临水强透水砂层下穿重要供水管施工方案浅谈

蒲华林 陈小卫 刘明进 中国水利水电第七工程局有限公司

1.工程概况

本工程位于深圳市某水库，本项目5×4.5m管涵，箱涵总长500.4m。箱涵流水面标高10.5，箱涵基坑北侧距离供水管既有检查井仅7m，供水管检查井基底标高15，高于箱涵基坑标高约5m，箱涵与一DN2600供水管垂直交叉，管道为钢管材质，管材外存在0.5m厚混凝土包封，现状地面高程为24.5m，供水管道中心高程约19.2m。该供水管处箱涵基坑深约15m，基坑范围从上到下依次为：素、杂填土、砾质粘土、砾砂、残积土层，其中砾砂层黄褐色夹灰白色，饱和，稍密～中密，粉粘粒含量约20%～30%，该层层厚约7.8m。为确保基坑施工安全，箱涵结构基坑围护结构采用钻孔灌注桩，由于箱涵垂直交叉供水管，供水管及其方包范围围护结构无法闭合，箱涵结构南侧距离既有水库水面仅37m，根据《基坑降水技术规程》可知，砺砂层透水半径100-200米，透水系数2.40×10-2～6.0×10-2，供水管交叉范围若无法封闭开挖时极易产生透水风险，基坑透水涌砂极易导致既有检查井沉降导致管道接口破裂，如何封闭该处围护结构为本工程顺利实施的重难点。

2.施工方案比选

为确保工程顺利实施，项目部采取了多方面方案比选。

2.1 方案一：减少透水通道范围，增加透水通道长度，减少地下水对透水砂层的渗水补给

由于透水砂层透水半径约150-200m，为增加透水半径，减少水库地下水对透水砂层的渗水补给，钢板桩需延既有管线两侧延伸约200m，由于该管线南侧部分位于水库库岸边缘，表层多为淤泥，不具备大型设备进场条件，钢板桩打设条件，北侧管线下穿既有高速公路，高速公路距离基坑仅约50m，导致采用打设钢板桩隔断基坑缺口部位同周围透水层的水力联系的方式，需配合降水井进行降水，由于降水后可能引起管道基础及高速路路基基础沉降，且钢板桩打设需对管道两侧淤泥进行换填，费用教大，故本方案舍弃。

2.2 方案二：对地下水进行冻结，确保开挖基坑安全

该砂层地下水饱和，且临近水库基本无流速，考虑采用冷冻法对地下砂层进行冻结，确保基坑开挖时不渗水。由于原水管为钢材，采用冷冻法后钢管结构在低温下冷缩，该基坑北侧基坑临近原水管检查井，可能导致管道通检查井连接破坏；在低温下钢材力学性能降低，地下水冻结后体积膨胀可能导致管道受压破坏；故本方案舍弃。

2.3 方案三：对基坑进行强行围闭

由于管线直径2600，且外侧存在50cm厚方包结构，拟采用潜孔钻机斜向引孔注浆，但无论采取什么角度，受旋喷桩喷浆半径及浆液被地下水稀释的影响，方包以下部位存在一处等边三角地带无法进行地表加固，如何进行封闭，为本工程实施的关键。本项目创新性的提出了外侧封闭结合内侧补强的方式，有效的解决了地表加固无法封闭基坑的难题。

3.确定方案

经项目部全体人员讨论，最终项目部形成技术方案，具体内容如下。

3.1 管线探挖，精确定位，施工管线两侧围护结构

该管线方包顶部距离地面约4m，施工前首先采用人工配合机械对管线顶部覆盖层进行探挖，确定管线方包范围。探挖时先采用放坡开挖的方式采用机械挖除表面3m覆盖层，然后采用人工拉槽的方式进行探挖，探坑宽1m，深1m，长度4m，每次探挖完成后采用机械对管线顶部覆土进行挖除，依次交替进行直至开挖至方包顶部。开挖至方包顶部后，继续对方包两侧进行对称开挖，开挖至方包顶以下1米，对方包范围进行精确测量，并在方包外侧埋设钻孔灌注桩钢护筒，共计4个，位于管线及围护结构交叉点处，然后逐步分层对探挖土体进行回填，并采用小型夯机进行压实，直至原地面线，确保旋挖钻机施工条件。

旋挖钻机开始施工前，采用碎石对回填土顶面进行换填并找平，铺设2cm厚钢板，确保旋挖钻机基础稳定，并再次复核钢护筒的垂直度及中心位置，确保管线结构安全。同时，针对测量放样确定桩基中心点位置复核无误后在钻孔桩周围3m处测放4个护桩，其对角线相互垂直并与桩基中心重合，护桩采用2m钢筋，插入周围稳定土层1.5m，以备钻孔过程中对桩位进行复核。

