人工顶管塌方处理技术

人工顶管塌方处理技术

张大帅 蒲红斌

中国水利水电第十工程局有限公司 四川 成都 610072

摘要：成龙简快速路项目（龙泉段）配套工程人工顶管多位于砂性土层，土体含水量趋于饱和状态，塌方主要表现为管顶土体失稳，而造成地面大面积沉降。本文主要介绍了旋喷加固措施的基本原理及现场布置原则，同时加入了作者在现场施工管理过程中总结的一些经验、注意事项。

关键词：人工顶管 旋喷 加固

Collapse treatment technology of artificial pipe jacking

Zhang da shuai

（Sinohydro Bureau 10 Co.，LTD，Chengdu，Sichuan，610072）

Abstract：The artificial pipe jacking in the supporting project of Chenglong Jian expressway is mostly located in sandy soil, and the soil moisture tends to be saturated. The collapse is mainly manifested as the instability of the soil at the top of the pipe, resulting in a large area of ground settlement. This paper mainly introduces the basic principle and site layout principle of jet grouting reinforcement measures, and adds some experience and matters needing attention summarized by the author in the process of site construction management.

key words：Manual pipe jacking；Rotary jet；reinforce

1 概述

成龙简快速路项目（龙泉段）配套工程，项目起点位于绕城高速与成龙大道交叉处，止于成简快速路起桥处，道路配套工程全长9.367km，其中污水管网人工顶管长度约5.9km，管径DN800-DN1600。本次顶管塌方区域位于W85-W88井段（施工桩号：K3+683-K3+836）长度153m，顶管管径DN1600，塌方存在严重的安全风险，严重制约顶管施工进度，导致后期的绿化工程等均无法正常施工。

2 塌方情况分析

2.1 现场塌方情况

污水工程W85、W87顶管工作井在进行顶管施工过程中，我施工单位严格按照前端超挖30cm进行顶进控制^【1】，但W85工作井顶进至20m处、W87工作井顶进至12m处，突然出现突泥情况，突泥长度约6m，突泥方量约6-8m3。顶部土体由于突泥，出现严重的地陷，存在严重的安全隐患。

2.2 塌方原因分析

污水工程W85-W88段顶管塌方主要原因如下：

（1）本段顶管施工位于成龙大道绿化带既有雨水花园下，常年受水浸泡；

（2）顶管施工高程位于地下水水位线以下；

（3）顶管施工高程地质为砂性土层且处于饱和状态，稳定性极差。

3 塌方情况处理措施

本次塌方情况出现后，经施工单位会同设计、地勘、监理、业主现场踏勘后共同确定采用高压旋喷注浆对其管道周围土体进行加固，待加固后再进行人工顶管施工。

处理的整体思路：

（1）将现有雨水花园积水排尽；

（2）清除雨水花园淤泥，厚度80cm，再换填砂砾石80cm；

（3）最后进行旋喷高压注浆，固结土体。

4 旋喷注浆加固措施

注浆平面布置为沿管道中心线及管道中心线两侧1.2m范围内分别布置一排高压旋喷注浆孔，纵向间距1m，梅花形布置，高压旋喷注浆孔孔径Φ500mm，底部高程为管顶高程以上10cm。

主要施工参数和设计要求如下：

桩径：Φ500mm；

桩距偏差：不大于20mm；

钻杆垂直度：不大于1.0%；

水泥：P.O32.5R普通硅酸盐水泥单桩喷浆量：≥300kg/m；

水灰比：1：1；

送浆管长度：不大于50m；

旋喷提升速度：不得超过10～25cm/min；

承载力设计值：管道周围土体90kpa。^【2】

5 施工原则

单管高压旋喷注浆法加固软土地基是利用钻机等设备，把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴，置入土层预定深度后，用高压泥浆泵等发生装置，以20Mpa左右的压力把浆液从喷嘴中喷射出去直接冲击破坏土体，同时借助注浆管的旋转和提升运动，使从土体上崩落下来的土发生变化，一部分细颗粒随浆液冒出地面，其余土粒在射流的冲击力、离心力和重力等作用力下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小，有规律地重新排列，经过一定时间凝固，便在土中形成圆柱状的固结体。

6 施工步骤

（1）清除障碍

清除施工范围内的场地及地下障碍物，准确标明地下管线的走向。

（2）平整场地

先将施工场地加以平整，确保钻机正常行走，工作面宽度必须保证钻机正常施工。再按图纸准确测放桩位轴线后，钻机方可进入施工现场。

（3）钻机就位

按照测放的桩位，将钻机移至桩位上，钻头对准桩位，桩位偏差不大于5cm，调平机台，以线垂调整机身垂直度，垂直误差小于1.0%。为了保证桩位准确，必须使用定位卡，桩位对中误差不大于5cm。就位后，首先进行低压（0.5MPa）射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。^【3】

