容縣城區(qū)污水處理工程排污管網(wǎng)管基化學(xué)灌漿加固施工實踐

繆 華 吳紹強(qiáng) 韋興標(biāo)

（廣西水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，廣西 柳州 545006）

容縣城區(qū)污水處理工程排污管網(wǎng)管基化學(xué)灌漿加固施工實踐

繆 華 吳紹強(qiáng) 韋興標(biāo)

（廣西水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，廣西 柳州 545006）

文章結(jié)合廣西容縣城區(qū)污水處理工程排污管網(wǎng)管基化學(xué)灌漿加固施工實際情況，介紹化學(xué)灌漿在排污管已完成頂管鋪設(shè)后出現(xiàn)的局部管段發(fā)生了管基淘空破壞、管道下沉等復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行加固處理，使排污管道恢復(fù)正常使用。

排污管網(wǎng)；管基淘空破壞；管道下沉；化學(xué)灌漿加固

（一）概述

廣西容縣城區(qū)污水處理工程排污管網(wǎng)繡江北岸排污干管位于容縣縣城中部下井、繡江河北岸，沿繡江河岸布置。該縣城區(qū)污水處理工程排污管網(wǎng)秀江北岸排污干管網(wǎng)大部分采用頂管施工，管道直徑為 1.0～1.2m，管底埋深為 4.11～10.83m（低于繡江河水位）。由于管道埋置深度段土層多為填土、粉質(zhì)粘土、細(xì)中砂及砂卵石層，土體自穩(wěn)性較差；且地下水較豐富，在繡江河水及地下水的壓力作用下，頂管管設(shè)施工過程中出現(xiàn)管涌、流砂現(xiàn)象，導(dǎo)致局部管段發(fā)生了管基淘空破壞、管道下沉等現(xiàn)象；工程已全部完成，但管道存在地基下沉、局部坍塌、滲漏等問題，致使完成管段不能正常使用。針對此問題，容縣縣委決定召開由設(shè)計、施工、監(jiān)理單位參加的緊急會議，并于2010年8月25日邀請國內(nèi)有關(guān)專家研究解決方案。在專家會議上，廣西水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院專家根據(jù)管基的巖土工程地質(zhì)條件及排污管線頂管鋪設(shè)施工過程中出現(xiàn)的問題，結(jié)合以往施工經(jīng)驗提出了“外灌、內(nèi)（襯）補(bǔ)”的修復(fù)方案，即采用化學(xué)灌漿加固方法對排污管管道頂管施工過程中由于管涌、流砂擾動破壞的管道地基進(jìn)行化學(xué)灌漿加固處理，防止排污管道的進(jìn)一步下沉變形，并起到一定的防滲輔助作用；在滲漏嚴(yán)重的地段，采用管內(nèi)修補(bǔ)、襯管連接修復(fù)，確保把排污管的滲漏降低到最?。慌c會專家一致認(rèn)為該方案經(jīng)濟(jì)、合理、可行。

受容縣城市建設(shè)投資有限公司委托，廣西水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院承擔(dān)一標(biāo)段中的33#～59#檢查井(k1+223.9-k2+240)之間、二標(biāo)段中的1#～4#檢查井(k0+000-k0+120)之間及二標(biāo)段中的8#～11#檢查井（k0+320-k0+410）之間等3個滲漏和不均勻沉降較嚴(yán)重的區(qū)段排污管地基進(jìn)行化學(xué)灌漿加固處理；并于8月22日進(jìn)場施工， 10月15日完成。本次排污管地基化學(xué)灌漿加固處理共完成注漿孔1834個，累計鉆灌進(jìn)尺

17624.2m；檢測孔21個，累計檢測進(jìn)尺202.75m；消耗水泥2746t，水玻璃357t。經(jīng)檢測，該排污管地基土承載力特征值≥150KPa，滿足設(shè)計要求；且該排污管已投入使用3個多月，未發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

