对大口径混凝土管顶管验收标准的建议

何 莲 刘灿生　　　　　　　　 陈永锋　林一敏
　　　 （哈尔滨工业大学）　　　 （福州洋里污水处理厂建设公司）

　　摘　要：本文根据顶管施工的特殊性，对顶管渗漏以及渗漏对工程危害进行分析，提出了在地下水位较高的软土地区，埋深较大的大口径管道顶管施工验收时不宜采用闭水试验，建议在管道内检查渗漏点的个数和测量单个漏水部位的漏水量作为检验方法并提出了相应的标准。
　　关键词：顶管 　闭水 检验标准

Suggestion on the Criterion for Testing the Seepage of the Pipe jacking

HE Lian　 LIU CanSheng　　　 　 CHEN YongFeng　 　 LIN YiMin

　　Abstract：At present，there is no the criterion for testing the seepage of the pipe jacking. it analysed seepage and seepage point and raised up the criterion for testing the seepage of the drainage pipes in clay area and under groundwater according to the particularly of the pipe jacking technology.　

　　Keywords：pipe jacking seepage point testing criterion

　　当前,我国排水管道工程施工质量检验执行<<给水排水管道施工及验收规范>>（GB50268-97），规范中规定管道渗漏的检验方法采用闭水试验（行业标准CJJ3-90规定相同）。这种质量检验方法和标准能够反映一般工程质量情况的评价和要求， 但在地下水丰富，埋深较大的大口径排水管顶管施工中，其闭水试验的检验方法很难操作,并且允许漏水量标准也不能表达管道的实际漏失及对工程的危害程度。根据对笔者介入的实际工程的研究，我们对国标GB50268-97及行标CJJ3-90的闭水试验标准提出我们的看法。

1. 目前渗漏检验标准存在的问题

　　1．现行标准规定闭水试验的标准试验水头为2m，适用于一般管道的闭水试验，但是当管道埋设较深，地下水位又较高时则不易实施闭水试验，例如当地下水水位为-1.5m，管道埋深在6.0-8.5m时，管外内则有4.0-6.0m水头差，若按现行标准采用高于管道2m的水头试验，则管道内的水压小于管外水压，闭水试验根本测不出漏水量，无论管道渗漏与否都不会测得有关渗漏的数据，如果按照管外水头为基准计算管内试压水头，则需将试验水箱架空得较高，不易操作而且测试也不稳定。
　　2．闭水试验所测渗漏水量是整段管道的渗漏水量的总和，不能反映局部情况，相同的渗漏水量,渗水点可以是一个直径很大的孔眼，也可能是若干个小孔眼。对于一般管道只考虑漏失，闭水试验主要检测渗漏情况是适用的，但在本文规定的条件下，顶管施工的管道对渗漏水量要求不同于其它管道。顶管是直接将管道顶推入土，没有基础。在地质较差的情况下，若管道的漏洞的孔眼较大，则细小泥砂会被流入管道的水冲刷带进，管外部的泥砂较易被掏空，使基础不均匀沉降，致使管道开裂脱节，加剧漏水、冲刷和流砂，愈演愈烈，最终导致整个管段无法使用。在笔者曾介入的排水管道顶管施工工程中，其管径为2200mm，设计顶距为465.4m，工程地带大多处于淤泥夹砂层，粒径小于0.25mm的泥砂含量大于50%，且地下水丰富。顶进12节管后，前几节顶管因管节错口出现漏水，开始漏水量很小，采用边排水边施工，后来漏水量越来越大，不得不停工排水，结果由于停滞时间过长,向管内渗流的地下水冲刷将大量小于孔径的淤泥和粉砂源源不断带入管内，形成流砂将管下土体掏空，造成管道下沉，以致脱节报废，处理该事故耗资过百万元，工期拖了一年。因此，影响管道工程质量的不仅为渗漏水量也在于漏水孔洞的大小，一般的闭水试验的检验不能反映这类管道潜在的事故危险程度。
　　3. 闭水试验时要先将试验管段的管道注满水，然后才能进行测试。因此，闭水试验需要的用水量相当大，每公里长管径为 2200mm的管道闭水试验的用水量高达3780 立方米。 这样大的水量在排水管施工现场很难具备，给闭水试验带来困难，因此，建议在地下水位较高，埋设较深的大口径管道的施工质量检验不采用闭水试验的方法。

表-1

管径（mm）

需水量（m3/1000m）

1200

1130

1400

1530

1600

2000

1800

2500

2000

3140

2200

3780

2. 渗漏水量与砂土液态化分析

　　地下水位较高的大口径钢筋混凝土管项管工程，由于管道施工的质量问题漏水，能冲刷周边土壤使之液态化，造成事故，因此，在管道施工质量的检验标准中，单孔漏水量与砂土液态化的影响更为重要。下面，我们进行分析。
2.1 规范中允许渗漏水量的当量渗漏水孔径
　　 假设试验管段上的全部渗水集中一孔口出流，孔为圆形，直径为当量孔径d，对钢筋混凝土管道，可近似看成圆柱形孔口出流。根据有压流孔口出流理论

　　　　　　　 　 q=μ_cW(2gH0）^0.5

　　μ_c——管口流量系数，一般取0.82；
　　q——管口出流量(m³/S)；
　　H₀——管外水头（m）；
　　W——管口面积(m²)。
　　根据行业标准GJJ3-90中的允许渗漏水量可来确定渗漏水量与当量渗漏水孔直径d的关系，假定H₀取2米 　q=μW（2gH₀）^0.5=0.82 d²·π/4·（2g·2）^0.5=4.03d² 可以计算出每公里管道在2米水头差时的允许渗水量相对应的当量渗水孔径d的值（表-2）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表 2

