基础处理在沉管隧道中的方法探讨

基础处理在沉管隧道中的方法探讨

发表时间：2016-03-31T10:15:29.070Z 来源：《基层建设》2015年28期供稿作者：梁懋天

[导读] 广州打捞局随着经济的发展和工程建设技术的进步，隧道的数量不断增加，施工方法也不断丰富。

梁懋天

广州打捞局

摘要：沉管隧道在施工过程中会出现因基槽开挖导致基槽底不平整的问题，易引发地基受力不均现象，影响隧道的正常使用，因此在施工中需要进行基础处理。本文主要阐述了沉管隧道基础处理的处理方法和加固方法，介绍了覆土回填的工序。

关键词：基础处理；沉管隧道；方法

随着经济的发展和工程建设技术的进步，隧道的数量不断增加，施工方法也不断丰富，沉管法作为隧道施工明挖法的一种，主要用于建造水底隧道和海底隧道，由于施工过程中需要进行浚挖，槽底易出现凹凸不平的现象，容易使地基受力不均，影响施工或后续使用，所以要进行基础处理，并根据施工的需要选择有效的基础处理方法。

1.基础的处理方法

沉管隧道一般不需要构筑人工基础，但是槽底表面会由于设备浚挖而留有15-50cm的不平整，其中铲斗挖泥船可达100cm，致使槽底表面与管段面表面存在着众多不规则空隙，使地基土受力不均，出现不均匀沉降，导致管段结构受到较高局部的应力而开裂，需要对槽底进行平整，因此，施工时仍次要进行基础处理。目前，沉管处理的方法主要有先铺法和后铺法两大类。

1.1 先铺法

先铺法也称刮铺法，具体又分为刮砂法和刮石法。

先铺法施工程序包括以下五步：（1）在浚挖沟槽时超挖60~80cm；（2）为控制好坡度和高程，在沟槽两侧打数排短桩，以安置导轨；（3）向沟底铺垫材料，可以选择粗砂，也可以选择粒径不超过10cm的碎石，其中地震区应避免使用黄砂。铺垫材料部分宽度和长度要控制合理，宽度应比管段底宽1.5-2m，长度为一节管段长度。（4）按照导轨规定的高度、厚度和坡度，用刮铺机刮平。在刮铺机刮平时，对于刮平后的表面平整度，刮砂法和刮石法在厚度方面存在差异，用刮痧法，可在5cm上下浮动（±5cm左右），用刮石法，可在20cm上下浮动（±20cm左右）；（5）管段沉设完毕后，可以实施“压密”工序，目的是保证管底和垫层密贴。为了使垫层压紧密贴，“压密”可采用压石料或灌压载水的方法。

先铺法的缺点是平整度不高，且费工费时，影响施工效果和进度。因此，先铺法逐渐被后铺法所取代。

1.2 后铺法

后铺法，也称后填法。其施工程序包括以下三步：（1）浚挖沟槽时，需要超挖100cm左右；（2）在沟底安装设置临时支座；（3）管段沉设完毕后，将垫料回填至管底空间。后铺法又可分为灌砂法、喷砂法、灌囊法、压浆法及压砂法等。

1.2.1 灌砂法

灌砂法分为管内灌砂和管外灌砂。施工过程包括以下方面：（1）灌砂之前，进行灌砂设备试运转，检验灌砂设备的性能，获得灌砂的参数；（2）管段沉放前，测量基槽深度，估算灌砂量；（3）灌砂预留孔进行标识，并按照顺序依次灌砂，最后一排孔不灌；（4）检测灌砂砂盘，使灌砂压力在0.3Mpa以下，关注灌砂过程中的管段标高，防止管段被抬高。

1.2.2 喷砂法

喷砂法主要原理是砂、水混合料依靠水面上的砂浆深入管段底面下的喷管，继而向管段底下喷注，以此将管底空间或空隙填满。喷砂法所筑成的垫层，厚度一般为1m，喷砂材料的平均沙粒径为0.05cm，混合材料的含沙量在10%-20%之间，大部分控制在10%。此方法中数据控制的局限在于喷出的砂垫层空隙比高达40%-42%，导致砂垫层比较疏松。

1.2.3灌囊法

灌囊法就是在砂、石垫层面上，用砂浆囊袋将剩余空隙填充、垫密。施工工序包括三步：第一步，铺设一层砂、石垫层；第二步，垫层铺设完毕后沉设管段，管段沉设时，带着事先紧扣在管段底面下的空囊袋一起下沉；第三步，灌囊。管段沉设完毕后，用粘土、黄砂和水泥配成混合砂浆，并将混合砂浆从水面上向囊袋里灌注，使管底空隙全部消除。

