如何用钢管防止土方回填沉降

⑴ 沉管基础处理与覆土回填

尽管沉管隧道基础所承受的荷载通常较低，对地质条件的适应性比较强，但由于在基槽开挖过程中，不论使用哪一种挖槽方法，槽底表面都不会太平整，槽底表面与沉管底面之间必将存在很多不规则的空隙，导致地基土受力不均匀而局部破坏，从而引起不均匀沉降，使沉管结构受到局部应力而开裂，故必须进行基础处理（基础填平）。

沉管隧道基础处理的方法很多，主要分先铺法和后填法两大类。在管段沉放前进行的处理方法称先铺法，又叫刮铺法，包括刮砂法和刮石法；后填法是先将管段沉没在沟槽底的临时支座上，随后再补填垫实，它包括喷砂法、灌砂法、灌囊法、压砂法、压浆法等。

后填法的优点是在处理过程中基本上不干扰航运，不需特殊的专用设备，不受气象条件的影响，不需大量潜水作业，便于日夜连续施工，操作简易，省工省费用，全过程进行信息化控制。所以，目前大型沉管隧道的基础处理多用后填法，如喷砂法、压砂法、压浆法。

如沉管管段的地基土特别软弱时，仅靠上述“垫平”处理是不够的，还需进行特别处理。处理方法有置换法（以粗砂置换软弱土层，但地震时有液化危险，不安全）、打砂桩并加载预压法（需花费大量时间等待固结，影响工程进度，一般不用）、桩基法等。另外也可采用减轻管段的重量的办法，但效果不大。

基础处理结束后，还要对管段两侧和顶部进行覆土回填，以确保隧道的永久稳定。回填材料为级配良好的砂、石。为了使回填材料紧密地包裹在沉管管段上面和侧面不致散落，需要在回填材料上面再覆盖石块、混凝土块。全面回填工作须在相邻的管段沉放完后进行，采用喷砂法进行基础处理或采用临时支座时，则要等到管段基础处理完，落到基床上再回填。采用压注法处理时，先对管段两侧回填，但要防止过多的岩碴存落管段顶部。回填覆盖采用“沉放一段，覆盖一段”的施工方法，在低平潮或流速较小时进行。管段两侧应对称回填，回填应均匀，不要出现堆积和空洞现象。

一、先铺法（刮铺法）施工工艺

1.基本工序（图8-23，图8-24）

（1）在浚挖沟槽时先超挖0.6～0.8 m；

（2）沿沟槽底面二侧打数排短桩，安设导轨以便在刮铺时控制高程和坡度；

（3）用抓斗或通过刮铺机的喂料管，其宽度为管节底宽加 1.5～2m，长度为一节管节长度的范围内，投放铺垫材料。

（4）按导轨所规定的厚度、高程以及坡度，用刮铺机将铺垫材料刮平；

图8-23 先铺法基本工序图

图8-24 先铺法

1—碎石垫层；2—驳船组；3—车架；4—桁架及轨道；5—刮板；6—锚块

（5）在管节里灌足压载水，有时再压砂石料，使其产生超载，而使垫层压紧密贴；若铺垫材料为碎石，通过管节底面上预埋的压浆孔，向垫层里压注水泥膨润土斑脱土混合砂浆。

2.先铺法的缺点

（1）需要特制的专用刮铺设备；

（2）作业时间长，干扰航道；

（3）刮铺完后需经常清除回淤土或坍坡的泥土；

（4）当管节底宽较大，超过 1 5 m时，施工较困难。

二、后填法施工工艺

1.后填法施工的类型

后填法施工的类型主要有：①喷砂法；②灌囊法；③压浆法；④压砂法；⑤桩基法。

2.后填法的基本工序

后填法的基本工序如图8-25 所示。

图8-25 后填法的基本工序图

（1）浚挖沟槽时，先超挖 1m左右；

（2）在沟底安设临时支座（此项工作是后填法中的一项比较主要的工序）：

①水底临时支座，多数是用道碴堆成；②道碴堆的常用尺度为7m×7m×（0.5～1.0）m；③搁在临时支座上的支承板通常随管节一起浇制，一起沉埋，其尺寸一般为2m×2m×0.5m；④支承板由设在与管节底面之间的液压千斤顶实现调整定位。

