输水管道下穿广佛高速路基下沉病害的分析与治理

2022-12-09

1 概况

南海新桂城水厂专用输水管道工程于K44+300处下穿通过广佛高速公路。专用输水管道为D2220×20mm和D2420×20mm套管与D2020和D1820套管。输水管道顶管施工, 套管顶管主要采用套管形式横下穿广佛高速公路, 顶管段管道采用钢管, 全长98米, 设顶管工作沉井 (广佛高速公路西侧) 及顶管接收沉井 (广佛高速公路东侧) , 采用“千斤顶”先将外套管一一顶进接收井, 再在套管内安装输水管道。

据施工方资料, 过广佛高速公路处路面标高约为4.66米, 管道设计中心标高为-6.62米, 在采用DN2420mm套管的情况下, 管顶覆土厚度能达到10.06米。顶管施工过程中发现该段路基沉降较大, 路面出现多处开裂情况, 必须进行处理之后方可进一步施工。

总体平面图

2广佛高速顶管路段原设计情况

广佛高速公路该路段原设计, 中间四车道范围路基采用塑料排水板或袋装砂井处理软基, 分别于1999年、2008年两次扩建, 采用水泥搅拌桩处理, 局部路段旋喷桩处理。搅拌桩桩长约4~4.5m, 桩底距离顶管钢套管顶约2.5~3m。套管正上方K44+300处右侧为采用轻质土填筑, 左侧为一般放坡, 填土高约3m。

前期的软基加固为常规加固, 对于水管下穿的特殊情况, 前期加固强度不够, 为减少顶管施对现有路基的影响, 须采取进一步的加固措施。

3水文、地质概况

根据勘察报告, 地基岩土层由人工填土 (Qml) 、第四系海陆交互相沉积层 (Qmc) 及古近系风化基岩 (E) 组成, 共分为9层, 各岩土层由上至下详述如下:

3.1人工填土 (Qml) :

素填土:全场地分布, 层厚0.50~1.10m, 平均厚度0.78m;层面顶板标高1.62~1.98m。土层呈棕褐色, 土黄色, 湿, 主要由粘性土组成, 局部含较多碎石块。

3.2第四系海陆交互相沉积层 (Qmc) :

1粉质粘土:层面顶板标高0.88~1.14m。土层呈棕褐色, 很湿~饱和, 可塑, 局部软塑, 含少量砂。承载力特征值建议采用fak=120k Pa。

2 淤泥质土:全场地分布。层厚1.40~7.10m, 平均厚度3.32m;层面顶板标高-0.42~1.25m。土层呈灰褐色, 饱和, 流塑, 多夹粉砂薄层。承载力特征值建议采用fak=40k Pa。

3 粉质粘土:层厚1.40~5.10m, 平均厚度3.30m;层面顶板标高-5.85~-1.81m。土层呈灰白色, 灰色, 局部浅灰黄色, 饱和, 可塑, 粘性稍好, 局部夹少量粉土薄层。承载力特征值建议采用fak=140k Pa。

4-1淤泥质土夹层:零星分布, 层厚1.90m, 层面顶板标高-6.92m。土层呈灰褐色, 深灰色, 饱和, 流塑, 夹少量粉砂薄层。承载力特征值建议采用fak=40k Pa。

5粉砂:全场地分布。层厚5.00~10.40m, 平均厚度7.44m;层面顶板标高-8.82~-2.88m。土层呈灰褐色, 深灰色, 饱和, 松散稍密, 分选性较差, 局部多夹淤泥质土薄层。承载力特征值建议采用fak=100k Pa。

6淤泥质土:局部分布, 层厚1.40~2.70m, 平均厚度2.07m;层面顶板标高-14.86~-12.91m。土层呈灰褐色, 饱和, 流塑, 局部夹较多粉砂薄层。承载力特征值建议采用fak=50k Pa。

7粉质粘土:全场地分布。层厚3.30~9.20m, 平均厚度6.36m;层面顶板标高-17.56~-12.25m。土层呈浅灰色, 浅棕色, 饱和, 可塑, 局部粘性稍好。承载力特征值建议采用fak=160k Pa。

