軟土地基地下綜合管廊較易出現(xiàn)的病害及修復(fù)

羅萬(wàn)宇

沈陽(yáng)市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110015

1 軟土的特征及其危害性

軟土由軟土或流化狀態(tài)組成，即含水量大于液限，天然孔隙比大于1．0。我國(guó)的軟土主要分布在東南沿海東北部沿海地區(qū)和干流。內(nèi)陸主要受湖泊和河谷影響，有機(jī)質(zhì)含量高，分布范圍相對(duì)較小。主要含飽和軟粘土，包括泥炭、泥炭土、粘土和淤泥質(zhì)土，軟土具有觸覺(jué)退化、流動(dòng)性大、高壓收縮、強(qiáng)度低、滲透性低、非均質(zhì)性等特點(diǎn)。在工程應(yīng)用中，地面沉降量大，可達(dá)幾十厘米或幾百厘米。地球沉降時(shí)間長(zhǎng)，幾十年或幾百年，尤其是灘?；滋?，固結(jié)速度相對(duì)較慢。軟土的上述特性易受地下綜合管廊建設(shè)質(zhì)量的影響，同時(shí)也會(huì)引起不斷的地質(zhì)災(zāi)害。特點(diǎn)：軟基不平整、沉降過(guò)大，嚴(yán)重影響路面平整度，危害地下綜合管廊安全。地下綜合管廊可能會(huì)隨著松軟的地面滑動(dòng)。針對(duì)軟土地基地下綜合管廊的潛在危害，各部門對(duì)軟土地基地下綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)提出了很高的要求。對(duì)軟土地基地下綜合管廊施工中地質(zhì)調(diào)查的深度和廣度也提出了要求[1]。

1.1 工程概述

本文研究的實(shí)際工程配套工程緊鄰西部交通中心，西至佳民高架橋，南至建紅路，北至洋紅路，全長(zhǎng)3506m，占地面積約1．4km2。標(biāo)準(zhǔn)斷面結(jié)構(gòu)分為四種類型：5200mm×3400mm、4600mm×3000mm、4200mm×2600mm、3500mm×2300mm。頂管段起始工作井總平面尺寸為11．6m×9m，接收井總平面尺寸為9．4m×8．2m，工作井結(jié)構(gòu)層厚900mm，中板200mm，頂板700mm。明挖段底板厚度400-550mm，邊墻400-500mm，頂板400-550mm。明挖段開(kāi)挖深度為7-16m，覆蓋層一般為2．5-3M，頂管段設(shè)計(jì)使用年限為50 年，安全等級(jí)為二級(jí)，頂管結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50、P6 或P8，頂管段鋼材為Q235B，工作井支護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁或850smw 工法施工。本工程范圍內(nèi)屬于沿海平原地形，地面海拔約4．2-5．3m，影響基坑開(kāi)挖的地下水主要為淺層土層潛水，主要供給源為大氣降水。水位隨季節(jié)變化，水位埋深0．3-1．5m。

1.2 管廊病害原因分析

1.2.1 設(shè)計(jì)情況

管道廊道工程地基處理的設(shè)計(jì)理念是：明挖斷面未得到補(bǔ)償，通過(guò)設(shè)計(jì)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)重量和開(kāi)挖量，無(wú)需布置樁基。由于管廊上方?jīng)]有上部結(jié)構(gòu)和附加荷載，管廊基礎(chǔ)處于補(bǔ)償基礎(chǔ)，因此不需要地基承載力，地基不需要附加處理。在工程范圍內(nèi)的液化土層是在基坑開(kāi)挖過(guò)程中開(kāi)挖的3T 層。因此，不影響地基液化，無(wú)需地基處理。經(jīng)計(jì)算，除周洪段管廊因上部地下空間開(kāi)發(fā)存在抗浮問(wèn)題外，其余管廊均能滿足抗浮要求，故不需設(shè)置抗拔樁。

1.2.2 地塊開(kāi)發(fā)

（1）先淺后深。根據(jù)虹橋商務(wù)核心區(qū)（一期）總體開(kāi)發(fā)要求和各地塊開(kāi)挖時(shí)間，各地塊開(kāi)挖前管廊工程主體結(jié)構(gòu)已基本完成。每一塊的開(kāi)挖不僅需要1．5 年的時(shí)間和實(shí)際開(kāi)挖深度，而且對(duì)管廊結(jié)構(gòu)也有不可避免的影響。

