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[分享]城市地下综合管廊常见“病害”和防治办法汇总——施工监理

来源:本站    发布时间:2019/4/8 10:13:44    点击量:234

[分享]城市地下综合管廊常见“病害”和防治办法汇总——施工监理


工程病害调查

一、调查依据

调查主要依据包括《公路隧道养护技术规范》JTG H12-2015、《城市综合管廊工程技术规范》GB50838-2015、《上海市城市综合管廊维护技术规程》等相关技术规范。

城市地下综合管廊常见“病害”和防治办法汇总_1

二、调查过程

1、病害检查

调查分别对应的管廊工程进行全面的病害检查。本次调查使用钢尺和激光测距仪对箱体接缝不均匀沉降的错台高差进行测量,并记录测量数据和病害位置;通过裂缝探测仪器检查箱体结构存在的裂缝,并测量裂缝长度、宽度,判断裂缝的发展趋势;目测并记录顶板及侧壁渗漏水的位置和程度;记录混凝土起层开裂、剥落的范围和深度,露筋的位置、长度;底板起拱、沉陷的位置等。此次检查辅助使用数码相机进行病害照片拍摄,便于记录总结。

2、沉降监测

结合本次检查结果,选择沉降变形较为严重的管廊节段接缝进行长期沉降监测。观测点设置在接缝处两侧底板的干燥处,每侧各设不少于一个观测点,在保证正常读数情况下,优先选择靠近两侧壁或管道下部的位置。在观测点位置确定后,使用冲击钻打孔放入不锈钢十字测钉,并立即做打胶固定,最后做喷漆标志以便日后监测。待测钉固定胶完全凝固,隔天使用精密水准仪进行观测点的高程测量,计算观测点之间的相对高差,并现场记录数据。通过对管廊病害节点的长期沉降监测,掌握管廊结构的健康状况,以便及时进行维护。竖向沉降监测点布置图以及初始测量数据表。

城市地下综合管廊常见“病害”和防治办法汇总_2

三、结构状况及病害调查结果

现场调查发现管廊主要病害包括结构不均匀沉降、结构裂缝、结构渗漏水、箱体结构扭转等,且多种病害常集中发生于一处,对箱体结构的安全性耐久性造成严重影响。

城市地下综合管廊常见“病害”和防治办法汇总_3

1、结构不均匀沉降

调查结果显示共有139处不均匀沉降病害。从病害发生部位看,不均匀沉降全部发生在管廊箱体接缝处;从病害程度来看,该工程不均匀沉降现象较为严重,90%以上病害沉降相对高差在10mm~50mm之间;从病害发生区间来看,环岛北路不均沉降现象最为严重,高差150mm以上的病害出现3次,并且在本次检查之前已经进行了加固处理;箱体接缝处的不均匀沉降导致变形缝止水破坏失效,进而引发渗漏水,结果显示139处不均匀沉降病害中伴有122处渗漏水病害(如表3-1)。此外结构不均匀沉降也是造成结构裂缝的主要原因,因此三种病害常同时出现在箱体不同节段接缝处。

城市地下综合管廊常见“病害”和防治办法汇总_4

2、结构裂缝

根据现场调研来看,箱体结构裂缝种类主要有:环向裂缝、纵向裂缝和斜向裂缝。其中环向裂缝主要发生在沉降缝附近,沿箱体结构环向展开;纵向裂缝主要表现为沿沉降缝附近两侧壁纵轴线展开;斜向裂缝主要发生在左右侧壁,并与侧壁纵轴线有一定的夹角。调查结果显示共检查到裂缝166条,裂缝形态基本上处于张开状态,裂缝宽度在0.5~2mm之间。结构裂缝会加快箱体结构内部混凝土的碳化过程,大大降低结构的耐久性能。

