管道顶进工程中路面沉降加固处理研究

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  摘 要:管道穿越公路顶进过程中往往会造成路面不同程度沉降,影响到公路通行安全,需要及时进行加固处理,同时还需保证公路正常、安全的运营。该文通过对顶进工程造成路面沉降的原因进行分析、研究,提出了一些具体、可行的处理措施,如对路基土体的加固、对基坑的加固、注浆堵水、对路面的铣刨处理、加铺等,并提出了具体的设计参数、施工控制要求,以及施工中出现问题的相关对策等,为今后类似条件的工程设计、施工及应急处理提供必要的参考。
  关键词:顶进 沉降 注浆 堵水
  中图分类号:U416 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2015)05(c)-0077-01
  1 工程概况
  管道穿越公路顶进过程中往往会造成路面不同程度沉降,影响到公路通行安全,需要及时进行加固处理,处理措施包括对路基土体的加固、路面铣刨、加铺等。
  某给水管道套管穿越公路顶进工程中,路面发生沉降,具体情况如下。
  顶进套管为D=2.4m钢筋混凝土管,顶进长度80m,交叉公路宽42m,管顶埋深在原地面下4.5m,地质情况为粉土,地下水位为原地面下3m左右,含水量ω=24%,孔隙比e=0.6,c=10kpa,φ=20°。工作井、接收井距离路基坡脚15m左右,顶进采用泥水平衡施工工艺。
  由于距离建筑物较近,难以进行降水作业,工作井开挖后发现,地层实际含水量较高,基坑渗水较多,现场进行抽水作业,进行顶进。顶进过程中,路基自边缘至中心发生了不同程度沉降,边缘沉降8cm左右,中心沉降2cm左右,沿道路纵向影响范围25m左右。
  2 原因分析
  沉降发生后,参建各方认真对事故原因进行了分析、研究,召开专家论证会,认为造成沉降的主要原因为:(1)对水的封堵不及时,基坑暴露时间过长,基坑抽水使土体形成孔隙,在车辆荷载及自身重力作用下,产生沉降。(2)顶进速度快,造成了對土体的扰动,在管周产生空隙,造成沉降。
  3 处理措施研究
  针对事故原因,参建各方认真研究,制定了详细的处治方案。
  (1)顶进工程暂停,降低对土体的扰动。为防止机头报死,每4h顶进一次,每次进尺不得超过30cm。(2)加强基坑堵水措施,在基坑周围打设拉森Ⅳ型钢板桩,进行水的隔离。钢板桩长度应经过计算,满足土压力要求。(3)道路实行交通管制,采取半幅封闭的方式,进行应急铣刨、加铺,保障通行。(4)基坑与道路间设置止水帷幕进行隔离,采用D80高压旋喷桩,按照两排梅花形设置,相互咬合20cm以上。(5)对路基进行注浆加固,护坡道范围采用高压旋喷注浆法,路面以下范围为减少振动,采用钢花管注浆法。(6)顶进结束后,立即进行管周水泥浆置换,并进行雷达检测,保证管周密实。接收井侧设置止水帷幕及钢板桩,防止地下水的渗流,严格控制开挖工序,开挖完成后,起吊顶管机头,尽快夯实回填基坑,尽量减少暴露时间。(7)提高路面沉降观测频率,每两小时观测一次,发现沉降异常应立即进行方案调整。
  4 加固范围及施工控制参数
  4.1 加固范围
  加固范围根据土力学计算,并结合现场实际情况确定。根据土力学,地下工程对土体的扰动,自底部按照向顶部扩散。
  式中:B—加固范围。
  —管底宽度,取管外径2.88m。
  管道埋深,管底至路面距离12m。
  —土的内摩擦角,20°。
  经计算,加固范围为20m左右,结合现场实际情况,确定加固范围25m。
  4.2 施工控制参数
  4.2.1 止水帷幕及旋喷桩
