渗流作用下管道基础混凝土浇筑方法

鲁文成 张海平

（1.南京华宇建设股份有限公司 江苏省南京 210000 2.南京路得通市政工程设计咨询有限公司 江苏省南京 210000）

混凝土管道在市政、公路建设中广泛引用，在市政管材中占有很大比例，主要用于排水、污水管道，通常地基较差时，为了保证管道的施工质量，在混凝土管道下会浇筑管道基础，在地下水位较低的平原区，管道通常处于地下水位以下，因此，浇筑管道基础时在混凝土初凝前会受到渗流破坏，解决这个问题通常的办法是对管道沿线进行井点降水，降低基坑周围地下水位，由于混凝土管道为线形地下构筑物，降水范围广，降水措施费用高，并且由于降水引起沿线地面下沉，易造成周围建筑物、道路以及地下管网损坏，对周边影响极大。

南京某开发区一条市政主干路，污水管埋深5～6m深，采用混凝土管道，地下水埋深约2m左右，施工管道时，浇筑混凝土管道基础后被地下水渗流破坏。因为地下水位在基坑底面以上，存在约3m水头差，因此，在基础混凝土初凝前渗流力破坏了混凝土基础，使基础不能凝固成型。

1 破坏机理分析

土是一种碎散的多孔介质，其孔隙在空间互相连通。当饱和土中的两点存在能量差时，水就在土的孔隙中从能量高的点向能量低的点流动，水在土体孔隙中流动的现象称为渗流。

图1 基坑渗流示意图

土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性，水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力，而引起水头损失，从作用力与反作用力得原理可知，水流经过时必定对土颗粒施加一种渗流作用力，称单位体积土颗粒所受到的渗流作用力为渗流力或动水力。渗流力为一种体积力，量纲与重力密度相同。渗透力得大小与水力梯度成正比，其方向与渗透方向一致。

在水力势能不为零的基坑地面浇筑混凝土时，水渗入未凝固的混凝土时，渗透力由小及大搬运未凝固混凝土的颗粒，使混凝土离析，胶体结构破坏，内部孔洞增大，最后坍塌，形成新浇筑混凝土破坏。

2 解决措施分析

该段污水管道长约2000m，如果采用临时降水方法，降低基坑底地下水头，能消除渗流压力破坏，但存在以下问题：

（1）该项目为老路改造项目，原道路为一块板形式，新建污水管位于老路边侧分带，距离老路很近，降水会造成老路范围内地下水位降低，增大路基土的有效应力，路基固结沉降，造成路面开裂。并且在另一侧有正在运营的主供水管道，地面下沉可能会威胁供水管道的安全运营。

（2）由于该段管道长2000m以上，降水范围大，如果全线降水，工程措施费用高。

因此工程人员分析原因，从原因入手，提出以下办法，解决了基坑渗流力作用下混凝土管道基础浇筑问题。

图2 基坑渗流示意图

基坑超挖50cm，其上铺筑50cm后碎石反滤层透水，再铺一层防水土木膜，然后立模版浇筑混凝土基础。地下水渗流进入碎石层，汇流到两侧排水盲沟，然后用潜水泵抽出基坑，通过在基坑底部设置透水层，地下渗流在进入反滤层后通过两侧临时排水沟排出，隔断了地下水对新浇筑混凝土的破坏作用，因此暂时解决了渗流破坏。在反滤碎石上设置防水土工布，可以防止未凝固的混凝土进入碎石反滤层，堵塞碎石孔隙，影响碎石的透水性。在混凝土完成初凝后迅速施工管道，快速基坑回填，停止抽水，让地下水位自然恢复原高度。

3 技术改进及注意事项

3.1 反滤层的透水及基坑排水

为了有效的隔断地下水渗流对基坑的影响，需要反滤层有较好的透水性，反滤层可以采用单级配碎石，碎石粒径大于50mm的含量不低于50%。反滤层也可采用片石，片石摆放时应不同尺寸的混杂，以增加孔隙。同时，要确保临时排水沟畅通，反滤碎石及混凝土基础不能满铺，两侧应该各留30cm以上排水沟，或者在两侧采用DN200以上PVC管四周打孔排水，打孔不宜过大，防止反滤碎石进入堵塞，影响排水效果，可以采用透水土工织物包裹排水管。

3.2 减少沉降

在抽取基坑地下水的过程，相当于对基坑内部进行降水，因此，降水带来的影响，同样会存在，为了减少降水带来不利影响，应当从以下几个方面考虑解决措施：

（1）缩短降水时间

在施工材料台班准备就绪时，快速施工，抽完地下水快速埋置排水管，铺反滤碎石，然后快速浇筑混凝土基础，在混凝土浇筑完成初凝后，即可停止抽水，让地下水恢复至原地下水位，减少基坑周围土体排水固结，从而减少沉降。

（2）缩短施工段

为了快速施工，且减少降水引起的地面沉陷，可以采用分段施工方法，20m左右设一施工段，两侧用围堰封堵，在该段内抽水降水，分段施工能保证人员、材料、机械的快速有效供应，分段降水能缩小基坑周围的降水漏斗范围，缩小土体有效应力增加及固结沉降的范围，减少降水范围土体有效引力增大固结沉降的叠加效应，此最大限度的减少降水带来地面沉降的影响。

（3）基坑两侧设置止水帷幕

对沉降控制严格路段，除设置基坑支护外，还应当设置止水帷幕，止水帷幕可以采用连续搅拌桩，止水帷幕能防止基坑两侧的地下水位下降，基本可以实现不沉降。

4 结语

在长江中下游平面地区，地下水位较高，对于重力管道，由于坡度的限制，一般埋深较深，不少在地下水位以下，采用该方法施工管道基础，相对于与顶管施工，可以极大地节约造价，相对于与基坑降水，能减少对周边的影响，因此该方法有一定的工程价值。