（4）钻孔、插管

采用单管旋喷法施工，该方法插管与钻孔两道工序合二为一，即钻孔完成时插管作业同时完成。

当第一阶段贯入土中时，借助喷射管本身的喷射或振动贯入。其过程为：启动钻机，同时开启高压泥浆泵低压输送水泥浆液，使钻杆沿导向架振动、射流成孔下沉；直到桩底设计标高，观察工作电流不应大于额定值。

在插管过程中，为防止泥沙堵塞喷嘴，可用较小压力（ 0.5～1.0MPa）边下管边射水，至设计标高后停止钻进。

5. 配制水泥浆

按照设计要求的掺入比、桩长，将P.O32.5R普通硅酸盐水泥用量放入搅拌池中，加水进行搅拌配制浆液，水灰比为：1:1，水泥浆比重1.51。浆液的搅拌时间大于3分钟，不长于2小时，采用两次搅拌法，浆液应过滤。

（6）喷射注浆

在插入旋喷管前先检查高压设备和管路系统，设备的压力和排量必须满足设计要求。各部位密封圈必须良好，各通道和喷嘴内不得有杂物，并做高压水射水试验，合格后方可喷射浆液。

旋喷作业系统的各项工艺参数都必须按照预先设定的要求加以控制，并随时做好关于旋喷时间、用浆量、冒浆情况、压力变化等的记录。

喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，喷射时，高压泥浆泵压力增到施工设计值（20～40MPa），坐底喷浆30s后，边喷浆，边旋转，水泥浆与桩端土充分搅拌后，再边喷浆边反向匀速旋转提升注浆管，提升速度为250mm/min，直至距桩顶1m时，放慢搅拌速度和提升速度。^【4】

中间发生故障时，应停止提升和旋喷，以防桩体中断，同时立即检查排除故障，重新开始喷射注浆的孔段与前段搭接不小于1m，防止固结体脱节。

（6）桩头部分处理

当旋喷管提升接近桩顶时，应从桩顶以下1.0m开始，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升0.5m，直至桩顶停浆面。

（7）冲洗

喷射施工完成后，应把注浆管等机具设备采用清水冲洗干净，防止凝固堵塞。管内、机内不得残存水泥浆。

（8）成桩后，关闭送浆泵，移机至下一桩位进行施工。

（9）补浆

喷射注浆作业完成后，由于浆液的析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现凹穴，要及时用水灰比为1:1的水泥浆补灌。^【5】

7 注浆设备的组成

1、注浆泵：选用XPB-90D注浆泵；

2、搅拌器：选用3SZ400型制浆机，应具备充分拌和的功能，具有所需要的供浆容量，每次配制时间必须大于3min；

3、控制阀：在出浆管道上设一组控制阀；

4、压力表：在砂浆出口处设置隔膜式压力表；

5、钻机：XL-50C型履带式旋喷钻机；

6、空压机：AT-30A空压机。

8 注浆材料

1、注浆水泥

以水泥浆为主的水泥基浆液，配合比为水：水泥=1:1，注浆采用P.O32.5R普通硅酸盐水泥，水泥出厂时间不得超过三个月。

2、注浆用水

符合拌制混凝土用水要求（凡适宜于饮用的水，均可用以拌制），在夏季气温高时，拌水泥浆用水的温度不得高于40℃。

3、外加剂

在注浆过程中，遇用特殊情况，可在水泥浆液中掺入速凝剂、减水剂、稳定剂等批准的其它外加剂，各种外加剂的质量符合DL/T5148和DL/T5100的规定。

9 封孔

全孔灌浆结束后，用素土封闭桩顶至孔口剩余空洞。

施工方式可根据现场情况，在保证注浆效果及安全的前提下做调整。

注浆封孔后三天同条件浆液强度达到设计强度的75%后方可进行顶管施工作业。

10 质量控制注意事项

1、机台编号、水灰比、桩长等制成标牌统一悬挂于桩机明显指定位置。

2、喷射注浆前，要检查高压设备和管路系统。设备的压力和排量必须满足设计要求，使用高压泵时，应对安全阀进行测定，其运行必须可靠。管路系统的密封圈必须良好，各通道和喷嘴内不得有杂物，应用水清洗送浆管道，检查有无堵塞现象，确保正常施工。

3、为保证高压旋喷桩桩体垂直度满足规范要求，在钻机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制，其误差不大于1%。

