如何用鋼管防止土方回填沉降

⑴ 沉管基礎處理與覆土回填

盡管沉管隧道基礎所承受的荷載通常較低，對地質條件的適應性比較強，但由於在基槽開挖過程中，不論使用哪一種挖槽方法，槽底表面都不會太平整，槽底表面與沉管底面之間必將存在很多不規則的空隙，導致地基土受力不均勻而局部破壞，從而引起不均勻沉降，使沉管結構受到局部應力而開裂，故必須進行基礎處理（基礎填平）。

沉管隧道基礎處理的方法很多，主要分先鋪法和後填法兩大類。在管段沉放前進行的處理方法稱先鋪法，又叫刮鋪法，包括刮砂法和刮石法；後填法是先將管段沉沒在溝槽底的臨時支座上，隨後再補填墊實，它包括噴砂法、灌砂法、灌囊法、壓砂法、壓漿法等。

後填法的優點是在處理過程中基本上不幹擾航運，不需特殊的專用設備，不受氣象條件的影響，不需大量潛水作業，便於日夜連續施工，操作簡易，省工省費用，全過程進行信息化控制。所以，目前大型沉管隧道的基礎處理多用後填法，如噴砂法、壓砂法、壓漿法。

如沉管管段的地基土特別軟弱時，僅靠上述「墊平」處理是不夠的，還需進行特別處理。處理方法有置換法（以粗砂置換軟弱土層，但地震時有液化危險，不安全）、打砂樁並載入預壓法（需花費大量時間等待固結，影響工程進度，一般不用）、樁基法等。另外也可採用減輕管段的重量的辦法，但效果不大。

基礎處理結束後，還要對管段兩側和頂部進行覆土回填，以確保隧道的永久穩定。回填材料為級配良好的砂、石。為了使回填材料緊密地包裹在沉管管段上面和側面不致散落，需要在回填材料上面再覆蓋石塊、混凝土塊。全面回填工作須在相鄰的管段沉放完後進行，採用噴砂法進行基礎處理或採用臨時支座時，則要等到管段基礎處理完，落到基床上再回填。採用壓注法處理時，先對管段兩側回填，但要防止過多的岩碴存落管段頂部。回填覆蓋採用「沉放一段，覆蓋一段」的施工方法，在低平潮或流速較小時進行。管段兩側應對稱回填，回填應均勻，不要出現堆積和空洞現象。

一、先鋪法（刮鋪法）施工工藝

1.基本工序（圖8-23，圖8-24）

（1）在浚挖溝槽時先超挖0.6～0.8 m；

（2）沿溝槽底面二側打數排短樁，安設導軌以便在刮鋪時控制高程和坡度；

（3）用抓鬥或通過刮鋪機的喂料管，其寬度為管節底寬加 1.5～2m，長度為一節管節長度的范圍內，投放鋪墊材料。

（4）按導軌所規定的厚度、高程以及坡度，用刮鋪機將鋪墊材料刮平；

圖8-23 先鋪法基本工序圖

圖8-24 先鋪法

1—碎石墊層；2—駁船組；3—車架；4—桁架及軌道；5—刮板；6—錨塊

（5）在管節里灌足壓載水，有時再壓砂石料，使其產生超載，而使墊層壓緊密貼；若鋪墊材料為碎石，通過管節底面上預埋的壓漿孔，向墊層里壓注水泥膨潤土斑脫土混合砂漿。

2.先鋪法的缺點

（1）需要特製的專用刮鋪設備；

（2）作業時間長，干擾航道；

（3）刮鋪完後需經常清除回淤土或坍坡的泥土；

（4）當管節底寬較大，超過 1 5 m時，施工較困難。

二、後填法施工工藝

1.後填法施工的類型

後填法施工的類型主要有：①噴砂法；②灌囊法；③壓漿法；④壓砂法；⑤樁基法。

2.後填法的基本工序

後填法的基本工序如圖8-25 所示。

圖8-25 後填法的基本工序圖

（1）浚挖溝槽時，先超挖 1m左右；

（2）在溝底安設臨時支座（此項工作是後填法中的一項比較主要的工序）：

①水底臨時支座，多數是用道碴堆成；②道碴堆的常用尺度為7m×7m×（0.5～1.0）m；③擱在臨時支座上的支承板通常隨管節一起澆制，一起沉埋，其尺寸一般為2m×2m×0.5m；④支承板由設在與管節底面之間的液壓千斤頂實現調整定位。