  止水帷幕及旋喷桩采用高压旋喷注浆法成桩,成桩直径D=80cm,梅花形布置,注浆压力25-30MPa,水水比采用1∶1,水玻璃掺量为水泥的2%左右。流量为60~80L/min,转速为5~7r/min,提升速度4~6cm/min。水泥标号为325,由于地下水含硫酸根离子,具有弱腐蚀性,故水泥采用抗硫酸盐水泥;水玻璃波美度为30,模数为2.4。旋喷桩施工前需进行试桩,根据实际情况确定预定的浆液配比、喷射压力、喷浆量等技术参数。试桩数量不少于3根。
  采用三重管法旋喷,先送高压水、再送水泥浆及压缩空气;喷射时先达到设计的喷射压力、喷浆量后,再逐渐提升注浆管,注浆管分段提升的搭接长度不小于100mm;当达到设计桩顶高度或地面出现溢浆现象时,立即停止当前桩的旋喷工作,并将旋喷管拔出并清洗管路。三重管法是将水泥浆与压缩空气同时喷射,除可延长喷射距离、增大切削能力外,也可促进废土的排除,减轻加固体单位体积的重量。
  在旋喷过程中,会有一定数量的土颗粒,随着一部分浆液沿着注浆管管壁冒出地面,通过对冒浆的观察,可及时了解土层情况,判断旋喷的大致效果和断定参数合理性等,根据经验,冒浆(内有土颗粒、水及浆液)量小于20%可视为正常现象,如超出20%或完全不冒浆,应查明原因及时采取措施。
  冒浆量过大的主要原因,一般是有效喷射范围与注浆不相适应,注浆量超过旋喷固结所需的浆量所致。减少冒浆的主要措施有:(1)提高旋喷压力;(2)适当缩小喷嘴直径(旋喷压力不变);(3)加快提升和旋转速度,对于冒出地面的浆液,可经过选择和调整浓度后进行前一根桩返浆回灌,以防止空穴现象。
  4.2.2 钢花管注浆
  路基以下范围采用钢花管注浆的方式进行加固,由于路基较低,作业面较狭窄,钢花管采用扇形分布,以不同角度打入路面以下,沿路基纵向间隔布置的方式,孔间距30cm,每90cm一个循环,孔径90mm,钢花管采用采用直径42mm,壁厚4mm无缝钢管加工而成,管周梅花状设置注浆孔,间距15cm,管节之间采用丝扣连接或焊接。钻孔采用潜孔钻机成孔,孔内放置钢花管,钢花管采用45mm螺丝头将上部管口封死,在螺丝头上接注浆管,下部注浆管底口封死,防止泥土进入花管将花眼堵死。
  注浆施工设备可采用HB—80型注浆机注浆,泵压控制在0.3~0.5MPa之间,流量为20-50L/min,水灰比为0.65:1,水玻璃掺量为水泥的2%左右。水泥采用325抗硫酸盐水泥,水玻璃波美度为30,模数为2.4。注浆孔须采用干钻成孔,除非钻遇路面结构层或卵石等障碍物无法钻进时,可加少量水湿润,平常严禁清水钻孔,成孔后为防止雨水灌入,必须采用水泥浆封孔或及时进行压浆;孔径需确保注浆管的放置。注浆时必须一次性将注浆管放置到设计深度,从下而上进行注浆,达到设计注浆压力低限后逐渐稳定加压,观察吃浆量,压力稳定3min后,吃浆量稳定或增加不多的情况下停止注浆。注浆过程中应严密观测路面高程,如有隆起等情况,应立即停止注浆。
  为确保注浆效果,保证在浆液达到设计强度前,减少对地层的扰动,均采用跳打的方式,即隔孔注浆,延长相邻孔之间的注浆间隔时间。
  本工点经对路基沉降的准确、有效的分析,提出合理、可行的加固处理方案,有效控制了沉降的发展,保证了行车安全。
  参考文献
  [1] 锚固与注浆技术手册[Z].
  [2] 建筑工程水泥—水玻璃双液注浆技术规程(JGJ/T 211-2010)[Z].
  [3] 建筑基坑支护技术规程(JGJ 120-2012)[Z].
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