(1)按裂缝种类分类,其中环向裂缝共112条占总数72%,是管廊结构裂缝的主要形态,纵向裂缝40条,斜向裂缝4条(如图3-2-1)。虽然纵向裂缝和斜裂缝在结构裂缝中占的比例较小, 但是对箱体的结构安全的影响不容忽视,特别是纵向裂缝,对隧道的安全具有控制性。

城市地下综合管廊常见“病害”和防治办法汇总_5

 裂缝类型分类图

(2)按病害位置分类,数据显示98%的裂缝位于箱体接缝处(如图3-2-2)。结构裂缝的形成和开展是一个时间过程,许多裂缝都是在使用若干年后出现并逐渐恶化的。横琴管廊投入运营3年时间,多处箱体接缝处发生了不均匀沉降病害,进而导致沿沉降缝附近产生裂缝。

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 裂缝位置分类图

3、结构渗漏水

对调查结果进行分析,可根据渗漏程度将主要的渗漏病害分为四类:(1)浸渗:构件表面呈面状湿润状态,但没有明显的漏水点;(2)滴漏:漏水成水滴状态,有明显漏水点;(3)渗漏:构件表面出现明显水流从裂缝或变形缝中流出;(4)涌流:水流成喷涌状从裂缝射出。现场调查表明隧道发生渗漏水的形态中,发生滴漏所占比例最高,为57%;其次是浸漏,占36%;再次是渗漏,占6%;涌流发生的数量最少,仅占1%。从渗漏水状态来看,浸渗和滴漏比例较高,说明管廊的止水破坏较为严重,需及时做维修处理。

城市地下综合管廊常见“病害”和防治办法汇总_7

城市地下综合管廊常见“病害”和防治办法汇总_8

  渗漏水状态统计图

四、工程结构病害原因分析

1、结构设计标准影响

经过对比国内2015年颁布的《城市综合管廊工程技术规范》,可以发现:正是因管廊在建设上的超前性,形成了原始设计标准偏低的缺陷,主要表现在:

(1)管廊箱体结构原设计使用年限50年,低于规范规定的100年;

(2)原结构安全等级为二级,低于规范规定的一级;

(3)防水工程设计标准低于规范规定。管廊结构设计标准偏低会直接导致结构设计的作用偏低,运营过程中箱体结构发生超载的概率加大,各类功能失效的可能性风险加大。

2、典型病害原因分析

(1)箱体不均匀沉降

经排查发现,管廊频繁出现箱体不均匀沉降现象。在最严重部位,箱体接头部位错台高差达20cm以上。分析发生不均匀沉降的主要原因为:

a地区土质为软土层,含水率高、天然孔隙比大、饱和度高、压缩性大、抗剪强度低,容易使箱体结构发生滑移、偏转。

b桩基础薄弱。横琴新区综合管廊的基础采用直径为D400(PHC)AB型高强预应力混凝土管桩基础,桩长在10m左右。但是现有研究表明:对于PHC管桩,当为端承摩擦桩时,管桩桩尖应座落在中密至密实的砂层上;广东及珠三角地区应用时桩长应为30~40m;当以桩侧摩阻力为主时,桩径应为500mm或以上。横琴新区的综合管廊基础普遍采用直径为400mm的高强预应力混凝土管桩,桩长10m明显不符合实际工程需要。

3、混凝土裂缝及破损

经统计分析病害普查结果发现裂缝多为沿接缝处顶板和侧壁的环向裂缝,而箱体结构其他部位的裂缝相对较少。结构造成裂缝的潜在原因包括:(1)箱体不同节段间不均匀沉降造成的两箱体接缝处形成错台从而导致结构破损开裂;(2)箱体之间若各自拥有的刚度不适应,或整节箱体刚度分布不均匀,则必定引起管廊的变形失调,导致裂缝;(3)外力的影响,例如横琴综合管廊附近建筑施工对土壤产生一定的扰动。此外,管廊箱体结构施工工序多,制作工期较长,任一环节出了差错都可能导致开裂事故,比如养护差,导致早期失水太多等。

