容县城区污水处理工程排污管网管基化学灌浆加固施工实践

2011-08-15吴绍强韦兴标

大众科技 2011年4期

关键词：排污管序孔检查井

缪华吴绍强韦兴标

（广西水文地质工程地质勘察院，广西柳州 545006）

容县城区污水处理工程排污管网管基化学灌浆加固施工实践

缪华吴绍强韦兴标

（广西水文地质工程地质勘察院，广西柳州 545006）

文章结合广西容县城区污水处理工程排污管网管基化学灌浆加固施工实际情况，介绍化学灌浆在排污管已完成顶管铺设后出现的局部管段发生了管基淘空破坏、管道下沉等复杂地质条件下进行加固处理，使排污管道恢复正常使用。

排污管网；管基淘空破坏；管道下沉；化学灌浆加固

（一）概述

广西容县城区污水处理工程排污管网绣江北岸排污干管位于容县县城中部下井、绣江河北岸，沿绣江河岸布置。该县城区污水处理工程排污管网秀江北岸排污干管网大部分采用顶管施工，管道直径为 1.0～1.2m，管底埋深为 4.11～10.83m（低于绣江河水位）。由于管道埋置深度段土层多为填土、粉质粘土、细中砂及砂卵石层，土体自稳性较差；且地下水较丰富，在绣江河水及地下水的压力作用下，顶管管设施工过程中出现管涌、流砂现象，导致局部管段发生了管基淘空破坏、管道下沉等现象；工程已全部完成，但管道存在地基下沉、局部坍塌、渗漏等问题，致使完成管段不能正常使用。针对此问题，容县县委决定召开由设计、施工、监理单位参加的紧急会议，并于2010年8月25日邀请国内有关专家研究解决方案。在专家会议上，广西水文地质工程地质勘察院专家根据管基的岩土工程地质条件及排污管线顶管铺设施工过程中出现的问题，结合以往施工经验提出了“外灌、内（衬）补”的修复方案，即采用化学灌浆加固方法对排污管管道顶管施工过程中由于管涌、流砂扰动破坏的管道地基进行化学灌浆加固处理，防止排污管道的进一步下沉变形，并起到一定的防渗辅助作用；在渗漏严重的地段，采用管内修补、衬管连接修复，确保把排污管的渗漏降低到最小；与会专家一致认为该方案经济、合理、可行。

受容县城市建设投资有限公司委托，广西水文地质工程地质勘察院承担一标段中的33#～59#检查井(k1+223.9-k2+240)之间、二标段中的1#～4#检查井(k0+000-k0+120)之间及二标段中的8#～11#检查井（k0+320-k0+410）之间等3个渗漏和不均匀沉降较严重的区段排污管地基进行化学灌浆加固处理；并于8月22日进场施工， 10月15日完成。本次排污管地基化学灌浆加固处理共完成注浆孔1834个，累计钻灌进尺

17624.2m；检测孔21个，累计检测进尺202.75m；消耗水泥2746t，水玻璃357t。经检测，该排污管地基土承载力特征值≥150KPa，满足设计要求；且该排污管已投入使用3个多月，未发现漏水现象。

（二）工程概况

1.场地内工程地质与水文地质条件

（1）场地内工程地质条件：场地浅层大都为素填土和中细砂，中下部为粉土及含圆砾中砂，局部含淤泥质粉土，其中52#～54#检查井之间、56#～4#检查井之间区段含紫红色石英砂岩块石。

（2）场地内水文地质条件：排污干管网区内主要为地下水径流排泄区，地下水位受绣江河水影响，埋深一般为5.00～8.50m，年水位变幅3.00～4.00m。

2.施工场地环境条件

污水处理工程排污管网绣江北岸排污干管管道沿绣江河堤布设，施工场地较为平整。但干管管道深埋地下，地面局部有花圃河堤、码头等建筑物，施工条件较复杂，其中33#～48#检查井地下还铺设有国防光缆，给施工机械设备及材料进出场及施工带来较大影响。

3.管基灌浆加固设计要求

化学灌浆加固处理的软弱土浆液应达到饱和，灌浆压力符合要求，满足施工设计中提出的终灌压力0.2～0.5 MPa的要求，地基允许承载力应达到150 KPa以上。

（三）化学灌浆加固施工技术

1.化学灌浆方法的选择与灌浆加固机理

本工程化学灌浆采用双液法、自下而上逐段拔管灌浆的方法进行，即灌浆孔钻至设计要求的孔深后，安放φ50mm铁质水管作为水泥浆液的输送管，同时作为灌浆管，基底部长1.00m范围内布设φ8mm小孔作为出浆孔；而在φ50mm灌浆管内再安装φ20mm铁质水管作为水玻璃溶液的灌浆管。用BW-150型变量泵分别抽送配制好的水泥浆液和水玻璃溶液，经两条高压胶管，分别进入φ50mm和φ20mm的灌浆管，并于φ50mm的灌浆管底部充分混合，形成混合液。混合液在泵压作用下，经扩散、充填、渗透、挤密、劈裂等作用，扩散、充填和渗透到排污管底部等空隙中，经挤密、劈裂等作用，排出水和空气，与排污管底部的土体颗粒胶结、硬化固结，形成结构稳定、承载力高的复合地基土。当某孔段灌浆满足设计要求后，应当将灌浆管往上提0.30～0.50m，继续对上一孔段进行化学灌浆加固处理，直到排污管顶部以上 0.50m为止。

2.化学灌浆加固范围的确定

为确保该排污管底部被淘空破坏形成空洞得到有效地填充和其底部软弱地基土得到充分加固，本工程化学灌浆加固范围：横向沿排污管道轴线左右4m范围内，纵向深度范围从排污管管道顶部以上0.50m至底部以下2m。

