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压密注浆加固非开挖市政污水管道探讨

文章来源:海西给排水 发布时间:2017-05-01 08:56:57 阅读次数:1331 次 [关闭]

晋江市市政园林局 黄金龙

摘要污水管道采用非开挖工艺施工,管道周围的土体被扰动,导致工程产生路基沉降、地表塌陷、路面开裂等病害,影响了道路的正常通行。通过介绍压密注浆施工工艺,结合两个污水管道工程实例分析了加固处理效果,证明了压密注浆法加固非开挖施工的污水管道地基的有效性。

关键词压密注浆  非开挖施工  市政污水管道

一、引言

城市快速发展,市政污水管网系统在持续扩展、完善,同时污水管道敷设的范围也逐渐扩大,而且出现较多的穿越道路、横跨桥梁、倒虹吸过河等情况。城市车流量攀升,需保持交通通畅,市政管道不具备封闭道路后进行明开挖施工的条件,特别是大口径市政管道,工程施工方式越来越多地选择非开挖工艺施工。非开挖工艺常见的有水平定向钻孔拖拉管工艺和顶管工艺。

使用水平定向钻孔拖拉管工艺,埋设管段通常在淤泥质土层、高地下水位路基或受海水潮汐影响路段等。市政污水干管运行一段时间后,往往出现不同程度的工程病害,如覆土层不均匀沉降、纵向严重变形,甚至地面砼板断裂的现象。其原因在于该工艺扩孔的施工,要求孔径是管道外径的1.2-1.5倍,施工后的污水管道外壁扩孔的空间充满钻孔时破碎土体所形成的泥浆;由于各种因素,省略这部分土体加固工程量,留下了质量隐患。对地下水位较高的或者潮汐影响到的路段,管道外壁的土体密实度未达设计要求,一段时间持续的浸泡及间歇的动载作用,污水管道纵向的土体慢慢地产生液化变形,影响范围渐渐扩散,变形量累计到一定程度,导致砼路面下沉、塌陷、断裂等病害。因此,需要对水平定向钻孔拖拉管施工的管道外壁扩孔的空间进行填充密实,对覆土层一定范围的土体进行加固。

采用顶管工艺的市政污水管道工程,需先施工顶管工作井、接收井,然后修凿井壁的预留洞,再后安装机头管,开始顶管作业。在拟埋管道的掘进过程中,未在原状地层中施工,作业时常发生土体塌陷、冒顶等现象。如顶管穿越特殊地质管段,或旧涵洞、旧沟渠等,其基础落于淤泥质土层,或旧雨污水管,其回填的为砂、砂性土、杂填土等含水率较高的土层,在浅层地表水浸泡下,周围的土体容易坍塌,形成漏斗状或长条形的坑洞。在顶管完成后,工作井、接收井预留洞周围的土体,有时因地下水的作用产生渗透,严重的情况出现地面下陷。因此,急需加固顶管工艺施工影响范围内的土体,恢复原状路面,保证交通。

晋江市近几年来,城市化进程突飞猛进,市政建设投入巨大,新建、扩建污水管道工程,较多地选择非开挖工艺。或因设计欠考虑,或因施工过程监管不到位,污水管道工程出现了一些质量通病,需要在施工中或后期维护时加以妥当修复。压密注浆法加固非开挖施工的市政污水管道,在我市多个工程中得到应用。2009,2300,管径DN600DN900水平定向钻孔拖拉管工程。压密注浆加固所有的造斜段、检查井。2012年,长150DN1500污水主干管修复工程。新建三座内径35008米检查井,压密注浆加固三座检查井周围土体。2013年,DN1200污水主干管工程。一座深8.93米顶管工作井漏水修复,河水从顶管漏进,最大水量400吨每小时,人工凿挖该工作井漏点4处,压密注浆5次,加固土体约600立方米。

二、压密注浆施工

压密注浆法是被广泛应用的地基加固方法,它既适用于已有建筑的地基处理,也适用于新建、改建工程。处理的目

的是防渗堵漏,提高地基土的强度和变形模量,对原土层进行托模和控制地层的沉降。

针对非开市政污水管道施工,对原地基土的扰动未及时加固处理,导致其不均匀、沉降、开裂、地面塌陷等现象,可以选用压密注浆法。压密注浆法包括选用新鲜水泥注剂为混合浆液;在确定注浆有效范围的前提下,选择合适的注浆材料;确定浆液初凝时间、注浆量、压力、注浆孔布置及注浆顺序等各项工艺参数。每一个注浆工程加固的目的可能是一致的,但加固体的客观条件一定是不同的;在工程实施中,需配合轻型动力触探或随机检测,对加固区域未达标地段,反复注浆密实直至检测达标为止。