（二）工程概況

1.場地內(nèi)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

（1）場地內(nèi)工程地質(zhì)條件：場地淺層大都為素填土和中細(xì)砂，中下部為粉土及含圓礫中砂，局部含淤泥質(zhì)粉土，其中52#～54#檢查井之間、56#～4#檢查井之間區(qū)段含紫紅色石英砂巖塊石。

（2）場地內(nèi)水文地質(zhì)條件：排污干管網(wǎng)區(qū)內(nèi)主要為地下水徑流排泄區(qū)，地下水位受繡江河水影響，埋深一般為5.00～8.50m，年水位變幅3.00～4.00m。

2.施工場地環(huán)境條件

污水處理工程排污管網(wǎng)繡江北岸排污干管管道沿繡江河堤布設(shè)，施工場地較為平整。但干管管道深埋地下，地面局部有花圃河堤、碼頭等建筑物，施工條件較復(fù)雜，其中33#～48#檢查井地下還鋪設(shè)有國防光纜，給施工機(jī)械設(shè)備及材料進(jìn)出場及施工帶來較大影響。

3.管基灌漿加固設(shè)計要求

化學(xué)灌漿加固處理的軟弱土漿液應(yīng)達(dá)到飽和，灌漿壓力符合要求，滿足施工設(shè)計中提出的終灌壓力0.2～0.5 MPa的要求，地基允許承載力應(yīng)達(dá)到150 KPa以上。

（三）化學(xué)灌漿加固施工技術(shù)

1.化學(xué)灌漿方法的選擇與灌漿加固機(jī)理

本工程化學(xué)灌漿采用雙液法、自下而上逐段拔管灌漿的方法進(jìn)行，即灌漿孔鉆至設(shè)計要求的孔深后，安放φ50mm鐵質(zhì)水管作為水泥漿液的輸送管，同時作為灌漿管，基底部長1.00m范圍內(nèi)布設(shè)φ8mm小孔作為出漿孔；而在φ50mm灌漿管內(nèi)再安裝φ20mm鐵質(zhì)水管作為水玻璃溶液的灌漿管。用BW-150型變量泵分別抽送配制好的水泥漿液和水玻璃溶液，經(jīng)兩條高壓膠管，分別進(jìn)入φ50mm和φ20mm的灌漿管，并于φ50mm的灌漿管底部充分混合，形成混合液。混合液在泵壓作用下，經(jīng)擴(kuò)散、充填、滲透、擠密、劈裂等作用，擴(kuò)散、充填和滲透到排污管底部等空隙中，經(jīng)擠密、劈裂等作用，排出水和空氣，與排污管底部的土體顆粒膠結(jié)、硬化固結(jié)，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、承載力高的復(fù)合地基土。當(dāng)某孔段灌漿滿足設(shè)計要求后，應(yīng)當(dāng)將灌漿管往上提0.30～0.50m，繼續(xù)對上一孔段進(jìn)行化學(xué)灌漿加固處理，直到排污管頂部以上 0.50m為止。

2.化學(xué)灌漿加固范圍的確定

為確保該排污管底部被淘空破壞形成空洞得到有效地填充和其底部軟弱地基土得到充分加固，本工程化學(xué)灌漿加固范圍：橫向沿排污管道軸線左右4m范圍內(nèi)，縱向深度范圍從排污管管道頂部以上0.50m至底部以下2m。

3.化學(xué)灌漿加固施工順序

灌漿加固施工分Ⅰ序孔、Ⅱ序孔兩個順序進(jìn)行，先灌Ⅰ序孔，再灌Ⅱ序孔；在先施灌Ⅰ序孔的同時應(yīng)選擇排污管下沉嚴(yán)重的部分先施工，再施灌排污管下沉輕的部分。Ⅰ序孔為Ⅱ序孔提供灌漿資料如灌漿壓力和灌漿量，Ⅱ序孔對Ⅰ序孔的灌漿效果進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，兩序孔互相配合施工。