（3）管節沉埋完畢（在臨時支座上擱妥）後，往管底空間回填墊料。

3.噴砂法

（1）此法主要是從水面上用砂泵將砂、水混合料通過伸入管節底下的噴管向管底噴注，填滿空隙。噴填的砂墊層厚度一般為 1m。

（2）噴砂作業需一套專用的台架，台架頂部突出在水面上，可沿鋪設在管節頂面上的軌道作縱向前後移動（圖8-26）。

（3）在台架的外側，懸掛著一組（三根）伸入管節底部的 L 形鋼管。中間一根為噴管，直徑為 100cm，旁邊兩根為吸管，直徑為80mm。

（4）作業時將砂、水混合料經噴管噴入管節底下空隙中，噴射管作扇形旋移前進。在噴砂進行的同時，經兩根吸管抽吸回水。從回水的含砂量中可以測定砂墊的密實程度。

（5）噴砂時從管節的前端開始，噴到後端時，用浮吊將台架吊移到管節的另一側，再從後端向前端噴填，如圖8-27 所示。

圖8-26 噴砂法原理

1—噴砂管；2—回吸管

圖8-27 噴砂台架

1—噴砂台支架；2—噴管及吸管；3—臨時支撐；4—噴入砂墊

（6）噴砂作業的施工進度約為200m³/h。當管節底面積為 3000～4000m²時，噴砂作業的實際時間僅 15～20h，大約兩天便可完成。

（7）噴砂完畢後，隨即松卸臨時支座上的定位千斤頂，使管節的全部（包括壓載物）重量壓到砂墊層上去進行壓密。這時產生的沉降量，一般在 5mm 以下。通車以後的最終沉降量，一般都在 15mm以內。

噴砂法的優缺點與適用性：

（1）優點：在清除基槽底的回淤土時十分方便，可在噴砂作業前，利用噴砂設備逆向作業系統進行。

（2）缺點：噴砂台架體積龐大，佔用航道影響通航；設備費用昂貴；對砂子的粒徑要求較嚴，因而增加了噴砂法的費用。

（3）適用性：適用於寬度較大的沉管隧道。

4.灌囊法

（1）首先在開挖好的基槽底面先鋪一層砂、石墊層，然後於管節沉放前在管節底面下事先系扣上空囊袋一並下沉，先鋪墊層與管節底面之間留出 15～20cm的空間。

（2）待管節沉放完畢後，從工程船上向囊袋內灌注由黏土、水泥和黃砂配置成的混合砂漿，直至管節底面以下的空隙全部填滿為止，如圖8-28 所示。

圖8-28 灌囊法

（3）囊袋的尺寸按一次灌注量而定，一般不宜過大，以能容納 5～6 m³為度。製造囊袋的材料要有一定牢度，並有較好的透水性和透氣性，以便灌注砂漿時順利地排出囊袋中的水和空氣。

（4）混合砂漿的強度（標號）要求不高，只需略高於基槽原狀土即可，但其流動性應較大。

（5）灌漿時，從水面通過 1m 直徑的消防軟管，靠砂漿自重自行灌注，而不加壓。灌注時須採取適當措施防止管節頂起，除密切觀測外，還可採取間隔（跳擋）輪灌等措施。

5.壓漿法

（1）這是一種在灌囊法的基礎上進一步改進和發展而來的處理方法，可省去較貴的囊袋，繁復的安裝工藝、水上作業和潛水作業。

（2）在浚挖溝槽時，也是先超挖 1m 左右，然後攤鋪一層厚約 0.4～0.6m 的碎石，但不必刮平，只要大致整平即可。再堆設臨時支座所需的道碴堆，完成後即可沉埋管節。

（3）在管節沉埋結束後，沿著管節二側邊及後端底邊拋堆砂、石封閉欄至管底以上1m左右，以封閉管底周邊。

（4）然後從隧道內部，用壓漿設備，通過預埋在管節底板上的Φ80mm 壓漿孔，向管底空隙壓注混合砂漿（圖8-29）。

圖8-29 壓漿法

1—碎石墊層；2—砂；3—石封閉欄；4—壓入砂漿

（5）混合砂漿由水泥、膨潤土、黃砂和緩凝劑配成。強度應低於原地基強度。壓漿材料也可用低標號、高流動性的細石子混凝土。壓漿的壓力不必太大，一般比水壓大0.1～0.2MPa。壓漿時同樣對壓力要慎加控制，以防頂起管節。

（6）壓漿法可解決地震區軟弱地基的液化問題（如我國寧波甬江水底隧道就是採用此種基礎處理方法）。

6.壓砂法

（1）此法與壓漿法很相似，但壓入的不是水泥砂漿，而是砂、水混合料。所用砂的粒徑為0.15～0.27mm，注砂壓力比靜水壓力大 50～140kPa。

（2）壓砂法具體做法是：

在管節內沿軸向鋪設Φ200mm 輸料鋼管，接至岸邊或水上砂源，通過泵砂裝置及吸料管將砂水混合料泵送（流速約為3 m/s）到已接好的壓砂孔，打開單向球閥，混合料壓入管底空隙。

