陳維杰，侯伏慧，王會鴿

（1.河南省水利水電工程質量監(jiān)測監(jiān)督站平頂山市南水北調配套工程項目站，467000，平頂山；2.平頂山市南水北調配套工程建設管理局，467000，平頂山；3.汝陽縣前坪水庫建設辦公室，471200，汝陽）

頂管穿越中混凝土保護層崩裂成因與處理措施

陳維杰1，侯伏慧2，王會鴿3

（1.河南省水利水電工程質量監(jiān)測監(jiān)督站平頂山市南水北調配套工程項目站，467000，平頂山；2.平頂山市南水北調配套工程建設管理局，467000，平頂山；3.汝陽縣前坪水庫建設辦公室，471200，汝陽）

頂管；混凝土保護層；空鼓崩裂；成因分析；處理措施

一、頂管施工中出現混凝土保護層崩裂

河南省南水北調受水區(qū)平頂山供水配套工程10號口門供水管線需穿越S234省道，該處位于平頂山市葉縣盆楊村，地質構造為土、巖雙層結構，自上而下依次為低液限黏土、黏土巖、砂巖，頂管建基面主要位于中間層黏土巖中，該層黏土巖普遍含少量鈣質團塊，局部含量較高，粒徑一般1～3 cm，且黏土巖為硬土Ⅲ類，對頂管施工存在較大影響。

穿越 S234省道頂管起點位置ZH5+538.436,終點位置ZH5+618.436,頂進長度80 m，采用預制DN3200鋼筋混凝土套管頂進施工法，施工流程為：工作坑開挖—修筑后背—鋼筋混凝土套管定制—安裝頂進設備—套管空頂—公路加固—吃土頂進—就位。

2013年8月17日施工單位開始套管頂進施工，8月19日頂進第3節(jié)時（每節(jié)2 m），發(fā)現第一、二節(jié)管道端部混凝土保護層出現局部崩裂、內層鋼筋網外露、管身空鼓，第三節(jié)管道出現縱向裂縫，隨后經監(jiān)理、管廠、施工單位協商，對一、二節(jié)管道進行了鋼板帶環(huán)向、槽鋼縱向加固，然后繼續(xù)頂進作業(yè)。當頂進至第六節(jié)管道時，又發(fā)現第三、四節(jié)管道繼續(xù)出現混凝土保護層崩裂、內層鋼筋網外露、管身空鼓現象，第五節(jié)管道也出現縱向裂縫問題，隨即停止頂進施工。

二、崩裂現象成因分析

1.從力學方面分析

根據施工方案采取的計算方法，推進6節(jié)管道的總頂力F=頂管正阻力F1+頂管外壁摩擦力F2，其中：

式（1）中，S1為頂管正面積，K1為頂管正阻力系數，方案取K1=10 t/m2；式（2）中，S2為頂管側面積，K2為頂管側阻力系數，方案取 K2=0.3t/m2。經計算，F=1 519 KN。

施工現場用8只缸徑為300 mm的千斤頂推進，頂進壓力為8.0MPa，經計算實際總頂力達4 520 KN，顯然遠遠大于設計推算值，說明設計情況與施工現實存在明顯差異。檢查施工方案計算方法發(fā)現，K1的取值明顯偏小，K2的取值也可能偏小。根據有關工程統計資料分析，軟土層一般取K1=10～30 t/m2，硬土層取30～60 t/m2，K2取0.1～0.5t/m2。該地層含有鈣質團塊，局部甚至較多（頂管外壁存在咬啃痕跡），在這種條件下取K1為下限值值得商榷，K2從保守角度看，取偏上限值亦未嘗不可。

2.從管材方面分析

我國目前生產制造鋼筋混凝土頂管的主要規(guī)范依據，是《混凝土和鋼筋混凝土排水管》（GB/T 11836—2009）及《頂進施工法用鋼筋混凝土排水管》（JC/T 640—1996）。對水利水電工程而言，引用該標準的主要問題是參數標準偏低，如對頂管混凝土的抗壓強度僅要求不低于40 MPa，但頂進管的工作壓力通常都在幾千甚至上萬千牛,許多業(yè)內專家都認為混凝土管材的抗壓強度有必要達到C50標準，安徽省地方標準《給水排水工程頂管技術規(guī)程》（DB34/T 1789—2012）即規(guī)定不應低于C50。在配筋方面，由于混凝土的泊桑效應，頂管在承受過大的軸向壓力時，很容易產生沿壓力方向的縱向裂縫,該工程所出現的縱向裂縫也印證了這一觀點，所以應在規(guī)范要求的基礎上，進一步加強軸向受力鋼筋配置以及環(huán)向配筋，尤其環(huán)向雙層配筋的外層配筋量不容忽視，這也是水利工程用頂管與普通市政排水用埋管的重要區(qū)別之處。

這種在工地常見到管道保護層表面龜裂問題，一旦遭遇一定外力（如運輸、安裝不當）的沖擊、拉伸而加深、加長，且周圍又同時存在水、土等腐蝕性介質時，這些腐蝕性介質便會乘“縫”而入，銹蝕管芯鋼絲、鋼筋。久而久之，鋼絲、鋼筋截面受銹蝕縮小，受力性能降低，為最終“崩裂”埋下伏筆。

不同制管工藝對管材質量也有一定影響。我國目前制作混凝土及鋼筋混凝土頂管的工藝方法有離心法、懸輥法、立式振搗法、芯模振動法等，其中離心法和芯模振動法生產的管材質量較為穩(wěn)定；懸輥法成型時鋼筋骨架往往因受力較大而產生變形；立式振搗法工藝簡單，多用于現場預制，生產效率較低。

三、處理措施

一是建議管廠和設計單位針對施工現場具體情況，對頂管抗壓、抗剪、抗扭曲性能進行全面分析研究，制訂科學合理的制管標準。在生產過程中，建議在混凝土中適量摻加纖維以增強抗裂性能。在布筋方面，可在骨架的兩個端頭加焊“U形”鋼筋，使之將內外層鋼筋聯在一起，二層筋之間、骨梁與鋼承口以及骨架與混凝土之間產生良好的整體性，從而保證頂管具備良好的抗裂性能。二是調整混凝土管道的保護層由 20 mm為 30 mm。三是校核工作坑中靠背與導軌的垂直度以及導軌的設計水平度，檢查是否存在沉降、位移現象。四是頂進進程中頂頭135°范圍內必須超控20～50 mm，以有效減小推進阻力。五是管身原設3個注漿孔，應均勻增至6個，并在護口圈與管外壁之間安裝防漏設施，嚴格注漿工序，以達到減小頂管外壁摩擦力的作用。六是管節(jié)接縫處設柔性墊片 （顆粒板或松木板），以起緩沖作用。

四、結語

根據以上分析與建議，設計、施工、管道生產商分別采取了改進工藝和措施，并于2013年11月4日—14日進行了原管拆除、新管重新頂進。2014年8月通過分部工程驗收，被認定為合格工程等級。 ■

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責任編輯 軒 瑋

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1000-1123（2017）06-0020-02

2016-06-16

陳維杰，高級工程師。