软弱土质地区污水管道基础的处理方法有哪些呢

摘要：本文对软弱土质条件介绍了几种常用的管道地基处理方法，并结合工程实例，对管道地基处理方法的适用条件进行了分析讨论。 

关键词：软弱土质；排水管道；地基处理

Abstract: in this paper, the weak soil condition of this paper introduces some common ground treatment of pipeline, and combined with practical engineering, the foundation treatment method of the pipeline suitable conditions are discussed.

Keywords: weak soil; Drainage pipe; Foundation treatment

中图分类号：S276    文献标识码：A     文章编号：

0、前言

　　　市政排水管网是城市发展的血脉，是市政基础配套设施的重要组成部分，城市污水收集率的稳定性及雨水排放的可靠性是城市发展的百年大计，管道的基础处理作为城市排水系统正常运转的保障性因素，措施是否得当将关乎到系统的使用效果和运行寿命。本文针对管道基础介绍了工程中几种常见的软弱地基特征及其相应的处理方法，并结合具体工程实例，因地制宜、有的放矢的将理论知识应用到工程实践中。

1、管道地基处理技术

1.1、管道地基处理对象

　　　管道地基处理的对象主要为软弱地基和特殊土地基，本文主要介绍软弱地基的处理。软弱地基包括软土、冲填土、杂填土、饱和松散粉细砂，具体特征如下：

　　　1、软土：包括淤泥、淤泥质土，在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物和化学作用形成。其主要成分由细粒土组成，具有孔隙比大（大于1.0）、天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高（压缩系数＞0.5Mpa-1）和强度低等特点。

　　　2、冲积土：整治和疏浚江河航道时，用挖泥船将夹杂大量水分的泥砂吹到江河两岸而形成的沉积土，又称吹填土。冲积土是否要处理和采取何种处理方法，取决于冲积土的颗粒组成、土层厚度和排水条件。对于粗粒的碎石土、砂土，是良好的天然地基；而对于压缩性高的粘土，一般都需要处理地基。

　　　3、杂填土：由人类活动而任意堆积的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾。其组成物质较为杂乱，分布不均匀，结构松散，具有强度低、压缩性高和均匀性差等特点。

　　　4、饱和松散粉细砂：由于密实度小，容易在动力荷载作用下产生液化现象，并容易在动水压力作用下产生管涌和流砂现象。

　　　综上所述，软弱土具有承载力低、压缩性大和触变性较为明显等特点，采用软弱地基处理措施可以有效的提高地基抗剪切强度、降低地基的压缩性、改善地基的特性和动力特性。

1.2、软弱地基管道存在的问题

　　　在软弱土地区实施排水管道发生事故的主要致因是地基的不均匀沉降，因此，管道实施过程中，地基强度、稳定性和不均匀沉降均应采取对策，并遵循极为严格的要求。工程实施过程中常遇到的问题主要有以下几点：

　　　1、强度及稳定性。当地基的抗剪强度不足以支撑上部结构的自重及附加荷载时，地基就会产生局部或整体剪切破坏。 

　　　 2、压缩及不均匀沉降。当地基由于上部结构的自重及附加荷载而产生过大的压缩变形时，特别是超过管道允许的不均匀沉降，则会引起管道过量下沉，接口开裂，影响管道的正常使用。

　　　3、地震造成的地基土的震陷以及车辆的振动、爆破等外力荷载可能引起地基土的失稳。

　　　4、地基渗漏量或水力比降超过容许值时，会发生水量损失或潜蚀管涌，从而可能造成管道破坏。

1.3、管道地基的处理方法

　　　软土管道地基处理方法有很多，常用的方法有：换填法、强夯法、砂石桩法、水泥土搅拌桩、高压旋喷桩等，各种处理方法都有它的使用范围、局限性和优缺点。

　　　1、换填法

　　　当软弱地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求时，而软弱土层的厚度有限时可将基础底面以下的土层部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、灰土素土、高炉干渣、粉煤灰）或其它性能稳定，无侵蚀性的材料，并压（夯、振）实至要求的密实度为止，这种方法称为换填法。换填法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理，换填垫层的厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3.0m。换填垫层厚度太薄则垫层的作用不明显，厚度太大则坑壁占地面积大或需要基坑支护，以及施工土方量大，弃土多，常使工程处理费用增高，工期延长，对环境的影响增大。

