杨帅 崔云
中机国际工程设计研究院有限责任公司华东分院 南京 210023
摘要：通过一个路面塌陷问题的具体工程案例，对此项工程可能引起路面塌陷的原因进行了探讨，从基坑降水、牵引（定向钻）施工、管道接口等多方面进行分析，总结出本工程路面塌陷的具体原因，同时提出了解决方案。
关键词：管道；渗漏；地面塌陷
地下管道是保证城市正常运转最重要的基础设施，给人类的生活带来了很大的便利，管道已成为保证城市安全、正常运行的地下生命线。然而，在庞大的地下管网中，却存在很多安全隐患。
近年来，路面塌陷现象在城市中时常发生，直接影响了市政工程的工程进度和人们日常生活的正常进行，在造成经济损失的同时也给城市居民的生活和工作带来了极大不便，造成了极坏的社会影响。路面塌陷现象引起人们的广泛关注，成为城市安全领域备受关注的热点问题，而地面塌陷很大一部分原因归咎于地下排水管道系统。降低地下排水管道泄漏带来的城市安全隐患，有效控制因排水管道泄漏引发的安全事故的发生成为一个迫切需要解决的问题。
本文介绍了一个路面塌陷问题解决的实例，对此项工程可能引起路面塌陷的原因进行了分析，同时提出了解决方案。
一、工程背景
某工程排水管道工程，主干管为DN500管径，设计管线位于距景观湖岸边线约5米的道路上。管道采用PE管，牵引（定向钻）施工；检查井采用现浇钢筋混凝土结构，开挖施工，施工时采取旋喷桩止水帷幕配合深井降水的降排水方案。
本工程已完成土建施工，但近期场区内出现局部地面塌陷的现象。根据现场查看，工程建成后先后出现两处局部塌方现象，一处为检查井3米外的沥青路面上出现0.60 m（长）x 0.60 m（宽）x 0.80 m（深）面积的塌陷，另一处为检查井边绿化带内出现1.5 m（长）x 1.50 m（宽）x 0.70 m（深）面积的塌陷。
尽管现阶段塌陷面积不大，但因施工场地位于重要景区，人流量较大，对游客游览影响较大；同时考虑施工场区内土质情况较差，临近景观湖地下水丰富，为防止塌陷继续扩大，形成严重后果，建设单位一经发现及时进行了相关的修复方案论证。
二、地质资料
施工场地位于景观湖旁边，水量丰富，且本工程所在场区大量分布厚度较大，含水量及压缩性较高的填土、淤泥质填土层、砂土等，工程地质条件不利，施工场区内主要土层分布情况如下所述：
①~1杂填土：灰色~灰褐色，松散，由粉质粘土混碎砖、石子填积，粗颗粒含量约为25%~30%，密实度较差，部分地段表层有0.2m~0.4m厚的砼、沥青路面，填龄在5年以上。
①~2素填土：灰~黄灰色，可~软塑，土质不均匀，由粉质粘土填积，夹少量碎砖，填龄大于10年。
①~2a素填土：灰~黄灰色，稍密，主要由粉土、粉砂填积，局部夹粉质粘土及少量砖屑，填龄在10年以上。
②~1粉质粘土、粘土：灰黄色，可~硬塑。切面有光泽，韧性中等偏高，干强度中等。
②~2粉质粘土、淤泥质粉质粘土：灰色，软~流塑，切面稍有光泽，韧性中等偏低、干强度中等。
②~3粉细砂：灰色，中密，局部密实，部分夹粉土，含大量腐木及少量云母碎片。
图1 场区内土层分布图
三、原因分析
根据施工方式及该地块工程地质情况和水文条件分析，本工程地面局部塌陷现象产生的原因应从以下方面分析：
3.1基坑降水引起的地面沉降（塌陷）
本工程地面塌陷处均位于检查井基坑开挖范围，存在因基坑降水引起塌陷的可能。
基坑降水会引起地面沉降或塌陷，一方面基坑降水会形成基坑坑底水位与天然水位之间的水位变化，使得土的孔隙水压力便发生变化，打破了原有的力学平衡，导致土体中有效应力增加，从而引起土体沉降。另一方面，如降水施工不当，降水时抽水带有流砂，造成地下土层局部掏空，在地面加荷或因降雨造成土质松软时会造成塌陷。
此外，在深井降水处，降水井拔出后如未对孔洞填充密实，可能产生局部孔洞或局部土体松散，在水位变化较大或荷载作用下也可能会发生地面沉降或塌陷。
3.2牵引（定向钻）施工引起的地面沉降（塌陷）