4.化學(xué)灌漿孔布置

化學(xué)灌漿孔布置：沿排污管道兩側(cè)各布置一排灌漿孔，灌漿孔呈品字形，孔距為0.80～1.20m，排距為1.50～2.00m，避免排污管損壞。

5.化學(xué)灌漿孔成孔技術(shù)

成孔施工技術(shù)，素填土、中細(xì)砂和粉土等土層采用沖擊取土法成孔，孔徑φ110mm～φ130mm；圓礫中砂和紫紅色石英砂巖等巖采用硬質(zhì)合金回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝成孔，灌漿孔應(yīng)當(dāng)鉆至排污管底部2.00m以下，鉆孔直徑φ91mm。

6.化學(xué)灌漿量的確定

預(yù)計化學(xué)灌漿量Q可以按下式進(jìn)行確定：Q=KVnαβ

式中 V—受灌地層的加固體積；K—漿液的損耗系數(shù)，K取1.10～1.20；n—受灌地層的孔隙率；α—漿液的結(jié)石率，α取0.90～0.95；β—有效充填系數(shù)，β取0.85～0.95。

7.化學(xué)灌漿壓力控制

（1）灌漿壓力的選擇：灌漿壓力大小，主要與灌漿段頂部深度、漿液擴(kuò)散半徑、蓋板厚度和地層滲透系數(shù)等因素有關(guān)。灌漿壓力的大小理論上可按下式進(jìn)行計算，并應(yīng)通過現(xiàn)場試驗后確定。

P=1/10×βC×γ×Τ+Κ×λ×h

式中P—容許灌漿壓力（10N/cm2）；Τ—覆蓋層或蓋板的厚度；βC—漿液粘度對水的粘度比，βC值在1～3范圍選擇；γ—圓礫層之上的覆蓋層或蓋板的容重，（t/m3）；K—與灌漿方法有關(guān)的系數(shù)，自下而上，K=0.6；λ—與砂礫石層結(jié)構(gòu)性質(zhì)有關(guān)系數(shù)：λ值取0.5～1.5；結(jié)構(gòu)疏松，滲透性強(qiáng)的，λ取小值；結(jié)構(gòu)緊密，滲透性差的，λ取大值；h—覆蓋層或蓋板底部至灌漿段頂部的深度（m）。

（2）灌漿壓力控制：灌漿過程中灌漿壓力控制采用逐級加壓方法，每一級漿液保持一定的壓力，并持續(xù)一段時間（通常為 30min左右）后，改為下一級配的漿液進(jìn)行灌漿，采用控制灌漿量的方法來控制灌漿壓力，本工程灌漿壓力應(yīng)控制0.30～0.50MPa。當(dāng)?shù)貙游鼭{量接近或達(dá)到設(shè)計灌漿量時，采用濃漿進(jìn)行閉漿 30min。灌漿過程中若遇到壓力陡升或突降時，應(yīng)查明原因或排除故障后方能繼續(xù)灌漿。

8.漿液的配制

水泥漿：采用現(xiàn)場機(jī)械攪拌，攪拌均勻。應(yīng)當(dāng)根據(jù)受灌地層的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，采用級配的漿液。對于結(jié)構(gòu)疏松、吸漿量大的灌漿段，采用水灰比為：1.5∶1；1∶1；0.8∶1；0.6∶1四種級配的漿液；對于結(jié)構(gòu)緊密、吸漿量不大的灌漿段，采用水灰比為：2∶1；1.5∶1；1∶1和0.8∶1四種；同時施工現(xiàn)場應(yīng)根據(jù)地層吸漿量的大小和壓力變化及時做相應(yīng)的調(diào)整。水玻璃溶液應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)場施工實際情況，確定其濃度和摻入量；當(dāng)發(fā)現(xiàn)灌漿孔串漿或地面冒漿時，應(yīng)當(dāng)按水泥漿灌入量的3%～10%摻入，有效控制漿液擴(kuò)散半徑，減少水泥和水玻璃等原材料的浪費，降低工程成本。