（3）管节沉埋完毕（在临时支座上搁妥）后，往管底空间回填垫料。

3.喷砂法

（1）此法主要是从水面上用砂泵将砂、水混合料通过伸入管节底下的喷管向管底喷注，填满空隙。喷填的砂垫层厚度一般为 1m。

（2）喷砂作业需一套专用的台架，台架顶部突出在水面上，可沿铺设在管节顶面上的轨道作纵向前后移动（图8-26）。

（3）在台架的外侧，悬挂着一组（三根）伸入管节底部的 L 形钢管。中间一根为喷管，直径为 100cm，旁边两根为吸管，直径为80mm。

（4）作业时将砂、水混合料经喷管喷入管节底下空隙中，喷射管作扇形旋移前进。在喷砂进行的同时，经两根吸管抽吸回水。从回水的含砂量中可以测定砂垫的密实程度。

（5）喷砂时从管节的前端开始，喷到后端时，用浮吊将台架吊移到管节的另一侧，再从后端向前端喷填，如图8-27 所示。

图8-26 喷砂法原理

1—喷砂管；2—回吸管

图8-27 喷砂台架

1—喷砂台支架；2—喷管及吸管；3—临时支撑；4—喷入砂垫

（6）喷砂作业的施工进度约为200m³/h。当管节底面积为 3000～4000m²时，喷砂作业的实际时间仅 15～20h，大约两天便可完成。

（7）喷砂完毕后，随即松卸临时支座上的定位千斤顶，使管节的全部（包括压载物）重量压到砂垫层上去进行压密。这时产生的沉降量，一般在 5mm 以下。通车以后的最终沉降量，一般都在 15mm以内。

喷砂法的优缺点与适用性：

（1）优点：在清除基槽底的回淤土时十分方便，可在喷砂作业前，利用喷砂设备逆向作业系统进行。

（2）缺点：喷砂台架体积庞大，占用航道影响通航；设备费用昂贵；对砂子的粒径要求较严，因而增加了喷砂法的费用。

（3）适用性：适用于宽度较大的沉管隧道。

4.灌囊法

（1）首先在开挖好的基槽底面先铺一层砂、石垫层，然后于管节沉放前在管节底面下事先系扣上空囊袋一并下沉，先铺垫层与管节底面之间留出 15～20cm的空间。

（2）待管节沉放完毕后，从工程船上向囊袋内灌注由黏土、水泥和黄砂配置成的混合砂浆，直至管节底面以下的空隙全部填满为止，如图8-28 所示。

图8-28 灌囊法

（3）囊袋的尺寸按一次灌注量而定，一般不宜过大，以能容纳 5～6 m³为度。制造囊袋的材料要有一定牢度，并有较好的透水性和透气性，以便灌注砂浆时顺利地排出囊袋中的水和空气。

（4）混合砂浆的强度（标号）要求不高，只需略高于基槽原状土即可，但其流动性应较大。

（5）灌浆时，从水面通过 1m 直径的消防软管，靠砂浆自重自行灌注，而不加压。灌注时须采取适当措施防止管节顶起，除密切观测外，还可采取间隔（跳挡）轮灌等措施。

5.压浆法

（1）这是一种在灌囊法的基础上进一步改进和发展而来的处理方法，可省去较贵的囊袋，繁复的安装工艺、水上作业和潜水作业。

（2）在浚挖沟槽时，也是先超挖 1m 左右，然后摊铺一层厚约 0.4～0.6m 的碎石，但不必刮平，只要大致整平即可。再堆设临时支座所需的道碴堆，完成后即可沉埋管节。

（3）在管节沉埋结束后，沿着管节二侧边及后端底边抛堆砂、石封闭栏至管底以上1m左右，以封闭管底周边。

（4）然后从隧道内部，用压浆设备，通过预埋在管节底板上的Φ80mm 压浆孔，向管底空隙压注混合砂浆（图8-29）。

图8-29 压浆法

1—碎石垫层；2—砂；3—石封闭栏；4—压入砂浆

（5）混合砂浆由水泥、膨润土、黄砂和缓凝剂配成。强度应低于原地基强度。压浆材料也可用低标号、高流动性的细石子混凝土。压浆的压力不必太大，一般比水压大0.1～0.2MPa。压浆时同样对压力要慎加控制，以防顶起管节。

（6）压浆法可解决地震区软弱地基的液化问题（如我国宁波甬江水底隧道就是采用此种基础处理方法）。

6.压砂法

（1）此法与压浆法很相似，但压入的不是水泥砂浆，而是砂、水混合料。所用砂的粒径为0.15～0.27mm，注砂压力比静水压力大 50～140kPa。

（2）压砂法具体做法是：

在管节内沿轴向铺设Φ200mm 输料钢管，接至岸边或水上砂源，通过泵砂装置及吸料管将砂水混合料泵送（流速约为3 m/s）到已接好的压砂孔，打开单向球阀，混合料压入管底空隙。