停止壓砂後，在水壓作用下球閥自動關閉。每次只連接三個壓砂孔，當一個壓砂孔灌注范圍填滿砂子後，返回重壓先前的孔，其目的是填滿某些小的空隙。

完成一段後再連接另外的孔，進行下一段壓砂作業。壓砂順序是從岸邊注向中間，這樣可避免淤泥聚積在隧道兩端。待整個管節基礎壓砂完成後，再用焊接鋼板封閉壓砂孔。

（3）壓砂法的優缺點（我國廣州珠江沉管隧道也成功地採用壓砂基礎）：

優點。設備簡單，工藝容易掌握，施工方便；對航道干擾小，受氣候影響小。

缺點。在管底預留壓砂孔時，要認真施工和處理，否則容易造成滲漏，危及隧道安全。此外，在砂基經壓載後會有少量沉降。

7.樁基法

（1）當沉管隧道下的地基特別軟弱時，其容許承載力很小，僅作「墊平」處理是不夠的。採用樁基礎支撐沉管，承載力和沉降都能滿足要求，抗震能力也較強，樁較短，費用較小。

（2）沉管隧道採用水底樁基礎後，由於施工中樁頂標高不可能達到齊平，為使各樁能均勻受力，必須在樁頂採取一些措施。這些措施大體有以下三種：

水下混凝土傳力法。基樁打設好後，在樁群頂灌注水下混凝土，並在其上鋪一層砂石墊層，使沉管荷載經砂石墊層和水下混凝土層均勻傳遞到樁基上，如圖8-30 所示。

灌囊傳力法。在管節底面與樁群之間，用灌囊法填實。

活動樁頂法。在所有的基樁上設一小段預制混凝土活動樁頂。活動樁頂與預制混凝土之間，留有一空腔。管節沉埋完畢後，向空腔中灌築水泥砂漿，將活動樁頂頂升至與管底密貼接觸（圖8-31）。待砂漿強度達到要求後，卸除千斤頂，管節荷載便能均勻地傳到樁群上。活動樁頂可用鋼樁製作，在基樁頂部與活動樁頂之間，用軟墊層墊實，墊層厚度按預計沉降來確定。管節沉放完畢後，再於管節底部與活動樁頂之間，灌注水泥砂漿填實。

圖8-30 水下混凝土傳力法

1—基樁；2—碎石；3—水下混凝土；4—砂石墊層

圖8-31 活動樁頂法

1—活動樁頂；2—尼龍布套；3—壓漿孔

三、覆土回填工藝

（1）回填工作是沉管隧道施工的最終工序，回填工作包括沉管側面回填和管頂壓石回填。

（2）沉管外側下半段，一般採用砂礫、碎石、礦碴等材料回填，上半段則可用普通土砂回填。

（3）頂部回填處理分四層進行（圖8-32），即：①頂部片石保護層；②碎石反濾層；③一般回填材料；④經挑選過的回填材料。

圖8-32 沉管隧道回填處理實例

⑵ 回填土沉降怎麼處理

1、結合單管抬升注漿施工工藝，採用鑽孔灌漿法進行沉陷回填土部位的修復施工。

（1)、對沉降量大於50mm且回填土與砼墊層有空鼓的位置，首先採用鑽孔機械進行鑽孔，採用灌漿機將特製的填築漿液打入回填土中，直至漿液溢出鑽孔處為止；將溢出的漿液清理干凈後，將孔用C15細石微膨脹混凝土填補平齊。

2、第二種方案：整體返工施工法

對沉陷深度超過100mm的混凝土墊層部位整體破除（先用手持式切割機切縫，再用風鎬破除），墊層中的鋼筋用大剪剪斷，但需留置100mm以上的綁扎接頭；對下部的回填土重新夯實，並鋪墊100mm厚10~20粒徑的石子；重新綁扎鋼筋網，並用微膨脹C15混凝土二次澆註上部的墊層。

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回填土下沉預防處理方法

1、嚴格控制回填土選用的土料和含水率。

2、回填土方必須分層鋪土和壓實；鋪土厚度及壓實遍數，符合規范規定。

3、回填土方前應對基底的橡皮土進行處理，處理方法可採用：翻曬、晾乾後進行夯實；換土：將橡皮土挖除，換上乾性土，或回填級配砂石；用干土、生石灰粉、碎磚等吸水性強的材料摻入橡皮土中，吸收土中的水分，減少水的含水率。

4、按要求進行夯填，壓實系數滿足設計要求。

5、冬季施工，不得採用含有凍土塊的土料。施工前清理基坑內積雪、冰塊、垃圾。