4、箱体接缝处(变形缝)渗漏水

在此次病害普查过程中,发现五个区段管廊结构均有渗漏水病害现象发生。渗漏水发生的部位主要集中在箱体之间接缝处,箱体间不均匀沉降产生的相对高差引起止水带拉裂破坏,从而失去止水效果。发生渗漏水之后,随着结构外部土层的水携带少量的细颗粒砂土通过混凝土表面空隙不断渗漏到箱体内部,对管廊内管线设备带来一定的损害。水分子通过混凝土表面空隙进入内部,对箱体结构顶板、侧壁、底板等造成一定程度的侵蚀。此外,长久的渗漏会造成箱体周围水土流失,甚至导致局部土体掏空,形成空洞,严重削弱土层对箱体结构的约束力,最终威胁管廊结构的安全性与耐久性。横琴岛临海,不免会有海水侵蚀混凝土,结构安全和耐久性进一步受到威胁。总的来说,导致渗漏水的制约性原因是横琴新区综合管廊防水工程设计标准偏低。

5、箱体结构扭转

在此次病害普查中,发现环岛北路部分节段有箱体结构扭转的病害出现。横琴新区综合管廊出现此病害的可能原因有:(1)供排水管道安装位置贴近管廊侧壁,使得管廊结构受力沿平面、立面分布不均匀;(2)综合管廊附近的建筑基坑施工可能导致管廊下部土的侧压力降低,致使管廊结构向外侧偏转。

五、综合管廊建设及维护对策

实际工程中,箱体结构所处的环境和外界影响存在诸多不确定性,当某参数变化积累超过阈值时就会发生病害现象。病害处理过程不仅繁琐,而且很难完全恢复到箱体的原始状态,甚至影响管廊工程的正常营运。保障管廊的工程质量,首先要从根源开始预防病害,完善的管廊设计方案和施工管理体系对于整个管廊的工程质量有着至关重要的影响。因此,处理综合管廊病害主要以预防为主,从项目前期的图纸设计,材料购置、施工管理、施工技术措施处理的施工阶段,到运营维护阶段等多个阶段进行预防控制。以下根据珠海横琴新区综合管廊为研究对象,为未来管廊建设与管理提供合理的病害预防对策及维护建议。

1、准确掌握地质信息,加强设计管理

地基土质软土主要是指淤泥和淤泥质土,具有天然含水率高、抗剪强度低、渗透性差等特征,在工程实际建设中表现为地基承载力小,在荷载作用下要经过很长时间才能完成固结沉降,同时便会产生较大的最终沉降及不均匀沉降。这是运行期管廊出现箱体接缝竖向沉降、接缝处环向裂缝、渗漏水的主要原因。对于城市综合管廊工程,勘察报告中应对地基容许承载力与地基变形极限状态做出详尽评估,必要时应针对管廊设计和施工中可能出现的问题, 提出地基处理方案。

建筑工程质量的保障也离不开管理制度的参与,一个比较完善的建筑设计和施工的管理体系能够对于整个工程的顺利进行有着促进的作用。因此,设计师必须按照规定和规范进行设计,从因地制宜从地区整体自然环境出发考虑问题,重视细节,根据管廊所处的地质信息及其具体要求等,适当加大安全系数,提高安全水准,防止箱体不均匀沉降、箱体侧壁裂缝、衔接处渗水等问题的出现,从而使综合管廊工程质量得到提高。

2、制定施工标准,严格把控施工质量

我国至今尚未拥有成熟的管廊建设体系,面对管廊工程建设中的各类问题,只是参照隧道、地铁等工程的施工标准以及各地区的管廊施工标准。但是,各类工程的目标、价值、功能等存在很大差异,为避免盲目参照其他标准与规范,必须单独制定专属地下综合管廊的施工标准。