（2）管廊結(jié)構(gòu)完成后，地塊長(zhǎng)期大規(guī)模開(kāi)挖造成管廊沉降。由于特殊的地理位置（靠近機(jī)場(chǎng)），商務(wù)區(qū)對(duì)高度限制有嚴(yán)格要求。因此，鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)商增加地下空間的使用，形成地下基坑的邊界（最近距離管道廊道僅1．5 米）。該地塊的基坑基本上接近紅線開(kāi)發(fā)。樁基礎(chǔ)支護(hù)施工的擾動(dòng)、井點(diǎn)降水引起的管廊下水土流失以及支護(hù)爆破中的大振動(dòng)對(duì)鄰近基坑的管廊造成了不可避免的影響，比埋設(shè)深度淺。例如，在3 個(gè)南區(qū)和2 個(gè)地塊的開(kāi)挖過(guò)程中，基坑變形分別達(dá)到12cm 和8．6cm，管道廊道段的沉降量超過(guò)5cm。

（3）基坑降水排水．承壓水層未被周圍區(qū)塊的圍擋或止水帷幕隔離。對(duì)于基坑開(kāi)挖深度大于16m 的基坑，可能需要將基坑開(kāi)挖后的承壓水泵入一定的深度，以保證基坑的安全。這對(duì)周圍環(huán)境有很大影響。管廊離地塊很近，因此難免受到影響。例如，靠近周邊道路的08、06 地塊在開(kāi)挖過(guò)程中，由于降水和排水引起的周邊道路土壤沉降，對(duì)神昌路沉降的影響最大為27cm。

1.2.3 其他原因

（1）堆土。周邊地塊大多在管廊建成后施工。圍擋施工過(guò)程中，多次利用管廊及管廊施工場(chǎng)地堆土。我公司多次書(shū)面提出禁止和停止管廊上方堆土，效果緩慢，對(duì)管廊沉降有一定影響。

（2）重型車輛行駛。管廊工程完工后，由于場(chǎng)地或交通原因，周邊土地將占用管廊施工面積。在此期間，大量重型車輛（土方車、混凝土車、汽車吊等）進(jìn)出，對(duì)管廊會(huì)產(chǎn)生一定的沉降影響。

綜上所述，管廊沉降的主要原因是外力作用。周邊基坑的基坑施工深度較深，靠近管道廊道。造成長(zhǎng)時(shí)間大面積高強(qiáng)度基坑開(kāi)挖和降水等各種不利工況的疊加，次要原因是重型車輛、土體等荷載對(duì)管道廊道的影響[2]。

1.3 沉降病害及修復(fù)

考慮到沉降場(chǎng)的影響，采取臨時(shí)措施減少對(duì)管廊和管網(wǎng)的影響。

（1）堵塞和修理。針對(duì)沉降引起的裂縫和滲漏，進(jìn)行了聚氨酯封堵和表面修補(bǔ)。首先將滲漏部位清理干凈，明確施工縫位置，將變形縫鑿毛，表面用早強(qiáng)快硬水泥封閉，然后鉆斜孔灌注優(yōu)質(zhì)油溶性聚氨酯泥漿。

（2）排水槽。在沉降錯(cuò)位大、沉降變化連續(xù)的情況下，在管廊內(nèi)設(shè)置不銹鋼排水槽。側(cè)墻頂板變形縫處設(shè)10mm 厚不銹鋼蓋縫。采用Φ8 膨脹螺栓@500 沿接頭兩側(cè)固定，間距500mm。采用5mm 橡膠墊與結(jié)構(gòu)表面止水。

（3）地板修復(fù)。地面因沉降開(kāi)裂，按原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修復(fù)。施工方法：將原來(lái)開(kāi)裂的樓板拆開(kāi)運(yùn)輸出去→綁扎鋼筋→澆筑20cm 厚鋼筋混凝土樓板，長(zhǎng)度同支管長(zhǎng)度。

（4）管網(wǎng)臨時(shí)支護(hù)。應(yīng)采取臨時(shí)應(yīng)急措施保護(hù)固定支架位置，防止管段斷裂。

（5）固定管墩鋼筋。為保證管網(wǎng)安全，在固定管墩處增設(shè)18mm 鋼板進(jìn)行全加固。

（6）絕緣材料修理。由于保溫層不能起到保溫層的臨時(shí)支撐作用。臨時(shí)拆除損壞的保溫材料，待沉降穩(wěn)定后用支架整體修補(bǔ)。

（7）化學(xué)加固。在軟土地基中加入水泥或其它化學(xué)物質(zhì)，形成軟土的復(fù)合處理。該方法可用于處理砂土、粉土、淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粘土和流土?；瘜W(xué)物質(zhì)注入土壤后，會(huì)與土壤發(fā)生反應(yīng)，吸收和擠壓土壤中的部分水分，并與空氣結(jié)合形成高承載力的工程結(jié)構(gòu)。