1、压密注浆施工流程

主要工艺流程为:孔位布置―钻进成孔―下注浆管―配制灰浆―提升注浆―清洗移位。

 孔位布置。首先根据拟加固土体的力学性状确定注浆孔的间距及加固深度,既要保证灌浆的饱和,又要保证浆液留在有效范围内,使被加固土体在平面和深度范围内形成整体,防止留下空白区及跑浆现象。孔位呈梅花形分布。

钻孔注浆。钻孔时先用混凝土取芯机在路面钻出孔洞。采用振动法将金属压浆管压入土层;或采用钻孔法钻入加固土体,从钻杆内灌入封闭的泥浆,然后插入金属注浆管,或插入塑料单向阀管。

配制灰浆。按照水灰比(水:水泥:粉煤灰)112进行配制。水泥浆拌合首先是将水加于拌和机内,再放入水泥、粉煤灰及添加剂,最后充分拌合,已达到均匀的稠度为止,确保浆液质量。

提升注浆。注浆管与孔口的缝隙,用环氧树脂封闭,以保证浆液不从钻孔口溢出。注浆时,先注外围,防止泥浆外流;同时跳注,避免孔间窜浆。

灌浆压力是保证注浆质量的重要因素。若压力过小,浆液流不到预计空隙范围,形成空白区段;若压力过大,则会迅速溢流到地面,需要现场试验,确定注浆压力及灌浆量。注浆后用水泥袋将孔堵实,防止冒浆,7天后再将表层的水泥清理干净。

2、压密注浆材料

压密注浆法使用注浆材料为新鲜的复合325#水泥及磨细粉煤灰为主的浆液;配以泥液重量25%的水玻璃为添加剂,使浆液具有凝固时间短的特点;掺入一定比例的减水剂和膨润土,为提高浆液的均匀性和稳定性,防止固体颗粒离析和沉淀。浆液比重为1.251.4之间,浆液粘度为40″~50″,使用浆液的初凝时间为2030分钟。

3、主要施工设备

压密注浆法施工使用的主要注浆设备如下。

液压注浆泵,型号SYB50/50-1。立式水泥搅拌机,型号NJ600型。地质岩芯钻孔机,型号SH30型,功率5.5k。直径 5cm自行密封式双向注浆芯管。 发电机,功率10kW。贮浆桶及其它必须配备的配件、工具。

4 压密注浆施工要点

4.1 配制的浆液应能在适宜的时间内凝固,并具有一定强度,其本身防渗性、耐久性应能满足设计要求;凝固后,浆体不应有较大的收缩,短期内不应发生离析现象。

4.2 塑料单向阀管每节应检查,要求管口平整,无收缩,内壁光滑。

4.3 灌浆量的计算。灌浆溶液的总量根据不同的加固土体进行计算。

三、工程实例及处理效果

1.运行期工程案例

A工程为截污主干管工程,位于晋江市九十九溪下游河道两侧,两岸设计重力式石砌挡墙和道路,实际路宽610米不等;管道采用水平定向钻孔拖拉管工艺施工;管径DN900,给水PE管,覆土厚度4米左右;运行三年。在其中二个检查井W12#W13#之间污水管段,管道纵向的路面砼板出现下陷,产生明显龟裂变形缝,甚至断板,厚15cm砼板处于悬空状态,最严重的位置形成3米、宽1米、深2米左右的空洞。

施工场地为河口滨海潮汐带,地貌类型为河口冲淤积滩地。深度方向揭露的岩土层分别为:(1)杂土层,厚0.3--3.6;(2)粉质粘土层,厚度0.2--3.1;(3)淤泥层,厚14--21。赋存于杂填土层中浅层滞水,与河道水位相通,水位高低变化与浅层滞水关联。

