高水位不成樁粉細砂地段頂管工程成敗案例思考

孫 安，史慧婷

（1.廣東省建筑設(shè)計研究院，廣東 廣州 510010；2.廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州 510060）

1 概述

為解決近珠江某市政路兩旁現(xiàn)階段的污水排放問題，需沿道路新建一條d800污水管道接入現(xiàn)有污水管道系統(tǒng)，管道總長約1 600 m。由于要橫穿幾條現(xiàn)有的淺埋管道，故新建管道管中標高位于地表以下4.5~7 m。工程末端管道接入現(xiàn)有污水檢查井，地表附近為一間現(xiàn)有配電房，且路面上空5 m左右有高壓電線，不能遷改。工程全長沿線兩旁多為2~5層建筑與廠房，道路為雙車道，路面寬約7 m，行車較多，交通繁忙。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

鑒于周邊現(xiàn)有建筑較多，且道路狹窄、交通繁忙，如明挖則對周邊環(huán)境影響較大，難以實施，故采用頂管方式施工。

根據(jù)鉆孔資料揭露，管道前1 100 m（含頂管井J1~J12）從上至下土層依次為填土層（厚約0.5 m）、淤泥質(zhì)土（厚約1.5 m）、粉質(zhì)黏土層（厚2.5~5m）及強風化巖層，管道所在層多為粉質(zhì)黏土層，局部為強風化巖層。后500 m（含頂管井J13~J18）從上至下依次為填土層（厚2~3.5 m）、淤泥質(zhì)土（厚1.0~3.0 m）、粉細砂層（厚 2.5~3.5 m）、淤泥質(zhì)土（厚2.0~5.0 m）、強風化巖層，其中管道所處地層多為粉砂層。

3 頂管井J13~J18存在的問題

受現(xiàn)有地表情況限制，頂管工作井采用方形逆作法實施，其內(nèi)凈空為3.5 m×6.5 m，接收井采用圓形逆作法，內(nèi)直徑為3.5 m。頂管井施工前，先于井外周施工兩排止水旋噴樁，樁徑500 mm，樁中心間距350 mm，樁底入粉質(zhì)黏土/強風化巖層不小于1m。工作井在洞口前方附加3排加固樁以防止機頭磕頭現(xiàn)象[1]。頂管井開挖過程中，J1~J12井順利實施，J13~J18井逆作法挖至地下4 m左右發(fā)生漏水現(xiàn)象，致使無法施工?，F(xiàn)場勘測發(fā)現(xiàn)，J13~J18井周邊止水旋噴樁不成型，甚至是無樁，只有松散的含水泥塊的粉細砂。推測原因，此處粉細砂層與珠江存在水力連通，地下水位偏高，粉細砂較為松散、級配差，按常規(guī)施工工藝旋噴樁難以成型，后在附近重做旋噴樁試驗驗證此點。鑒于重新施工旋噴樁成樁效果未必有保證，且代價較大、工期較長，為此需重新考慮。由于頂管井已實施至4 m，故考慮在逆作法井內(nèi)新建一4 m高方形沉井下沉至設(shè)計標高。采用回填中砂至地下2 m，在井內(nèi)支模施工沉井，沉井與頂管井間隙采用易拆卸塑料泡模。受內(nèi)凈空所限，沉井壁厚取250 mm，采用C40混凝土加膨脹劑，鋼筋加強配置。拆模后內(nèi)取土開挖順利沉至底部并成功封底。頂管井內(nèi)置沉井示意如圖1所示。

4 管道末端存在的問題

圖1 頂管井內(nèi)置沉井示意圖（單位：mm）

工程末端為J18接入現(xiàn)有污水檢查井。平面長約17 m，埋深7 m，地面附近為配電間及高壓線，不能明開挖施工。考慮機頭頂進至原有污水檢查井機頭難以取出，故擬采用悶頂頂進，即不設(shè)置機頭，且管道前端不封堵，管道末端采用千斤頂壓入，通過非擠土方式逐漸頂進。待頂入至現(xiàn)有污水檢查井井壁，再人工掏出管內(nèi)土。為方便人工掏土作業(yè)，管道內(nèi)徑由0.8 m改為1.0 m。施工時發(fā)現(xiàn)，由于粉細砂層含水率高，較松散，當悶頂頂進1 m時，地下水及粉細砂通過管道不斷向頂管井內(nèi)流入，導致頂管井附近路面出現(xiàn)塌陷，難以繼續(xù)頂進，故需另行設(shè)計。

后擬采取旋噴樁加固方案，即采用旋噴樁加固管道外周1 m的土體，待土體凝結(jié)成型再采用人工清障、機械頂進方式?？紤]到此前旋噴樁難以成型，故施工旋噴樁時加入一定量的水玻璃等速凝劑以方便成樁。但鉆芯試驗樁發(fā)現(xiàn)，成樁效果較難控制，樁體部分為堅硬塊狀，部分為不成型粉末狀，成樁范圍偏差較大，如貿(mào)然人工清障風險較大，故需重新調(diào)整方案。后經(jīng)多方論證，采用在管道外圍2 m施工雙排旋噴樁，單樁水泥用量增加至250 kg/m，且含水率控制在0.50，同時施工時根據(jù)現(xiàn)場試樁成果增加一定比例速凝劑。樁端進入不透水層不小于2 m，樁之間交叉密扣150 mm，以形成相對封閉的區(qū)域。再在此封閉區(qū)域內(nèi)采用旋噴樁滿堂地基處理，樁與樁之間密扣50 mm，單樁水泥用量200 kg/m，水灰比控制在0.80。抽芯結(jié)果表明，由于外圍旋噴樁已形成封閉圈，故后期旋噴樁受地下水影響小，圈內(nèi)旋噴樁成樁效果良好，適合人工清障頂進。施工過程中，由于隔離外界地下水，故人工清障順利頂進[2]。滿堂地基加固頂進示意如圖2所示。

圖2 滿堂地基加固頂進示意圖

5 結(jié)語

（1）高水位不成樁粉細砂地段旋噴樁成樁一般較困難，此時需改進旋噴樁施工工藝，減小水灰比，摻加適當速凝劑及時固化，并通過現(xiàn)場抽芯檢驗及時調(diào)整各參數(shù)。

（2）對于已施作逆作法井中途遇流砂或地下水冒出情況，可考慮采用內(nèi)置沉井做法，沉井采用高1~2級標號的混凝土，并加強鋼筋配置。

（3）對于頂管接入現(xiàn)有井，當土體相對密實土質(zhì)較好時，悶頂不失為一種較好的選擇，避免了人工清障的風險。

（4）對于高水位粉細砂地區(qū)，當不能直接機械頂進時，可考慮采用施工雙排甚至三排密扣旋噴樁，同時摻加速凝劑，增加混凝土含量，以形成密實的止水封閉圈，再在封閉圈內(nèi)加固土體，形成可人工清障的條件，再以人工清障機械頂進方式頂進。