论沿江地区深基槽施工遇见流砂、泉涌的处理方法

季益成

嘉盛建设集团有限公司

［摘 要］：随着南京市浦口新区建设进程的不断推进，市政道路工程投资规模越来越大，相应管道工程越来越多，其埋置深度较以前大幅度增加。深基槽管道施工中遇到的受地质、水文和设计等原因引起的槽底失稳，出现涌砂、涌水等问题越来越多。文章结合在浦口区明发滨江片区道路及排水改造工程深基槽施工的工程实践。介绍了较有实用性的流沙、泉涌的控制、处理方法，保证了基槽的施工安全和质量。

［关键词］：深基槽 流砂 管涌 槽底持力层 预制钢筋混凝土垫板

1.引言

地下涌砂、涌水对地下工程基槽开挖造成安全隐患，地下工程常采用止水和降水两种方式来治理地下深基坑的侵害。常见的止水方法有拉森钢板桩、高压旋喷桩等，常见的降水方法有轻型井点降水、管井等。但在特殊的施工区域,常规的止水方法效果并不理想，常规的降水方法未必能够适用(如：长江边、高层建(构)筑密集区)。因此，地下工程应根据周边环境及地下土层性质选择合适的施工方法，控制涌砂、涌水确保安全施工。

2.工程概况

本项目位于浦口新区明发滨江片区，该工程主要结合地下排水管道的施工，对道路进行出新改造。改造范围包括明江路、明滨路、明新路、明春路、明高路和明浦路共6条道路，其中明江路、明滨路、明新路、明春路4条道路要求拆除现状合流管新建雨、污水管道。本次雨污水管同槽施工，沟槽宽度5.7m，4条道路排水沟槽全长3.04km(详见项目总平面布置图，如图1所示)。

浦口区明发滨江片区道路及排水改造工程毗邻长江，开挖沟槽时需采用拉森钢板桩+型钢对撑体系作支护措施，工期紧、任务重，施工区域内地下水丰富，本次沟槽开挖较深，平均5m多，且本工程施工沟槽位于居民住宅区、施工环境复杂，离周边建(构)筑物较近，对安全文明施工要求较高，开挖方法主要先将沟槽两侧拉森钢板桩施打一定段落长度，安装钢围檩及支撑后，分层垂直开挖。

3.工程地质、水文情况

经钻探揭露，该施工场地为长江漫滩地貌单元，在勘探深度内根据野外钻探、原位测试及室内试验综合分析，场地岩土层可分为两大层，六个亚层，地质状况如图2所示，自上而下分述如下：

第一层①-1是杂填土，厚度在1.0~1.3米之间；第二层①-2为素填土，呈灰色主要为粘性土，厚度在2.0~2.4米之间。第三层②-1为粉质粘土，呈软塑状，厚度0.4米。第四层②-2淤泥质粉质粘土，呈灰色，流型，局部夹薄层粉土，厚度在3.0~3.6米之间，本次雨水管道基础及检查井地基持力层落至该层中部，而且是较软的灰色淤泥质粘土上，以下是深厚的粉砂。

基槽开挖涉及的土层有①-1是杂填土、①-2为素填土、②-1为粉质塑粘土、②-2淤泥质粉质粘土。

拟建场地区地下水类型为空隙潜水，分布于浅部①-1层、①-2层、②-1层、②-2层，主要接受大气降水补给，稳定地下水位埋深为0.7-1.1米,年变幅约1.0米；②-3层粉砂及②-4层粉细砂中微承压水，微承压水位3.5-4.5米，设计建议最高水位按6.7米考虑。

图1 项目总平面布置图

图2 地质断面及管道沟槽支护断面图

4.工程施工特点分析

(1)施工现场临近长江，地下水位高，基槽底位于淤泥质粉质粘土中部，地质差、砂土流动性大，基槽支护与要求质量高，施工难度大。

(2)施工沟槽位于居民住宅区、施工环境复杂，离周边建(构)筑物较近，经在试验段沟槽采用深井降水，道路两侧人行道、围墙均发生沉降及裂缝。因此，如对沟槽进行降水，必定会影响周边房屋结构安全。