4、为了确保桩体每米掺和量以及水泥浆用量达到设计要求，每台机械均配备深度仪和比重计，以备监理工程师和项目经理部质检人员随时抽查检验水泥浆水灰比是否满足设计要求。

5、水泥浆搅拌配合比水灰比1:1，每米掺灰量暂定300kg。施工前应通过试验确定水泥用量及配合比，水泥浆严格按照配合比配制，水泥中不得有结块或杂物。为防止水泥离析，搅拌机应不断搅动。浆液搅拌完毕后送至吸浆管时，应有过滤网，过滤筛孔以小于喷嘴直径的一半为宜。

6、单管高压旋喷桩施工采用钻孔提升注浆工艺。下钻时为避免堵喷嘴需带浆下钻，喷浆量应小于总量的1/3，喷浆压力不大于1MPa。提钻旋喷注浆时一律采用低档操作，不得大于25cm/min，旋转速度应控制在20r/min以内。喷浆压力不小于20Mpa。

7、为保证旋喷桩桩端、桩顶及桩身质量，钻孔喷浆时应在桩底部停留15秒，进行磨桩端，余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位进行磨桩头，停留时间为15秒。

8、喷射时，先应达到预定的喷射压力、喷浆量后再逐渐提升注浆管。中间发生故障时，应停止提升和旋喷，以防桩体中断，同时立即进行检查排除故障；如因机械出现故障中断旋喷，应重新钻至桩底设计标高后，重新旋喷。

9、旋喷过程中，冒浆量小于注浆量的20%为正常现象，若超过20%或完全不冒浆时，应查明原因，调整旋喷参数或改变喷嘴直径。

10、钻杆旋转和提升必须连续不中断，拆卸接长钻杆或继续旋喷时要保持钻杆有10～20cm的搭接长度，避免出现断桩。

11、施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后应该连续作业，不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。储浆罐内的储浆应不小于一根桩的每米用量300kg。若储浆量小于上述重量时，不得进行下一根桩的施工。

12、当注浆管提升分次卸管时，动作反应迅速，卸管后喷射注浆的搭接长度不得小于100mm以，保证桩体的完整性。

13、施工中发现喷浆量不足，应该要求注整桩复搅，复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障原因，喷浆中断时应及时记录中断深度。在12小时内采取补喷处理措施，并将补喷情况填报于施工记录内。补喷重叠段应大于100cm，超过12小时应采取补桩措施。

14、喷射注浆完成后，由于浆液的析水作用，一般桩体均有不同程度的收缩，使桩顶出现一个凹穴，容易造成加固地基与建筑基础结合不紧密或脱空现象，为防止这种现象的出现，可采取回灌冒浆或用水灰比为1：1的水泥浆补灌。

15、如果因返浆较多，将原施工桩位标志埋没时，必须重新利用原外引测量点布置桩位。

16、当出现压力下降且低于设计值和压力骤增超过设计值时，都表明了注浆管的状态有异常：有漏浆的地方或是接头松动甚至脱落，或是堵管堵孔等，必须立即停机检查，修复后应继续施工直至喷完此桩为止。

17、在喷射注浆过程中，应注意观察冒浆情况，以及时了解土层情况、喷射效果和喷射参数是否合理。冒浆量小于注浆量 20%为正常现象；超20%或完全不冒浆时，应查明原因并采取相应措施。若地层中有较大空隙而引起不冒浆，需在浆液中掺入适量速凝剂或增大注浆量；若冒浆量过大，可减少注浆量或加快提升和旋转速度。

11 结语

通过引用旋喷加固措施，解决了本项目顶管塌方的问题，在施工过程中，不断总结其施工工艺及施工原理，发现了该加固措施在砂性粘土层的最佳布孔方式，为后续顶管施工塌方提供了一定的技术支持，其必将在人工顶管行业中发挥越来越大的作用。

参考文献：

[1] 给水排水工程顶管技术规程【CECS 246：2008】；

[2] 程勇，黄显彬，麻超超，王虓阳.高压旋喷桩加固软基施工技术研讨[J].工业建筑,2014：675-677；

[3] 朱振生，沈扬，汪磊，丁选明，朱敏，朱颖浩.含软土夹层地基高压旋喷桩加固方法研究[J].科学技术与工程，2015：69-74+91；

[4] 李建康，深长高压旋喷桩加固处理软土地基施工技术[J].路基工程，2010：144-146.

[5] 邹敬林，关于高压旋喷桩加固技术在深基坑施工中的应用[J].科技资讯，2011：66-67.

作者简介：

张大帅（1986-），男，河南周口人，工程师，本科，从事建设工程施工管理工作。

蒲红斌（1970-），男，四川人，高级工程师，本科，从事建设工程施工技术与管理工作。