为避免砂层塌孔，钻孔施工采用泥浆护壁，开钻前在场地内布置泥浆循环净化系统，在基坑内顺线路方向挖设泥浆池和沉淀池，具体尺寸为6 m×4 m×2 m（池壁坡比1:0.75），泥浆循环采用明沟（20cm×20cm）。泥浆原料选用膨润土造浆，为提高泥浆黏度和胶体率，在泥浆中掺入烧碱或碳酸钠等添加剂，造浆后应试验全部性能指标。

旋挖钻机开孔施工应轻压慢进，钻头转速不宜大于10r/min，待主动钻杆全部入孔后，方可逐步加速进行正常钻进。由于该处主要为透水砾砂层旋挖钻机钻进中应采用慢速钻进，并应适当增加泥浆比重和黏度。同时在钻孔过程中应严格控制钻头升降速度，减小钻斗升降对孔壁的扰动，避免发生塌孔。

3.2 钢筋提前预埋钢筋，为后续围挡施工创造条件

钢筋笼主筋采用HRB 400 直径28的钢筋，钢筋环向间距分别为20cm，钢筋采用焊接采用搭接焊，搭接长度为14cm（双面）或28cm（单面焊），焊缝厚度不小于8.4mm（0.3d），焊缝宽度不小于22.4mm（0.8d）。搭接接头预先折向一侧，搭接钢筋轴线位于同一直线上。在钢筋笼靠管道侧顺箱涵轴线长方向埋设一道钢筋，直径同主筋，并与箍筋连接，该主筋与混凝土保护层同高，便于后期对保护层进行局部剥离，用于钢筋焊接。

3.3 地表斜向加固，完成方包影响范围以外部分基坑加固

钢筋笼安装完成后及时浇筑桩基水下混凝土，待桩身强度达到70%强度后，即可组织供水管覆压处的围闭施工。施做基坑围护结构外管线底部采用斜向袖阀管注浆的方式对管线覆压范围大部分土体进行加固，注浆主要技术参数如下:浆液的水灰比定为0.6——1.0，水泥采用P.O 42.5（425R）普通硅酸盐水泥，注浆压力初定在0.2～0.3Mpa之间，可根据现场实验情况进行调整。注浆压力以水泥浆液能顺利注入为原则，在注入率大于10L/min的情况下，尽可能采用较小的注浆压力，减小地面冒浆的可能性。注浆速度：底部和顶部注浆速度为15～20L/min，其它位置为20～30L/min。由于管线周围方包为矩形结构，采用斜向注浆的方式，方包混凝土底部由于受浆液扩散范围及打孔位置的影响，围护结构无法闭合，仍存在一处缺口透水点，此时，受作业面位置的施工工艺限制已无法在地面进行处理，需采取进一步措施。同时为确保基坑北侧既有检查井基础稳定，对检查井侧临近基坑处采用旋喷桩定喷的形式对检查井基础进行加固。同时在检查井侧及维护结构间打设回灌井，预留回灌地下水条件。

3.4 基坑内打设钢板桩，配合开挖进行水平加固，封闭围护结构

在基坑钻孔桩及桩间斜向加固施工完成后，及时施工围护结构冠梁支撑梁等混凝土结构，其中管线两侧的支撑梁为1mX1m,用于管线开挖后期选调保护用。开挖管顶土层至方包顶部，在坑内管线方包两侧50cm处分别打设一排钢板桩，钢板桩长15m，并在钢板桩及方包间再次施工袖阀管注浆，对钢板桩及围护结构间隙进行封闭，等强7天后分层分段开挖管线两侧基坑，包封顶面至管线顶部桩间采用钢筋混凝土挡墙同冠梁连接，挡墙等强后继续分层开挖基坑.钢板桩外侧开挖至方包底部2m后，在钢板桩上打孔，采用袖阀管水平注浆加固管道包封下方斜向袖阀管注浆未加固土体，等强后拔出钢板桩，开挖管底土方，并采用固定底部软木衬垫、穿设斜拉可调松紧钢丝绳确对管线进行保护，设计吊点3处，继续分层开挖管线底部基坑土方，采用逆作法的形式随挖随做管线底部桩间钢筋混凝土挡墙，直至基坑开挖见底，挡墙钢筋笼需在开挖后剥离原钻孔桩中预埋连接钢筋，并与其焊接连接，挡墙厚度1m，须开挖至桩基外侧，确保挡墙稳定，并及时架设钢支撑，确保开挖后墙体稳定，确保基坑开挖施工安全。

4.结语

本工程通过斜向地面注浆加固以及基坑内支挡止水+水平注浆加固的双重方式，圆满的解决了强透水基坑管线底部无法封闭，导致透水砂层涌水涌砂的风险，有效的保证了基坑的施工安全，圆满完成施工。