3.化学灌浆加固施工顺序

灌浆加固施工分Ⅰ序孔、Ⅱ序孔两个顺序进行，先灌Ⅰ序孔，再灌Ⅱ序孔；在先施灌Ⅰ序孔的同时应选择排污管下沉严重的部分先施工，再施灌排污管下沉轻的部分。Ⅰ序孔为Ⅱ序孔提供灌浆资料如灌浆压力和灌浆量，Ⅱ序孔对Ⅰ序孔的灌浆效果进行补强，两序孔互相配合施工。

4.化学灌浆孔布置

化学灌浆孔布置：沿排污管道两侧各布置一排灌浆孔，灌浆孔呈品字形，孔距为0.80～1.20m，排距为1.50～2.00m，避免排污管损坏。

5.化学灌浆孔成孔技术

成孔施工技术，素填土、中细砂和粉土等土层采用冲击取土法成孔，孔径φ110mm～φ130mm；圆砾中砂和紫红色石英砂岩等岩采用硬质合金回转钻进工艺成孔，灌浆孔应当钻至排污管底部2.00m以下，钻孔直径φ91mm。

6.化学灌浆量的确定

预计化学灌浆量Q可以按下式进行确定：Q=KVnαβ

式中 V—受灌地层的加固体积；K—浆液的损耗系数，K取1.10～1.20；n—受灌地层的孔隙率；α—浆液的结石率，α取0.90～0.95；β—有效充填系数，β取0.85～0.95。

7.化学灌浆压力控制

（1）灌浆压力的选择：灌浆压力大小，主要与灌浆段顶部深度、浆液扩散半径、盖板厚度和地层渗透系数等因素有关。灌浆压力的大小理论上可按下式进行计算，并应通过现场试验后确定。

P=1/10×βC×γ×Τ+Κ×λ×h

式中P—容许灌浆压力（10N/cm2）；Τ—覆盖层或盖板的厚度；βC—浆液粘度对水的粘度比，βC值在1～3范围选择；γ—圆砾层之上的覆盖层或盖板的容重，（t/m3）；K—与灌浆方法有关的系数，自下而上，K=0.6；λ—与砂砾石层结构性质有关系数：λ值取0.5～1.5；结构疏松，渗透性强的，λ取小值；结构紧密，渗透性差的，λ取大值；h—覆盖层或盖板底部至灌浆段顶部的深度（m）。

（2）灌浆压力控制：灌浆过程中灌浆压力控制采用逐级加压方法，每一级浆液保持一定的压力，并持续一段时间（通常为 30min左右）后，改为下一级配的浆液进行灌浆，采用控制灌浆量的方法来控制灌浆压力，本工程灌浆压力应控制0.30～0.50MPa。当地层吸浆量接近或达到设计灌浆量时，采用浓浆进行闭浆 30min。灌浆过程中若遇到压力陡升或突降时，应查明原因或排除故障后方能继续灌浆。

8.浆液的配制

水泥浆：采用现场机械搅拌，搅拌均匀。应当根据受灌地层的结构性质，采用级配的浆液。对于结构疏松、吸浆量大的灌浆段，采用水灰比为：1.5∶1；1∶1；0.8∶1；0.6∶1四种级配的浆液；对于结构紧密、吸浆量不大的灌浆段，采用水灰比为：2∶1；1.5∶1；1∶1和0.8∶1四种；同时施工现场应根据地层吸浆量的大小和压力变化及时做相应的调整。水玻璃溶液应当根据现场施工实际情况，确定其浓度和掺入量；当发现灌浆孔串浆或地面冒浆时，应当按水泥浆灌入量的3%～10%掺入，有效控制浆液扩散半径，减少水泥和水玻璃等原材料的浪费，降低工程成本。

9.终灌标准

在灌浆过程中，当某灌浆段的灌浆量满足预计灌浆量的1.3倍，或其灌浆压力满足设计灌浆压力并保持稳定，吸浆量小于0.50L/min，持续30 min，可结束该灌浆段灌浆。

10.化学灌浆加固补强

在灌浆加固处理施工过程中，应当及时对灌浆加固效果进行自检，如发现薄弱环节，应当及时增加钻孔进行灌浆加固补强，直到满足设计要求为止，以确保本工程化学灌浆加固效果。

（四）化学灌浆加固施工注意事项

1.灌浆孔必须钻到排污管底部2.0m以下，以确保灌浆加固效果。

2.灌浆前，为避免灌浆管堵塞，应开泵送送清水进行清洗，避免因灌浆管在成孔或安放过程中粉土、细砂流入灌浆管内造成堵塞。

3.灌浆过程中，应派专人进入排污管内观察，减少或避免浆液进入排污管内，或因灌浆量过大造成排污管抬升。

4.灌浆过程中，应当合理控制灌浆压力，避免因灌浆压力过大造成排污管局部抬动量过大而断裂。如发现灌浆压力过大，应查明原因，确保灌浆加固正常施工。

5.排污管内或地面冒浆时，应采取间歇灌浆等方式进行，能有效地控制浆液无效扩散而造成不必要的浪费。

（五）化学灌浆效果检测

加固处理完成后 7天，由有相应检测资质的检测单位进行检测，检测单位在排污管两侧布置检测孔，采用标准贯入试验或动力触探等原位测试和钻探取芯等方法对排污管两侧软弱地基土的化学灌浆加固效果进行检测。从取上岩芯看，水泥浆呈脉状、薄层状、短柱状贯穿于排污管两侧软弱地基土之中，局部呈长柱状纯水泥浆，主要分布在排污管两侧被淘空部分。从标准贯入试验看，实测锤击数6～10击/10cm，局部孔段达15击/10cm，修正后统计，锤击数为7.5击/10cm，其承载力特征值fak≥150KPa，满足设计要求。