（8）土工合成材料。土工合成材料具有較高的強(qiáng)度、良好的柔韌性，并且可以接近基礎(chǔ)表面，從而施加在其上部的荷載可以均勻地分布在軟土地層中。鋪設(shè)的土工合成材料將防止破壞面的出現(xiàn)，從而提高工程結(jié)構(gòu)的承載力。

1.4 滲水病害及修復(fù)

1.4.1 滲水病害

本工程2014 年12 月18 日，3 南區(qū)塊出入段變形縫滲水嚴(yán)重，管廊內(nèi)大量涌水，導(dǎo)致附近坡道積水嚴(yán)重，最深處無(wú)冷凍水管?？照{(diào)冷水管內(nèi)外保溫材料、排水泵控制箱、含氧量檢測(cè)裝置、爆炸檢測(cè)裝置均損壞。墻面受污染，地面、排水溝、集水井淤積。

1.4.2 滲水修復(fù)措施

結(jié)合涌水量及3 號(hào)管廊南區(qū)出入段場(chǎng)地情況，初步分析3 號(hào)南區(qū)地下室大量積水排入未連通的市政18 標(biāo)雨水管道。通過(guò)雨水管道進(jìn)入地下土層，增加土層的含水量和水壓，然后通過(guò)管廊出入段的變形縫流入管廊。管廊施工單位立即組織人力物力對(duì)管廊進(jìn)行強(qiáng)排水，動(dòng)用3 臺(tái)排水泵和6 名抽水人員對(duì)管廊進(jìn)行堵漏?？紤]到管廊底部水土流失嚴(yán)重，在管廊底部及兩側(cè)進(jìn)行灌漿，觀察其后效。同時(shí)派潛水員進(jìn)入雨水管道進(jìn)行臨時(shí)封堵。

1.5 病害評(píng)估及處理

管廊結(jié)構(gòu)的損傷類型有變形縫損傷、錯(cuò)位滲漏、灌漿孔封孔滲漏。針對(duì)多種病害，對(duì)整個(gè)管廊結(jié)構(gòu)病害進(jìn)行了評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)以健康水平為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同健康程度的人區(qū)別對(duì)待。管廊健康度Ⅰ、Ⅱ段已穩(wěn)定，但后期綠化帶建設(shè)和道路建設(shè)，需加強(qiáng)日常檢查和監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格控制外界對(duì)管廊的影響。密切關(guān)注現(xiàn)有疾病的發(fā)展，加強(qiáng)后續(xù)監(jiān)測(cè)。當(dāng)管廊累積變形量達(dá)到10mm（前期沉降變形量歸零），變形縫間累積不均勻沉降量達(dá)到5mm，且沉降速率不降低時(shí)，應(yīng)采取措施控制沉降量。應(yīng)采取措施控制沉降，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。待居民點(diǎn)穩(wěn)定后，應(yīng)修復(fù)疾病。管墩的加固應(yīng)分隊(duì)進(jìn)行，頂管完成后才能進(jìn)行[3]。

2 結(jié)語(yǔ)

在本工程的支護(hù)工程中，管廊的設(shè)計(jì)不應(yīng)在單一工況下進(jìn)行校核，而應(yīng)結(jié)合預(yù)期的周圍動(dòng)態(tài)情況綜合考慮，確保不存在風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)于已經(jīng)穩(wěn)定甚至正在施工的設(shè)計(jì)，管廊是一種基礎(chǔ)設(shè)施公共設(shè)施，應(yīng)加強(qiáng)其保護(hù)和法律地位。臺(tái)灣天文臺(tái)頒布了管廊的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和管理辦法，并對(duì)后續(xù)施工工作采取特殊防護(hù)方案，盡量減少施工對(duì)管廊的影響。另外，通過(guò)采取有效的病害防治措施，不僅可以順利完成施工任務(wù)，而且可以保證工程質(zhì)量，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，有利于地下綜合管廊發(fā)揮更有效的作用。因此，施工單位和施工人員應(yīng)制定科學(xué)合理的方案，掌握技術(shù)要點(diǎn)，加強(qiáng)質(zhì)量控制，確保地下綜合管廊工程的施工質(zhì)量和效益。