牵引（定向钻）施工，应选用合适的钻头打导向孔，然后更换扩孔器进行逐级扩孔，最终扩孔半径不超过待敷管径的1.5 倍，接着进行清孔，成孔后通过牵引完成管道敷设，管道就位后管壁和孔壁之间就形成一圈泥浆区，随着时间推移，泥浆中水分逐渐消散，泥浆压力逐渐减小，使得孔壁周围原本处于平衡状态的土体发生卸载工况，从而因应力变化导致缩孔，进而引起地面沉降（塌陷）。
根据《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008），牵引（定向钻）施工管道敷设到位后，应对管道周围的钻进泥浆进行置换改良，从而避免引起沉降（塌陷）现象发生。如施工过程中没有严格按照要求对泥浆进行置换处理，在地面加荷或因降雨造成土质松软时将很有可能造成塌陷。
3.3管道接口处理不当引起的地面沉降（塌陷）
本工程管道之间采用热熔焊连接，接口较为可靠，可能出现的薄弱点是管道与检查井连接处，考虑本此地面塌陷处均位于检查井周边，应对管道与检查井连接处进行全面检查。
管道渗漏是引起地面塌陷的常见原因，一方面，可能管内水渗出，形成地下水渗流，加上地表车辆震动引起土体失衡，从而引起塌陷；另一方面，管内水流及地下水渗入冲刷接口处土体，土体被水流从管道内带走，随着时间推移，管口处土体逐渐减少，形成孔洞，在荷载作用下易形成塌陷。
3.4原因分析
前文对可能产生路面塌陷的原因进行了分析，提出了基坑降水、牵引（定向钻）施工、及管道接口等三个可能引起的地面沉降（塌陷）的方向。因本工程已经施工结束，如果因施工中基坑降水或牵引（定向钻）施工产生的地面塌陷，则不会产生持续的塌陷，影响较小。而如因管道接口渗漏引起地面塌陷，则需全面检查，防止持续影响，造成更严重的后果。
根据施工、监理单位反馈信息，已发生塌陷部位在施工深井降水确有抽水带泥沙现象，可能当时引起地下土体局部掏空现象，随着地面荷载持续加持，最终形成地面塌陷。同时根据闭水试验等检验情况，部分管道与检查井连接处出现渗漏现象。
四、修复方案
根据对事故原因的调查分析结果，需及时对本工程进行全面的针对性修复措施，确保塌陷情况的发展。
4.1 管道与检查井连接处处理
全面调查管道与检查井连接处情况，对连接做法不到位处进行整改，PE管与检查井预留洞口间采用1：2微膨胀水泥砂浆填充密实，同时在井壁中央位置沿管道设置一圈遇水膨胀橡胶密封圈，确保接口处连接可靠。接口处做法详见下图：
图2 场区内土层分布图
4.2注浆加固检查井周边土体
重点对检查井周边进行注浆加固，防止土体不稳引起进一步的塌陷情况。注浆范围至为原开挖基坑2m以外处，深度至井底2m处，
压密注浆采用水泥浆液，通过压力泵及注浆管将水泥浆液利用较高的压力均匀注入松散土体中，以填充、渗透、挤密等方式挤占土颗粒间的间隙，浆液随之充填裂缝，形成浆脉，使得土体内形成新的网状骨架结构，达到加固的目的。
注浆通过改变土体的物理力学特性而起到加固土体的作用，同时也能减少因降水而引起的地基沉降、防止土体流砂现象等。修复工作进行后，施工单位并对现场沿线地面、建（构）筑物进行监测，至今未再次发现地面沉降（塌陷）等情况发生，证明此次修复方案具有针对性，安全可靠。
五、结语
本文通过对一个路面塌陷问题的具体工程案例的分析，简单介绍了管道施工引起地面塌陷的几方面原因。考虑到地面塌陷对城市安全的影响越来越大，在管道设计及施工中应该保持必要的重视，预防此类事故的发生。
参考文献：
[1]沈世杰等.给水排水工程结构设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.
[2]GB 50268-2008，中华人民共和国住房和城乡建设部[S].
[3]王树理等.地下建筑结构设计[M].北京：清华大学出版社， 2009.
论文作者:杨帅,崔云
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期供稿
论文发表时间:2015/12/18
标签：地面论文; 管道论文; 基坑论文; 工程论文; 局部论文; 粘土论文; 路面论文; 《基层建设》2015年16期供稿论文;