在软土中建造沉井和顶管相结合的倒虹吸管的施工方法及其高压旋喷桩应用

1工程概况

泉州市北高干渠整治工程采用污水截流、雨污合流措施，在沿渠两岸布置排污管（沟），并在合适位置布设沉井与顶管相结合的倒虹吸管，将污水跨渠导引出渠外，避免污水渗入渠道。潘山倒虹吸就是其中之一，位于潘山分水口下游，由进、出口排污沟，进、出口钢筋混凝土竖井和一条连接两个竖井的钢管组成。

本工程位于泉州市冲积平原北部，自上而下土层分布为：杂填土、粉质粘土、含砾中粗砂、残积砂质粘性土、全风化花岗岩。地下水位在地面 下0.6m～1.4m。受当地已建建筑物、地形、工程水文地质条件等因素的限制，潘山倒虹吸施工难度较大，主要表现为：①进出口竖井要穿越强透水、易崩塌的松软土层。采用明挖、现浇竖井施工难度较大，且危及近邻民房。若采用沉井，则沉井下沉施工亦颇费周折。②施工过程应保证渠道供水不中断。若采用明挖管槽方案，污染渠水，不可取；采用顶管法施工，上覆土层较薄且不稳定，将危及其顶部供水渠道安全运行。经权衡利弊，综合考虑，采用沉井和顶管相结合的倒虹管方案，为防止沉井和顶管在软土中施工所带来的问题，采用高压旋喷桩对沉井和顶管施工区域周边的进行加固处理。

2沉井施工：

工程进出口沉井以第四系松软土层之下的全风化花岗岩为持力层，采用排水法下沉，边下沉边挖土，达到设计标高后，直接采用干封底。施工中做好排水，避免流砂。下沉过程随时注意做好沉降观测和控制，确保沉井施工顺利。

⑴沉井施工前，先进行轴线、标高定位控制。在井壁四面中轴线处绘出竖直墨斗线，在墨斗线位置悬吊线锤，使线锤与墨斗线在同一垂线上，以控制垂直度。挖土下沉时，随时观测，及时纠偏。

⑵本工程采用连续挖土下沉施工方法。根据不同土质合理安排挖土顺序，以保证沉井四周阻力均匀对称，沉井均匀下沉。如：粘土层从中间向四周均匀分区对称挖土；土质软硬不均匀者，先挖硬的一侧，后挖软的一侧；流砂层只挖中间，不挖四周；偏斜受地下水影响时，背水方向的土先挖，来水方向的土后挖；遇杂填土及含砾中粗砂层或各土层层面时，沿沉井刃脚留土堤，使沉井挤土下沉。当遇到同一高程土质不均匀时，坚持“以防为主，以纠为辅”的原则处理。当沉井向某侧倾斜时，可在高的一侧刃脚处多挖土，在较低刃脚处适当回填砂石，平衡井体；当沉井平移时，可使沉井先向偏移的一方倾斜，然后沿倾斜的方向下沉，直到刃脚处中线与设计中线吻合，再将沉井纠正至相处方向的点上，最后使倾斜控制在允许偏差范围以内；当沉井扭转时，采用对角偏挖，另两对角偏填土，依靠刃脚下不相等的土压力形成力偶，使之下沉过程中逐步纠正。当沉井底接近设计高程时，减慢下沉速度，控制好沉井的轴线、高程、垂直度，及时纠偏。准确无误后，继续缓慢下沉。在沉井设计标高处先放置一定数量的混凝土预制块，使沉井最后座落于混凝土块上，并预留5mm左右沉降量。

3顶管施工

顶管施工时不能中断泉州北高干渠正常供水，且顶管上覆土层较薄（只有5.0m），其中中粗砂层较松散且透水性强，残积砂质粘性土遇水易崩解，发生流土、流砂、涌水、塌方甚至冒顶，因此施工难度很大。为此，在顶管和两沉井之间布设单管高压旋喷桩，加固土体，阻止地下水渗流，确保管顶土体稳定，施工安全。