1.2.4 压浆法

在选择压浆法进行基础处理时，有一个前提条件。即沉管沟槽需要先超挖1m左右，摊铺一层厚约40~60cm的碎石，待大致平整后，再设置临时所需要的碎石堆和临时支座，以此进行压浆法处理。

压浆法施工方法主要分两步进行：第一步，完成管段沉设后，沿管段两侧边缘及后端底部边缘堆筑封闭栏，材料选择砂、石，封闭栏高约1m左右，主要用来封闭管底周边；第二步，管段底板上设置直径为8cm的压浆孔，并用水泥、黄砂、膨润土和适量缓凝剂配成混合砂浆。在隧道内部，用砂浆设备通过管段底板上的压浆孔，向管底空隙压注混合砂浆。

1.2.5 压砂法

压砂法和压浆法相似，但是压砂法压入的是水和砂的混合料，而且沙粒的直径在0.15~0.27mm之间。具体工艺为：在管段内沿轴向铺设输料钢管，连接到水上砂源或岸边处，砂水混合物通过细料管进入到压浆孔，将单向阀门打开，把混合料打入管底空隙处，在水作用下，如果停止压砂，单向球阀自动关闭。

压砂法的优点在于工艺比较简单，容易掌握，设备不复杂，施工更方便。还有一方面，即受到气候的影响比较小，对航道的干扰较小。压浆法和压砂法的共同点在于不需要水上作业，对航道干扰较小，不需要大型的专用设备，操作简单，在施工作业时，不会受到水深、气候、流速和风浪的影响，而且不需要潜水作业，更安全。

2 基础的加固

2.1 沉管隧道基础加固

沉管隧道的地基需要坚实，如果过于软弱，仅做垫平处理时远远不够的，应高结合基槽地基的实际情况，对沉管隧道的基础进行加固，因此，需要进行地基基础加固工作。

2.2 沉管隧道基础加固方法

沉管隧道基础加固的方法主要有四种：（1）打入粗砂置换软弱土层，这种方法会增加工程造价，并且在地震区会有潜在的液化危险；（2）打入砂桩并加载预压，这种加固方法可以使地基土达到固结需要时间比较长；（3）减轻沉管重量，这类加固方法管节抗浮安全系数较小，因此不太实用；（4）采用桩基，这类加固方法是目前较实用的一类方法。

2.3 桩基施工方法

在沉管隧道中采用桩基施工时，会面临桩顶高处不平齐的问题，需要采取方法使各桩顶与管底均匀接触。桩基施工一般有三种方法，即水下混凝土传力法、灌囊传力法和活动桩顶法。

2.3.1 灌囊传力法

灌囊传力法主要是将水泥砂浆用大型化纤囊袋灌注在管底和桩群顶部之间，关注完毕后，再进行垫实处理，让所有的基桩都能同时受力。

2.3.2 水下混凝土传力法

水下混凝土传力法是在打好基桩后，将第一、二层的水下混凝土进行浇筑，以裹住桩顶，继而在上面进行刮砂和挂失处理，经过砂、石垫层和水下混凝土层，使沉管的荷载传递到桩基上。

2.3.3 活动桩顶法

活动桩顶法就是在所有的桩基上设置一小段预知混凝土活动桩顶。混凝土桩与活动桩顶间存在空腔，周围用尼龙织物包裹，形成一个特殊的囊袋。沉管设置完毕后，向囊袋里注入水泥砂浆，使活动桩顶向上升，直至与管底密贴，砂浆强度不断增加，待强度达到要求后，将千斤顶卸除，保证管段荷载均匀的传到桩群中去。

3 覆土回填

覆土回填是沉管隧道在基础处理中的最后一道工序。回填工作主要包括管顶压石回填和沉管侧面回填两部分，沉管外侧上半段用普通沙土回填，而下半段主要采用砂砾石、矿渣回填。

在覆土回填时需要注意，本工序需要在相邻的管段沉放完毕后才可进行，同时管段上、下部分两侧要对称回填，在管段顶部和基槽的施工中回填要均匀，避免某一部分过量回填造成航道受阻或回填不足造成漏洞。

4.结语

在沉管隧道的基础处理中方法比较多，需要在具体的施工中，实事求是、因地制宜的选择适合该工程的处理方法，以满足实际需要，促进施工高效、合理的进行，保证工期和工程质量。

参考文献：

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[2]王朝辉.大型沉管隧道注浆基础处理技术研究[D].天津大学.2013.

[3]张志刚，刘洪洲.公路沉管隧道的发展及其关键技术[J].隧道建设.2013，33（5）.