、粉煤灰及水泥配比為10∶4∶1，現(xiàn)場根據(jù)實(shí)際情況稍作調(diào)整，調(diào)整原則為可灌、不堵塞、流動性較強(qiáng)，適當(dāng)延長漿液凝固時間。第二次注漿為補(bǔ)充注漿，補(bǔ)充孔道內(nèi)孔隙及以上層土體已產(chǎn)生的孔隙。具體施工步驟如下：

①從鉆頭位置開始，直接鉆孔至孔底，隨后插入兩根注漿管（其中一根填充水泥砂漿，管徑?50mm，以下簡稱A管，另一根填充水泥漿，管徑?25mm，以下簡稱B管），并在臨近已拖引完成管道處預(yù)留一個注漿管，管徑?25mm（以下簡稱C管），如圖4所示；

圖4　Ⅰ區(qū)段加固處理示意圖

②將牽引鉆頭拖出約2m后，立即在A管內(nèi)注入水泥砂漿，灌漿分3次進(jìn)行，特別在標(biāo)高為-2.50m、-1.80m、-0.25m時灌注并隨時掌握其注漿壓力、耗漿量等情況，隨后可拔出A管，保留B管；

③牽引鉆頭拖出約3m，拖出過程中，B管跟進(jìn)注漿，隨后沿鉆頭拖動方向與前一孔間隔約3m位置，再鉆孔至坑底，并插入A管及B管，并在A管內(nèi)進(jìn)行灌注水泥砂漿；

④B拔過程中，塘渣底0.5m以下可采用純水泥漿填充，塘渣以上部分在水泥漿液中摻入水玻璃，以加快水泥漿液凝固時間；

⑤C管處采用水泥漿注漿，封閉已拖引完成處管道節(jié)點(diǎn)；

⑥重復(fù)過程至鉆頭拔出該區(qū)段。

3.5.4.2Ⅱ區(qū)段

Ⅱ區(qū)段與Ⅰ區(qū)段相同，也分2次進(jìn)行。具體施工步驟如下：

①將牽引鉆頭拔出，隨后插入2根注漿管，以下簡稱D管（?50mm）、E管（?25mm）；

②在D管內(nèi)注入水泥砂漿，置換孔道內(nèi)泥漿；③在E管內(nèi)注入水泥漿，填充孔隙；④與道路距離較遠(yuǎn)處采用回灌砂石料。

3.5.4.3Ⅲ區(qū)段與橋臺搭板枕梁處

Ⅲ區(qū)段及橋臺搭板枕梁處加固處理同Ⅱ區(qū)段②、③處理步驟。

3.5.5注漿參數(shù)控制

3.5.5.1灌漿壓力的控制

結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)和公式：

［PL］=P0+mH+kγh

式中：［PL］——允許灌漿壓力，kPa；

P0——地面段允許灌漿壓力，kPa，覆蓋層為塘渣回填，結(jié)構(gòu)疏松，故不作考慮；

m——灌漿段每加深1.0m允許增加的壓力值，kPa/m，查得m取60；

H——灌漿段深度，m，7.5～10.0m；

k——系數(shù)，取1.2；

γ——壓重層重度，kN/m3，取18；

h——壓重層厚度，m，按4m考慮。允許灌漿壓力控制值確定為0.6MPa內(nèi)。

3.5.5.2灌漿量的控制

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)段水泥砂漿充填灌漿量根據(jù)孔道形成的最大空洞體積進(jìn)行計(jì)算，其中Ⅰ區(qū)為46.5m3，Ⅱ區(qū)段為41.5m3，Ⅲ區(qū)段為30m3。

3.5.5.3灌漿終止條件的控制

終止標(biāo)準(zhǔn)采取壓力—流量雙控法：在注漿壓力達(dá)到600kPa，且能穩(wěn)定持續(xù)5min時可結(jié)束注漿；當(dāng)注漿孔附近地表發(fā)生大范圍開裂、隆起變形時可結(jié)束注漿；滿足其一即可終止。當(dāng)單孔注入量異常大時應(yīng)暫停注漿，分析清楚原因后采取間歇注漿的方法進(jìn)行。

4　實(shí)施效果及質(zhì)量檢測

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)實(shí)際水泥砂漿灌漿量為理論計(jì)算值的0.9倍左右，通過二次壓力注漿結(jié)束后28d，按照注漿孔數(shù)量10%進(jìn)行鉆孔取芯，結(jié)合有關(guān)注漿量的原始記錄和芯樣情況，對注漿效果進(jìn)行了直觀判斷：空隙填充率達(dá)到85%以上，道路恢復(fù)通行3個月后，通車情況良好，路基穩(wěn)定無明顯下沉。

5　結(jié)論

路基注漿加固施工使施工范圍內(nèi)的土層空隙得到了有效充填，路基范圍內(nèi)的土體經(jīng)過注漿后，不同程度地得到了壓密固結(jié)，提高了地基承載力，保證了路基穩(wěn)定性。通過本次工程實(shí)踐證明，注漿技術(shù)對于處理因地層空洞而引起的地基下陷有著很好的應(yīng)用參考性。

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1004-5716（2016）04-0011-04

2015-04-17

王進(jìn)明（1981-），男（漢族），江蘇蘇州人，工程師，現(xiàn)從事巖土工程施工技術(shù)與管理工作。