3.1单管高压旋喷桩施工

⑴工艺流程：

⑵两侧桩中心距钢管边线300mm各布置旋喷桩一排，桩底与钢管底高程一致，顶部与上部桩连成整体（见图1）。

北渠段旋喷桩施工时，在渠道中搭设工作平台，渠道中埋设Φ100mm引管，将回水和浆液引出渠道，以免污染水源。

⑶工艺参数：桩径Φ500mm，孔距430mm，排距380mm，顶管上部桩长3.0m,泵压20mpa～30mpa，提速16cm/min～20cm/min,浆液比重≥1.5g/cm3，孔斜1%，输浆量≥40L/min。

⑷施工工艺要求。①喷射注浆时要注意设备开动顺序。单管法应先空载启动钻机，待运转正常后，再空载启动高压泵。旋喷时，即可旋转注浆管，并开动注浆泵。先向孔内送清水，待泵量、泵压正常后，即可将注浆泵的吸浆管移至储浆桶，开始注浆。估算水泥浆的前锋已流出喷头后，开始提升注浆管，自下而上喷射注浆。②喷射注浆中需拆卸注浆管时，应先停止和回转，同时停止送浆。拆卸完毕，继续喷射注浆时，开机顺序如前，注意喷射浆孔段要与前段搭接0.1m，防止固结体脱节。另外，喷射注浆达到设计深度后，可停水，继续用注浆管注浆。待水泥浆从孔口冒出后，停止注浆，将注浆泵的吸水管移至清水桶，抽吸一定量清水将注浆泵和注浆管路中的水泥浆顶出，然后停泵。③喷射注浆作业后，由于浆液析水作用，一般均有不同程度收缩，使固结体顶部出现凹穴，应及时用水灰比为0.6的水泥浆进行补充，并要预防其他钻孔排出的泥土或杂物混入。④为加大固结体尺寸，或避免深层硬土固结体尺寸减小，可以采用提高喷射压力、泵压或降低回转与提升速度等措施，也可以采用复喷工艺。做法如下：第一次喷射（初喷）时，只注水泥浆液。初喷完毕后，注浆管边送水边下降至初喷开始的孔深，再抽送水泥浆，自下而上进行第二次喷射（复喷）。⑤在喷射注浆过程中应观察冒浆情况，以及时了解土层情况、喷射注浆的大致效果和喷射参数是否合理。采用单管喷射注浆时，冒浆量小于注浆量的20％为正常现象，超过20%或完全不冒浆时，应查明原因并采取相应的措施。若系地层中有较大空隙引起的不冒浆，可在浆液中掺加适量速凝剂或增大注浆量。若冒浆过大，可减少注浆量或加快提升和回转速度，也可缩小喷嘴直径，提高喷射压力。此外，对冒浆应妥善处理，及时清除沉淀的泥渣。在砂层用单管注浆喷射时，可以利用冒浆补灌已施工过的坑孔。但在粘土层、淤泥层旋喷时，因冒浆中掺入粘土和清水，故不宜采用冒浆回灌。

⑸质量控制与质量检测：测量确定桩位，喷浆过程注意连续施喷和复喷，保证浆液比重符合要求，做好施工记录。质量检测采用开挖检查，要求桩与桩间连成一体。

3.2顶管施工与注意事项

⑴施工设备：ZB10/49电动油泵1台；YT320型千斤顶2台，总顶力640KN；2.2k潜水泵2台。

⑵工艺流程：测量轴线标高设备安装钢管顶进人工掏土监测纠偏管道顶进封口。

⑶施工注意事项：①顶管过程中，沉井底集水坑应保持连续抽水，降低地下水位。顶管完成后即时封堵集水井。②顶管穿越主渠道段时，为保证施工安全，采用先顶进、后掘土的施工方法。施工中注意控制管前开挖面土体稳定，不出现塌方，接近管口处设置安全门。③每顶进20cm～30cm均进行开挖、测量、纠偏，保证施工质量符合要求。

4结语

潘山倒虹吸工程竣工已有四年有余，运行正常。实践表明，上述设计和施工方法简便易行，可供类似工程参考。

参考文献

〔1〕曾国熙，卢钧，蒋国澄，叶正青.地基处理手册〔M〕.北京：中国建筑工业出版社，1993.

〔2〕余林泉，陈传灿.顶管施工技术〔M〕.北京：人民交通出版社，1998.