非開挖鋪管引起路基塌陷的處理措施

王進明，陸舟超

（浙江省巖土基礎公司，浙江寧波315040）

非開挖鋪管引起路基塌陷的處理措施

王進明*，陸舟超

（浙江省巖土基礎公司，浙江寧波315040）

通過分析本次事故的成因，結合本次地基處理技術方案，介紹了注漿加固法進行類似失穩、軟弱地基處理的原理、工藝設計、施工措施等，為注漿法在以后類似工程中的應用提供參考依據。

非開挖；路基塌陷；注漿；加固處理

隨著城市建設的快速發展和需求，為保護城市環境，近年來，我國大力開展非開挖技術，然而因不同的地質條件或采取的保護措施不當，多地出現路面沉降、下陷甚至是大面積塌陷的現象，而此類現象的產生大多是因為路基出現了大面積孔隙或者空洞，從而嚴重影響到線路的正常運營，不但原有市政管網會受到破壞，更威脅到路面正在行駛的車輛和行人安全，重則出現嚴重的安全事故。因此，對施工范圍內的路基孔洞必須進行處理，以確保生命財產安全。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，通過鉆孔灌漿的設備壓入到縫隙中的一種施工方法，其目的是使漿液在被灌載體中滲透、擴散、充塞，經一定時間后凝結和硬化，從而達到加固載體的效果。

1　工程概況

本工程位于上虞市三環路、稱山路口，計劃采用非開挖牽引法鋪設一條DN800污水管道，鋪設長度約110m，如圖1所示。施工過程中，第一次水平段穿管標高為+0.00m，擴孔至500mm后，發生塌孔現象（擴孔過程中未對已擴段進行填充）。后在原位置調整穿管標高為-2.80m（位于第③淤泥質粘土中）后，成功完成擴孔至1200mm，但在管道牽引過程中，牽引約40余米后，無法繼續牽引，判斷已擴孔段發生塌孔，鉆頭與鉆桿仍在地下孔道內，同時三環路路面也已出現路基下沉，影響了道路的正常使用，致使該區域道路部分封閉。

2　事故成因及現狀分析

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

因擴孔護壁方式采用膨潤土泥漿護壁，在管道牽引受阻后，若長時間停滯得不到及時處理，則會因為泥漿沉淀，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常出現的采空區，由此導致地面進一步塌陷。而且在施工受阻后，鉆桿及鉆具均在地下孔道內，若放棄原有施工區域，將會影響到后續的施工工序和施工工期，需要大范圍的改動設計及造成更大成本損失，因此綜合考慮各個因素，必須對現有地下孔洞進行加固處理。

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

經過分析，決定采用注漿法進行處理，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域內，使漿液和土體或者巖土一起固化凝結為一體，從而改善地基的物理力學性質，增強地基承載力，確保失穩地基上建筑物或者其他荷載的穩定性。在本工程中，采用壓入式注漿法，通過機械設備活塞的擠壓，漿液注入地層空洞區域，并克服阻力滲入地層的孔隙內，水泥砂漿與土體一同固化后，增強該地層的土體穩定性和承載力。

3.2處理范圍

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

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

Ⅱ區段為回拖管線未施工到位的斜線段（約35m），該區段大部分位于三環路北側，該區域環境稍寬松，采取在孔道內打設斜注漿管后進行加固處理。

Ⅲ區段為回拖管線已施工到位區段（約45m），因管徑比孔徑小400mm，理論計算管外空隙達到孔周面積的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注漿孔，進行注漿加固處理。

3.3注漿孔布置

在道路上沿?500mm和?1200mm孔道上方打設單排注漿孔，孔間距根據工程特點確定為3m，Ⅰ、Ⅱ區段深度按?1200mm管道埋深控制為10m，Ⅲ區段7.5～7.7m，共計21個。

在橋臺搭板枕梁處垂直打設單排注漿孔，間距3m，深度為8.0m，中間2個主車道設5個孔，兩邊輔助車道各設3個孔，共計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，預計注漿量為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號均為42.5普通硅酸鹽水泥，水泥砂漿和純水泥漿內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，淺部塘渣層采用風動潛孔錘偏心跟管鉆進方法引孔，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鉆機鉆進，鉆頭選用?89mm合金鉆頭，鉆進深度以穿透需注漿層0.5m為準。

3.5.2漿液配制

根據設計配合比及現場所使用的攪拌容器容積計量配制漿液，并用標識牌標明，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，對三環路南側的已牽引入三環路的?800mm管道部分，用C15細石砼填充，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域有一定的空間，采用自流漿液結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區段

Ⅰ區段注漿分2次進行，第一次注漿主要以置換現有孔洞內泥漿為主要目的，選用細砂、粉煤灰及水泥作為混合填充材料，細砂、粉煤灰及水泥配比為10∶4∶1，現場根據實際情況稍作調整，調整原則為可灌、不堵塞、流動性較強，適當延長漿液凝固時間。第二次注漿為補充注漿，補充孔道內孔隙及以上層土體已產生的孔隙。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留一個注漿管，管徑?25mm（以下簡稱C管），如圖4所示；

圖4　Ⅰ區段加固處理示意圖

②將牽引鉆頭拖出約2m后，立即在A管內注入水泥砂漿，灌漿分3次進行，特別在標高為-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管內進行灌注水泥砂漿；

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點；

⑥重復過程至鉆頭拔出該區段。

3.5.4.2Ⅱ區段

Ⅱ區段與Ⅰ區段相同，也分2次進行。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管內注入水泥砂漿，置換孔道內泥漿；③在E管內注入水泥漿，填充孔隙；④與道路距離較遠處采用回灌砂石料。

3.5.4.3Ⅲ區段與橋臺搭板枕梁處

Ⅲ區段及橋臺搭板枕梁處加固處理同Ⅱ區段②、③處理步驟。

3.5.5注漿參數控制

3.5.5.1灌漿壓力的控制

結合施工經驗和公式：

［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，結構疏松，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，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。

3.5.5.2灌漿量的控制

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區段水泥砂漿充填灌漿量根據孔道形成的最大空洞體積進行計算，其中Ⅰ區為46.5m3，Ⅱ區段為41.5m3，Ⅲ區段為30m3。

3.5.5.3灌漿終止條件的控制

終止標準采取壓力—流量雙控法：在注漿壓力達到600kPa，且能穩定持續5min時可結束注漿；當注漿孔附近地表發生大范圍開裂、隆起變形時可結束注漿；滿足其一即可終止。當單孔注入量異常大時應暫停注漿，分析清楚原因后采取間歇注漿的方法進行。

4　實施效果及質量檢測

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區實際水泥砂漿灌漿量為理論計算值的0.9倍左右，通過二次壓力注漿結束后28d，按照注漿孔數量10%進行鉆孔取芯，結合有關注漿量的原始記錄和芯樣情況，對注漿效果進行了直觀判斷：空隙填充率達到85%以上，道路恢復通行3個月后，通車情況良好，路基穩定無明顯下沉。

5　結論

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

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TU74

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1004-5716（2016）04-0011-04

2015-04-17

王進明（1981-），男（漢族），江蘇蘇州人，工程師，現從事巖土工程施工技術與管理工作。