停止压砂后，在水压作用下球阀自动关闭。每次只连接三个压砂孔，当一个压砂孔灌注范围填满砂子后，返回重压先前的孔，其目的是填满某些小的空隙。

完成一段后再连接另外的孔，进行下一段压砂作业。压砂顺序是从岸边注向中间，这样可避免淤泥聚积在隧道两端。待整个管节基础压砂完成后，再用焊接钢板封闭压砂孔。

（3）压砂法的优缺点（我国广州珠江沉管隧道也成功地采用压砂基础）：

优点。设备简单，工艺容易掌握，施工方便；对航道干扰小，受气候影响小。

缺点。在管底预留压砂孔时，要认真施工和处理，否则容易造成渗漏，危及隧道安全。此外，在砂基经压载后会有少量沉降。

7.桩基法

（1）当沉管隧道下的地基特别软弱时，其容许承载力很小，仅作“垫平”处理是不够的。采用桩基础支撑沉管，承载力和沉降都能满足要求，抗震能力也较强，桩较短，费用较小。

（2）沉管隧道采用水底桩基础后，由于施工中桩顶标高不可能达到齐平，为使各桩能均匀受力，必须在桩顶采取一些措施。这些措施大体有以下三种：

水下混凝土传力法。基桩打设好后，在桩群顶灌注水下混凝土，并在其上铺一层砂石垫层，使沉管荷载经砂石垫层和水下混凝土层均匀传递到桩基上，如图8-30 所示。

灌囊传力法。在管节底面与桩群之间，用灌囊法填实。

活动桩顶法。在所有的基桩上设一小段预制混凝土活动桩顶。活动桩顶与预制混凝土之间，留有一空腔。管节沉埋完毕后，向空腔中灌筑水泥砂浆，将活动桩顶顶升至与管底密贴接触（图8-31）。待砂浆强度达到要求后，卸除千斤顶，管节荷载便能均匀地传到桩群上。活动桩顶可用钢桩制作，在基桩顶部与活动桩顶之间，用软垫层垫实，垫层厚度按预计沉降来确定。管节沉放完毕后，再于管节底部与活动桩顶之间，灌注水泥砂浆填实。

图8-30 水下混凝土传力法

1—基桩；2—碎石；3—水下混凝土；4—砂石垫层

图8-31 活动桩顶法

1—活动桩顶；2—尼龙布套；3—压浆孔

三、覆土回填工艺

（1）回填工作是沉管隧道施工的最终工序，回填工作包括沉管侧面回填和管顶压石回填。

（2）沉管外侧下半段，一般采用砂砾、碎石、矿碴等材料回填，上半段则可用普通土砂回填。

（3）顶部回填处理分四层进行（图8-32），即：①顶部片石保护层；②碎石反滤层；③一般回填材料；④经挑选过的回填材料。

图8-32 沉管隧道回填处理实例

⑵ 回填土沉降怎么处理

1、结合单管抬升注浆施工工艺，采用钻孔灌浆法进行沉陷回填土部位的修复施工。

（1)、对沉降量大于50mm且回填土与砼垫层有空鼓的位置，首先采用钻孔机械进行钻孔，采用灌浆机将特制的填筑浆液打入回填土中，直至浆液溢出钻孔处为止；将溢出的浆液清理干净后，将孔用C15细石微膨胀混凝土填补平齐。

2、第二种方案：整体返工施工法

对沉陷深度超过100mm的混凝土垫层部位整体破除（先用手持式切割机切缝，再用风镐破除），垫层中的钢筋用大剪剪断，但需留置100mm以上的绑扎接头；对下部的回填土重新夯实，并铺垫100mm厚10~20粒径的石子；重新绑扎钢筋网，并用微膨胀C15混凝土二次浇注上部的垫层。

(2)如何用钢管防止土方回填沉降扩展阅读

回填土下沉预防处理方法

1、严格控制回填土选用的土料和含水率。

2、回填土方必须分层铺土和压实；铺土厚度及压实遍数，符合规范规定。

3、回填土方前应对基底的橡皮土进行处理，处理方法可采用：翻晒、晾干后进行夯实；换土：将橡皮土挖除，换上干性土，或回填级配砂石；用干土、生石灰粉、碎砖等吸水性强的材料掺入橡皮土中，吸收土中的水分，减少水的含水率。

4、按要求进行夯填，压实系数满足设计要求。

5、冬季施工，不得采用含有冻土块的土料。施工前清理基坑内积雪、冰块、垃圾。