根据试验结果及地方经验, 各岩土层主要物理力学指标及承载力特征值建议值表, 见下表1。

4 路基路面病害监测

广佛高速公路属于重型交通高速公路, 车流量巨大, 且施工路段为软基路段, 为了解该工程施工对广佛高速公路的影响, 保证广佛高速公路在顶管施工期以及施工后的安全运营, 监测单位对现场进行变形监测。

2014年5月4日病害监测发现, 广州—佛山方向右侧路基硬路肩边缘和行车道分别出现两道裂缝, 裂缝长分别为17.5m和19.2m, K44+300 (顶管穿越正上方) 出现跳车现象, 最大沉降达到超过10cm。

2014年5月5日, 广佛业主紧急封闭左右两侧沉降量较大的三个车道, 并在沉降较大路面加铺沥青混凝土。中央分隔带变形沉降如下图:

5 物探情况

为了解该工程施工对广佛高速公路的影响, 保证广佛高速公路在顶管施工期以及施工后的安全运营, 对K44+300附近路面进行物探勘察, 物探结果如下:

1施工扰动不密实区域平面位置在K44+275~K44+331之间。

2波组异常区在K44+275~K44+331之间, 一般在埋深7~12m左右, 属于松散土层。未发现有明显的空洞存在, 但不排除存在小型空洞的可能, 必要时钻孔予以验证。

3建议对松散土层进行加固处理。对于轻质土挡墙下可能的小型脱空, 路基施工期间结合注浆钻孔及挖探等措施进一步探明。

6 路基加固方案

从监测及物探结果看, 因过大沉降及塌陷, 对路基及基底的强度造成了削弱, 存在范围较大的松散土层, 对高速公路营运造成安全隐患, 加固设计采用从路面打袖阀管注浆的注浆的方式对路基进行加固。

结合监测资料, 路基沉降变形主要发生在以钢套管为中心前后20m范围内。两侧范围沉降较小, 沉降小于1cm。因此加固的范围主要顶管中心前后20m范围为主, 其余路段以浅层加固为主。

路基注浆处理后, 钻孔采用水泥砂浆抹平, 清洗干净, 待袖阀管注浆初凝后, 再开放交通;后续顶管施工应在路面注浆达到设计强度要求后进行性;路面铣刨恢复应在D2220钢套管顶进完成后无后续沉降等病害再进行, 按路面设计标高重新加铺、恢复整平路面, 确保注浆段前后路面标高的一致性, 保证行车的舒适性。

按照本加固方案进行加固后, 该处的顶管施工顺利开展, 并完成施工。

7 结论

通过对本案例的处理, 可以认识到:

1对于软土路基, 虽然前期有常规加固, 但对管线下穿高速公路的特殊情况, 常规加固的强度是不够的, 直接进行顶管施工, 往往会导致路基出现下沉和开裂等病害。

2顶管施工对路基的影响, 需结合现场巡视、施工监测及物探等多种手段尽量摸清。

3根据监测和物探数据, 顶管施工在本项目影响范围是管中心前后20m的范围为主要影响区。

4根据监测数据采用针对性的加固方案进行加固后, 顶管施工导致路基下沉的情况得到减轻, 施工顺利完成。

摘要：南海新桂城水厂专用输水管道工程于K44+300附近采用顶管施工下穿通过广佛高速公路。该路段为软基路段, 前期进行了常规软基加固。顶管施工不久, 广佛高速路基出现下沉开裂等病害。根据施工监测数据, 管道中心范围出现较大沉降。为减小顶管施工对路基的影响, 须对路基进行进一步加固。通过进行沉降监测摸清现有路基下沉情况, 结合物探手段查明顶管施工的影响范围, 对下沉的路基提出了合理的注浆加固方案, 对路基进行了有针对性的加固。路基加固后, 顶管施工顺利完成。

关键词：软土路基,顶管施工,下沉病害,注浆