该截污管道埋设采用水平定向钻孔拖拉管施工,成孔孔径大于实际埋设污水管外径的1.5倍,此段污水管道埋设后,施工单位未对管道的孔洞、空隙进行必要的土体加固。地下水位在路面下约3米,地下水与河水相通,河水位高低变化与地下水相关。高水位时,河水不断浸泡孔洞,低水位时,上层的覆土下落,已埋管道的空隙不断上升,扩大到砼面板下,行成空洞。随着时间推移,砼路面在机动车动载作用下,渐渐产生路面砼板沉降、下陷或变形,直至断板、坍塌,影响道路正常使用。

该管段路基采用压密注浆工艺,沿DN900管道走向二侧各设三排注浆管,间距为1.0米,在深度为6米的范围内进行注浆密实。注浆材料配比:325#水泥1袋装磨细粉煤灰 3,木钙为水泥总量的3%;水灰比1:1.坍落度75cm左右。通过注浆施工,加固了被扰动的土体,密实了该管段路基,消除地下水的侵蚀影响,恢复了道路的安全通行。

2.施工期案例

B工程为污水管道主干管工程,采用顶管工艺施工;位于晋江市陈埭镇双向六车道的交通主干道,管道埋设于东侧慢车道砼板下。全长1226米,管径DN1200,覆土层厚度4~4.5,连续缠绕玻璃钢顶管,环刚度12000N,顶力250吨。地质为杂填土1.25.5米,粉质粘土层0.50.9米,淤泥类砂层0.915.2米。在施工过程中,穿越二处特殊的地质变化路段。其一为涵洞,宽4米、深3米,条石干砌,基础落于淤泥质土层。道路砼板以下的土体,特别是涵洞底板以下的土体,在地表水的水头作用下,流进施工中的顶管及顶管工作井,形成10米见方漏斗形坑洞。其二为一工作井洞口的启始管道,顶管的管内底标高正好与废弃的旧水泥管DN600重叠,管中管顶进施工。开挖约13.5米,原来的回填土为砂性土,在地表潜水的浸泡作用下,砂性土液化、坍塌,涌进顶管及顶管工作井,顶管前方的土层形成线状的坑洞。

顶管施工过程,土层被扰动,形成坑洞。在坑洞的附近有的需新增顶管接收井或中间井。因此,有必要对坑洞周围的土体进行加固。

在已经产生空洞的上方的水泥路面,钻凿直径70mm的圆孔,布设呈井字形,2米间距至空洞边。配置浆液,325#水泥1,袋装粉煤灰1.5,水灰比1:1AK-1促进剂为水泥用量的2%。注浆流量为每分钟50升,用注浆棒通过金属花管注入空洞中;在注浆的同时,人工往圆孔中灌入中细砂,直至孔口砂满,浆液返出洞口为止。施工完毕24小时后,重新钻凿直径为50mm的注浆孔,2.0米间距,深度6米注入纯水泥浆,水灰比1:1,直至冒浆为止。

经过压密注浆加固土体的施工,机械占地小,道路交通影响很少,而且施工迅速,短时间恢复了路面;分层加固检查井与顶管的孔洞周围土体,防止地下水渗透,提高施工质量。经过半年时间开放交通,土体稳定,路面完好,达到预期效果。

四、讨论

土体加固的方法很多,有中粗砂换填、高压旋喷桩、水泥搅拌桩以及压密注浆等。市政污水管道工程采用非开挖工艺施工,是受到现场条件的限制,因此,不宜采用直接换填;高压旋喷桩、水泥搅拌桩对已投入使用的污水管道工程而言,受制于场地等因素,不宜选用。压密注浆法通过填充土体孔隙和一定程度挤密管道周围土体以提高土的密实度和抗剪强度,从而降低地基土的压缩性并提高路基的承载力,消除管道破损的隐患。压密注浆法是加固弱透水性土体的有效方法,适合非开挖施工污水管道土体加固。目前各地市政污水管道长度逐年延长,污水管道的病害也在增加。压密注浆法在非开挖市政污水管道新建、改建、维护中有非常实际的应用价值。

【参考文献】

1.高大钊主编.岩土工程标准规范实施手册.北京:中国建筑工业出版社,1997

2.同济大学主编.地基处理技术规范.上海市标准,DBJ08-40-94.1994

3.岩土工程手册.北京:中国建筑工业出版社,1994



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