管径（mm）

1200

1400

1600

1800

2000

2200

允许渗水量（m³/d）

70

85

102

123

148

179

当量渗水孔径d（mm）

14.17

15.6

17.1

18.79

20.6

22.6

2.2 管周边土壤结构的影响
　　在现行标准中，闭水试验的检验指标只规定漏水量，而不计较孔径，主要是考虑一般的管道施工都要做管道基础，地质状况不好的地段的基础相对加强，水的冲刷以及带走少量的泥砂并不会破坏管道的基础，危及管道工程的安全。另外也主要考虑由管道内向管道外漏水，沿途分散开来不会造成明显的影响；由管外向管道内漏水，也考虑漏水量不要影响其管道输水能力。但如果管道外边水压高，水由管道外向管道内流，则会将泥沙带入管内，破坏地层的原始构造，损坏管道的基础 ，造成工程事故。因此，要分析漏水孔洞带入泥沙的可能性，这也说明了单凭闭水试验不能作为检测高地下水时的顶管施工的质量依据。因此，有必要同时研究与周围土壤粒度的关系。表-3中列出了土壤的粒度分布划分，由土壤颗粒组成可见，一般砂、粘土的粒径较小，在淤泥夹砂或粘土层中顶进易产生流砂，该层的粒径范围在0.01-2mm之间，一般发生流砂的颗粒粒径范围内在细砂、粉土、粉砂的土质中。

表 3　　土粒粒组的划分

粗组名称

碎石土 砂土 粉粒 卵石

圆砾

细砂

砾砂

粗砂

中砂

细砂

粉砂

细砂

粒径范围（mm）

》20

10-5

5-2

2-0.5

0.5-0.25

0.25-0.1

0.1-0.05

0.05.0.01

0.01-0.0005

2.3 土的液态化条件
　　土的液态化与地下水及动水压力有密切关系，当地下水的动水压力大于土颗粒的重度时或地下水的水力坡度大于临界水力坡度时就会液化产生流砂，粉砂，细砂和粉土层厚度较大，孔隙比大，含水量大，愈容易产生流砂。构成产生流砂的条件，最主要的还是取决于漏水孔的大小。当漏水孔口直径d₁大于相接触土层颗粒中d₅₀-d₇₀（指筛分时留在筛上重量为50%-70%时筛孔直径）的三倍以上时，就容易产生流砂。而且管内外压差愈大，愈容易发生液态化。

3. 建议的检验方法

　　1．对于DN1000以上可进入管道进行渗水观察,渗水量可通过目测或量筒测定。
　　2．对顶管渗水量检验之前,首先应了解顶管所处土层的颗粒的级配组成，密度及透水性等土质条件,根据不同的土质确定所允许渗漏的最大孔径dmax=3d₅₀。　
　　式中d₅₀——筛分时留在筛上重量为50%时筛孔直径。
　　3．根据孔口及管内外压差来确定允许单孔渗漏水量

　　　　　　　 q=μcW(2gH)_0.5

　　4．因顶管的特殊性，允许渗水量的标准应适当减小，根据实际工程测算，建议采用0.8的折减系数，即每公里顶管段渗漏水量不得大于行业标准（GJJ3-90）允许渗水量Q_允许的0.8倍,且单孔渗漏水量不得大于单孔最大允许渗水量Q_允许。并应依此计算出允许渗漏孔眼的个数。
　　5．过河段由于管外水头大，对顶管的渗水要求更严,管段渗水孔径和渗水孔数要相应减少。　
　　6． 应用分析
　　某段DN1800顶管处于淤泥夹砂地段,全长560m，检测渗漏是否合乎标准
　　（1）在顶管时应及时采留土样,作为检验时分析使用。在检验前应进行土样筛分，从该处土的颗粒粒径级配曲线可知　 　 d₅₀=0.15mm　 　
　　由此得最大允许漏水孔直径D允许=3 d₅₀=0.45mm
　　（2）当管内外水头H=4m时，单孔允许最大流量q允许=μ（π/4）d允许（2gH）_0.5=4.7ml/s=0.4 m³/d（3）从行业标准上可计算出DN1800mm管道允许漏水量Q=123 m³/d·km,本方案560m管道允许漏水量Q允许=0.56×123×0.8=55m³/d
　　（4）允许漏水孔的个数：n=Q_允许／q_允许 =137个
　　在所检验的管段上，当漏水单孔漏水量均小于0.4 m³/d，且相当于同样漏水量的孔口个数不多于137个时，工程则为合格。若超过上述范围，则为不合格工程。　 　
　　笔者在实际工程中感觉到对于地下水位较高，管道埋设较深的大口径排水管的顶管施工的质量检验采用这种方法代替闭水试验是适宜的。建议在规范（GB50268-97），（CJJ3-90）修订时，予以考虑。

参考文献

　　1 许其昌主编.给水排水管道工程施工及验收规范. 第一版.北京：中国建筑工业出版社，1998：263～273
　　2 夏明耀等主编.地下工程设计施工手册. 第一版.北京：中国建筑工业出版社,1999：678～681
　　3 顾晓鲁等编.地基与基础. 第二版.北京：中国建筑工业出版社,1993：120～124