9.終灌標(biāo)準(zhǔn)

在灌漿過程中，當(dāng)某灌漿段的灌漿量滿足預(yù)計灌漿量的1.3倍，或其灌漿壓力滿足設(shè)計灌漿壓力并保持穩(wěn)定，吸漿量小于0.50L/min，持續(xù)30 min，可結(jié)束該灌漿段灌漿。

10.化學(xué)灌漿加固補(bǔ)強(qiáng)

在灌漿加固處理施工過程中，應(yīng)當(dāng)及時對灌漿加固效果進(jìn)行自檢，如發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)及時增加鉆孔進(jìn)行灌漿加固補(bǔ)強(qiáng)，直到滿足設(shè)計要求為止，以確保本工程化學(xué)灌漿加固效果。

（四）化學(xué)灌漿加固施工注意事項

1.灌漿孔必須鉆到排污管底部2.0m以下，以確保灌漿加固效果。

2.灌漿前，為避免灌漿管堵塞，應(yīng)開泵送送清水進(jìn)行清洗，避免因灌漿管在成孔或安放過程中粉土、細(xì)砂流入灌漿管內(nèi)造成堵塞。

3.灌漿過程中，應(yīng)派專人進(jìn)入排污管內(nèi)觀察，減少或避免漿液進(jìn)入排污管內(nèi)，或因灌漿量過大造成排污管抬升。

4.灌漿過程中，應(yīng)當(dāng)合理控制灌漿壓力，避免因灌漿壓力過大造成排污管局部抬動量過大而斷裂。如發(fā)現(xiàn)灌漿壓力過大，應(yīng)查明原因，確保灌漿加固正常施工。

5.排污管內(nèi)或地面冒漿時，應(yīng)采取間歇灌漿等方式進(jìn)行，能有效地控制漿液無效擴(kuò)散而造成不必要的浪費。

（五）化學(xué)灌漿效果檢測

加固處理完成后 7天，由有相應(yīng)檢測資質(zhì)的檢測單位進(jìn)行檢測，檢測單位在排污管兩側(cè)布置檢測孔，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗或動力觸探等原位測試和鉆探取芯等方法對排污管兩側(cè)軟弱地基土的化學(xué)灌漿加固效果進(jìn)行檢測。從取上巖芯看，水泥漿呈脈狀、薄層狀、短柱狀貫穿于排污管兩側(cè)軟弱地基土之中，局部呈長柱狀純水泥漿，主要分布在排污管兩側(cè)被淘空部分。從標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗看，實測錘擊數(shù)6～10擊/10cm，局部孔段達(dá)15擊/10cm，修正后統(tǒng)計，錘擊數(shù)為7.5擊/10cm，其承載力特征值fak≥150KPa，滿足設(shè)計要求。

（六）結(jié)束語

1.采用化學(xué)灌漿加固處理方法對已鋪設(shè)好排污管底部軟弱地基土進(jìn)行加固處理，化學(xué)漿液在壓力作用下經(jīng)擴(kuò)散、充填、擠密、劈裂等能夠充分?jǐn)U散填充到排污管底部被排污管底部淘空部分，同時經(jīng)擠密、劈裂作用對排污管底部的軟弱地基土進(jìn)行加固，其承載力特征值提高到150KPa以上，同時能降低排污管滲漏。

2.在對既有排污管化學(xué)灌漿加固處理中，如何控制灌漿壓力和灌漿量是本次化學(xué)灌漿加固成功的關(guān)鍵。

3.采用化學(xué)灌漿加固處理方法，與采用樹根樁托換相比，具有技術(shù)可行、操作簡單、工程成本低和施工工期短等優(yōu)點。

TU992.24

A

1008-1151(2011)04-0089-02

2011-01-20

繆華（1971－），男，廣東五華人，廣西水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院地質(zhì)助理工程師。