发现不同承建单位施工的标段,工程质量存在一定差距。因此施工人员要注重专业素质的培训,按照科学的方法进行施工。必须了解地基处理技术,掌握明挖、暗挖中各种地下空间施工方法的工艺与流程,对施工机械使用熟练准确操作。在施工过程中,保证每一道施工的工序都要做到严谨、合格,还要对施工的材料严格把控质量关口,必须严格杜绝偷工减料的行为,坚决不用次等材料施工,从而在原材料的层面对管廊可能出现的病害加以遏制。

3、因地制宜,设置永久沉降监测点

由于全国各地区存在不同的地域特征、水文地质特征、城市建设情况、经济发展情况、文化等各类差异,在各城市进行综合管廊建设时,设计信息、施工要求、管廊运行模式等也不尽相同。因此,要因地制宜,综合考虑各方面因素进行城市综合管廊建设。

同一地区不同土层就具有不同的变形特征,同时受时间、气候等因素的影响,地面沉降现象原因分析就更加困难。为了及时监测综合管廊可能出现的病害,预防工程在运营过程中的突发状况,必须在结构正常时设置永久沉降检测点,如若发现异常,及时进行修补。因此,设置永久沉降检测点对地下综合管廊的日常运营至关重要。

4、坚持实时监测,定期检查管廊

综合管廊工程设有监控中心,并设有远程监控、智能监测(温控及有害气体监测)、自动排水、智能通风、消防监测等智能化管理设施,安全保障了管廊内部的管线设备。为确保综合管廊系统的有效运营,应在管廊顶板、底板、侧壁配置视频监控、火灾报警、计算机网络控制和自动控制四大系统,设置氧气、温度、湿度、甲烷等监测仪表进行实时监测。对管廊体系进行实时监测的同时,应定期安排人员对管廊进行全方位人工检查。

综合管廊作为智慧城市的一份子,必须通过网络对重点区域实行实时监控,使得各种病害信息和数据随时可以调取查阅。针对监测数据必须设定阈值或极值,一旦超过阈值,监测仪器会发出警报,做到早发现、早报告、早治理,防患于未然,为管廊系统的维护、保养提供数据信息,有效确保了综合管廊的运行安全。

5、建立健全病害数据库,提供健康诊断方案

综合管廊系统难免存在不可避免的病害,当其出现时分析其原因,对症下药,因地制宜地采取合适的治理方案和创新治理模式。随着大数据时代的到来,可以利用大数据技术将目前国内外综合管廊所存在的病害信息总结、分析、分类,建立地下综合管廊病害数据库,实行信息化综合管理。可以依照实时监测数据和定期普查数据以管廊病害成因、病害类型、病害位置、病害检测等方式对病害进行类别划分,根据建设目的及工程所处区域地质情况的差异,采取不同的等级分类标准以及分类方式。

各类管廊病害入库之后,经过一定的试验与检测,以及健康监测数据分析,确定病害原因,并提供相应的健康诊断方案。在对既有管廊工程的运营维护时,从病害数据库中提取对应的病害处理方法进行维修加固。管廊病害数据库的建立,为未来管廊建设时期的病害规避提供依照,有效实现管廊工程无隐患交付。

六、结论

经过对地下综合管廊病害的调查研究,对综合管廊可能会出现的病害总结如下:

(1)箱体接头部位发生竖向不均匀沉降;

(2)变形缝处渗漏水,结构自身安全性、耐久性受到影响;

(3)箱体结构发生扭转;

(4)变形缝处混凝土开裂破损。

以上几种病害原因都是相互联系,相互影响的的,并且导致这些病害的原因贯穿于管廊工程的勘察、设计、施工、运行多个阶段。因此,针对未来管廊建设,本文给出对策建议总结如下:

(1)加强地质勘察,准确掌握地质信息,高度重视软基处理;

(2)基于全寿命周期理念,提高管廊工程设计质量;