(3)多路段出现塌方险情，严重影响周边居民住宅结构安全，需迅速排除险情。

5.流砂、管涌成因分析

明江路第一阶段(琅琊小学分校—明新路)雨污水管道，位于行车道上靠近道路南侧人行道，沟槽宽5.7m，开挖深度约5m，按照设计要求，在沟槽两侧钢板桩插打后，对沟槽土方进行开挖，从原地面往下开挖1.0 m时，立即安装两侧钢围檩和钢支撑，避免沟槽两侧拉森钢板桩受侧压力而倾斜，当实际开挖接近槽底标高时，地下渗水严重，多处出现泉眼，流砂上涌(如图3)，现场立即采用潜水泵进行强排，并按设计要求抛石挤淤，由于槽底泉眼与长江互通，1车块石抛下去通过泉眼几乎全部流入长江，根本无法压制渗水和流砂上涌。结合工程情况及周边地质水文特征可知，槽底渗水发生流砂、管涌的主要原因有：

1、施工场区毗邻长江，地质条件差、地下水位高，且在施工前没有采取降水措施。

2、因排水管基位于②-2淤泥质粉质粘土的中部，在没有降水措施的情况下，基槽土方至挖至设计部位，该部位没有上部土压力，②-3层的微沉压力水将向坑底较薄的淤泥质土释放托力(浮力)，使②-3层的承压水带动粉砂上涌，形成管涌及流砂现象，给雨污水管道施工带来困难。

图3 基槽渗水严重、流砂、管涌

6.针对深槽底持力土层涌砂、涌水有效性控制、处理方案

在明江路第一阶段雨污水管沟槽开挖时，根据设计施工顺序，钢板桩插打，钢支撑架设后，当实际开挖接近槽底标高时，槽底突然四处涌水、涌砂，瞬间基槽渗水过半，根本无法进入下道工序施工。因此，如何加固槽底持力层（②-2淤泥质粉质粘土层）土体使其抗渗，并控制②-3层的微沉压力水向上释放的托力，是解决问题的关键所在。

鉴于上述教训，雨污水管沟槽土方不可贸然开挖至设计底部，否则无法继续施工并造成不小损失，而必须采取有效的技术方案，确保坑底稳定安全，才能保证雨污水管道工程的后续施工。

经过现场观测，综合考虑了周边环境、土层条件和水文特征，避免降水引起周边房屋结构安全，“本着安全可靠，经济合理，技术可行，施工方便”的原则，经过分析计算，拟定了“槽底钢筋混凝土预制垫板满铺法”的技术方案，即：将原设计槽底抛石顶部20cm厚C20砼垫层，分别按8cm厚预制垫板满铺和12cm厚C20砼现浇进行施工，与本次工艺特征相匹配。可以加固槽底持力层（②-2淤泥质粉质粘土层）土体，确保稳固，又能有效地控制地下微压力层水向上释放托力，而引起涌水、涌砂，满足施工要求。随后施工方与甲方(南京市浦口区建设发展有限公司)、监理单位(江苏山水环境建设集团股份有限公司)、设计院(中国市政工程中南设计研究总院有限公司)及其它各参建方进行了专题会议商讨，最后一致同意采用该方案对明江路第一阶段(琅琊小学分校—明新路)沟槽，进行“钢筋混凝土预制垫板满铺法”新工艺的验证。