(3)严格施工标准,确保施工质量(管廊接缝);

(4)设置永久沉降监测点,加强实时状态监测,定期维护管廊,确保运营安全;

(5)建立健全的管廊病害数据库,并提供有效的处置方案。

地下综合管廊不均匀沉降的防治办法

减小管廊结构变形缝设置间距,增强管廊结构纵向刚度。

对于在软土层中使用拉森钢板桩(后面有注解)形式的基坑支护,应在坑底采用水泥搅拌桩连搅形式,可防止软土层因震动作用产生扰动,流入钢板桩缝隙中;

拉森钢板桩形式基坑支护的施工,应严格按照设计要求和施工质量验收规范规定进行施工。并加强基坑支护监测控制,发现问题及时报告,并及时采取处理措施。

对于拔出钢板桩时要做到:分舱、分段跳拔施工。跳拔工艺主要解决拔桩激振位置与管廊变形缝之间的影响问题。跳拔时要对称平衡进行,利用地基土对管廊箱涵简支平衡条件,最好是双机对称跳拔,单机跳拔的效能就会减小。

跳拔钢板桩后应及时注浆,注浆是尽可能弥补拔桩带出泥土后形成的空洞,但必须注意注浆与拔桩的同步性和压力平衡性。施工注浆设备要满足注浆的进度要求,否则注浆的效果将大打折扣。

改变管廊垫层厚度形成钢板桩最底部的刚性支撑:改用钢筋混凝土垫层主要起到基坑底部支撑钢板桩的作用。避免因施工过程中施工支撑不及时、不到位、支撑力度不够、损坏支撑钢板造成的基坑变形、地基隆起、基坑外地面沉降现象。

改变换填褥垫层材料:把缓配砂石材料改为水泥稳定石子(6%的水泥用量)的褥垫层,增强换填材料的胶凝性,使换填材料形成整体。

地下管廊渗漏防治办法

地下综合管廊因施工方法不当而导致出现渗漏,后期的整改、维修都是较困难的,所以将防水做到位,注意细节十分必要,对此整理了六点注意事项,一起来看吧。

1、总体设计要分级

先在图纸设计阶段,须结合地下管廊抗渗等级、结构、形式设置防水,并应做好图纸会审及方案比选,首要考虑因素是防水质量。

2、施工缝处理要严密

(1)若混凝土施工缝留设不当或清理不干净,将导致混凝土渗水。

(2)施工要点为首先按规定位置留设施工缝,在其内加设止水条,且应注意在防水薄弱部位及底板上原则不应留设施工缝;在墙板上留设施工缝,尽量与变形缝一致最好。

(3)应设专人进行施工缝清理,并加以检查,杜绝隐患。

3、混凝土裂缝要杜绝

混凝土裂缝也是导致渗漏的一个常见原因,故须杜绝混凝土结构裂缝,首先在浇筑前须进行抗渗混凝土配制专项试验,确定配合比;还可采用粗、细骨料两级配制混凝土增强抗渗能力;混凝土浇筑完毕后须在12h内进行养护,且在终凝时进行覆盖浇水养护,夏季加强补水,冬季加强保温。

4、预埋处理要详细

预埋件如果处理不到位也可能导致出现渗漏,应注意对预埋件周围的混凝土加强振捣,并加强预埋件固定;穿墙管道须设柔性连接止水套管。

5、防水卷材与涂料要合格

防水涂料施工前须确保基层强度满足要求,表面干净整洁,涂刷时宜先垂直后水平,先细部后整体。待防水涂料固化干燥后即可铺设防水卷材,选用与二者相容的粘结剂,并使用胶粘带及密封材料对接缝进行封闭加强处理。

6、穿墙螺栓要封堵

穿墙螺栓的止水片焊缝不饱满极有可能导致渗漏。支模时,应对穿墙螺栓双面满焊止水片,并进行试水检查;拆模后使用防水水泥砂浆封口。

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