7.施工方案

7.1方案简述

根据现状地质、水位情况，首先将沟槽土方开挖至抛石顶面以下25cm位置后，再正常抛石挤淤下去25cm(目的是为了减小挤淤厚度导致对槽底砂土层的扰动)，同时为防止流砂通过片石缝隙上涌，在抛石顶面铺设渗水土工布一层，再采用现场预制好的8cm厚钢筋砼预制垫板进行铺设压制，垫板上浇筑12cm厚C20素砼垫层，按此工艺流程施工效果较好，可保证后续正常施工。因此本次主要工艺特点是：①将沟槽土方开挖标高调至抛石顶面以下25cm位置；②将槽底抛石顶面增设渗水土工布一层；③将原设计抛石顶部20cm厚C20砼垫层，分成铺装预制钢筋砼盖板 (8cm厚)和现浇C20砼垫层(12cm厚)两步施工。

7.2工艺流程对比

沟槽原设计工艺流程：①钢板桩及内撑施工→②沟槽开挖至设计标高→③基坑底部500厚抛石挤淤→④200厚C20素砼垫层→⑤管道及基础施工→⑥中粗砂回填→⑦拔桩注浆施工。

沟槽创新工艺方法：①钢板桩及内撑施工→②沟槽开挖至设计标高以下25cm→③抛石挤淤250厚再填置250厚抛石→④铺设渗水土工布→⑤80厚预制钢筋砼垫板吊运铺装→⑥120厚C20混凝土垫层浇筑→⑦管道及基础施工→⑧中粗砂回填→⑨拔桩注浆施工。

7.3 施工前准备

7.3.1预制8cm厚C20钢筋混凝土垫板

①垫板采用集中预制，首先根据沟槽位置，在各路段分别选择合适的钢筋混凝土预制垫板加工场地，该场地需要考虑堆放面积、运输距离等因素。

②根据施工要求，搭设临时施工设施，组织机械设备、人员进场。

③预制混凝土垫板数量及规格，根据沟槽宽度，事先考虑垫板规格尺寸，如：本次沟槽宽度5.7m，横向按三块垫板满铺考虑，则单个垫板预制尺寸为1.9*1.9m，为方便铺装可将垫板尺寸缩小1～2cm。

③模框制作，根据需要铺设的钢筋混凝土垫板尺寸，制作一定数量的模框，满足现场预制使用。

④钢筋网片制作，根据垫板尺寸，现场钢板加工绑扎Φ10＠200双向钢筋网片，在网片一个对角焊接预埋两个吊环，便于使用时机械吊运。

⑤对进场的各种原材料进行试验，并进行砼试配，优化配合比并报监理工程师审批。

⑥垫板砼浇筑，施工前需按整车商品砼用量，来准备本批次预制的模框及钢筋网片数量，再调运C20商品砼现场预制，并做好洒水、覆盖养护，保养一周后即可吊装使用。

8.效果检查

通过对明江路第一阶段沟槽底部，采用了“钢筋混凝土预制垫板满铺法”技术方案，加固了槽底持力层（②-2淤泥质粉质粘土层）土体使其抗渗，并控制②-3层的微沉压力水向上释放的托力，及时控制住槽底渗水、涌砂的现象，确保了管道工程顺利施工。

通过新技术方案的实施，成功地控制住了“槽底渗水，流砂、管涌”的现象，保障了排水管道工程的正常施工，节省了沟槽深井降水费用，同时也比原定的施工时间提前了5天。 (如图4：明江路沟槽底采用“钢筋混凝土预制垫板满铺法”施工；

图4 明江路沟槽底采用“钢筋混凝土预制垫板满铺法”施工

槽底渗水，流砂、管涌水情况得到了有效的控制

9.结论

（1）“槽底钢筋混凝土预制垫板满铺法”能够有效的加固底层土体，控制槽底流砂、泉涌。这一方案的实施也是在特殊而苛刻的条件下提出的一种方法，可以说在不良的地质、水文和特殊的环境下，该方法在深基槽土方施工中起到了很好的成效。

（2）这种方法具有经济、实用等特点，既能保证工程质量，还可以加快施工进度，节省施工成本，本项目排水沟槽路段均采用了这种方法，明江路、明春路已完工通车一年，实际效果良好。