　　　2、强夯法

　　　这种方法是反复将很重的锤提到一定高度使其自由落下，给地基以冲击和振动能量，从而提高地基的强度和地基的压缩性，改善地基性能。强夯法使用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土和粘性土、湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基，均能取得较好的效果。对于饱和度较高的粘性土，强夯法处理效果不明显，尤其对于淤泥和淤泥质土，处理效果更差，要慎重选用。

　　　3、砂石桩法

　　　 碎石桩、砂桩砂石桩总称为砂石桩，是指采用振动、冲击或水冲等方法在软弱地基中成孔后，再将砂或碎石挤压入已成的孔中，形成大直径的砂石所构成的密实桩体。砂石桩法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基。饱和粘土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用砂石桩置换处理，砂石桩法也可用于处理可液化地基。砂石桩属于散体材料桩，无胶结强度，其刚度介于土和柔性桩之间，能承受和传递压力，不能承受拉力。并且在围限条件下成桩。

　　　4、水泥土搅拌桩法

　　　水泥土搅拌法是利用水泥（或石灰等材料）作为固化剂（浆体或分体）强制搅拌，使土体硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固体，从而提高地基的强度和增大变形模量。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。

　　　水泥土搅拌桩法加固软土地基有其独特的优点：（1）最大限度的利用了原土；（2）搅拌是无振动、无噪音和无污染，可在密集的建筑群中施工，对原有建筑物和地下管沟影响很小；（3）可根据上部结构的需要，灵活的采用柱状、壁状、格栅状等加固形式；（4）与钢筋混凝土桩相比，可节约材料并降低造价。

　　　5、高压喷射注浆法

　　　高压喷射注浆，先利用钻机把带有喷嘴的注浆管，钻入土层的预定位置，然后将浆或水以高压流的方式从喷嘴中喷出，冲击破坏土体，高压流切割、搅拌的土层，显颗粒状分散，一部分被浆液和水带出钻孔，另一部分与水搅拌混合，随着浆液的凝固，形成具有一定强度和抗渗性能的固结体。高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑粘性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。

　　　高压喷射注浆法具有加固体强度高、加固质量均匀、加固体形状可控的特点，而且，高压喷射注浆法全套设备紧凑、体积小、机动性强，占地少，能在狭窄和低矮的空间施工，已成为国内工程界普遍接受的、多用途、高效的地基处理方法。但高压喷射注浆法工程费用较高。

2、工程实例

　　　2.1、工程概况

　　　佛山某污水收集系统（三期）工程污水管道总长42.84公里，管道埋深为2.5m~8.0m，管道施工的方式分为顶管和开槽埋管，顶管段污水管管径为Φ800~Φ1200；采用Ⅲ级钢筋混凝土管；开挖段污水管管径为Φ400~Φ800；采用HDPE缠绕增强管。

　　　2.2、地质条件

　　　该工程管网沿线之地基由①人工填土层（Qml）、②第四系海陆交互相冲淤积层（Qmc）、③第四系残积层（Qel）、④下第三系始新统宝月组、布心组风化基岩（E2by、E2b）等组成。第四系冲积层厚度变化较大，主要由粉质粘土（粉土）、淤泥（淤泥质土）、粉细砂及中粗砂等组成，土层种类较复杂，层位不稳定，沿线大多软土发育。其中不良土层主要为人工填土层和淤泥质土层，具体如下：

　　　 ①素填土、杂填土：普遍分布在现有道路及周边地表。厚度0.50～4.80m, 层顶埋深1.11～4.75m。土层呈灰黄色、紫红色、黄褐色、浅灰色等，颜色较杂，道路上填土主要由中粗砂、碎石、建筑垃圾、石粉等组成，已分层压实，顶部有20～30cm混凝土路面；其它地段的填土主要由褐色、土黄色粉质粘土、粉细砂等组成，稍压实或完成自重固结，局部松散，以素填土为主。局部地段含较多生活垃圾、建筑垃圾等物，为杂填土。土层结构不均匀，工程地质条件差。

　　　 ②2 淤泥、淤泥质土：沿线分布普遍较连续，共有310个钻孔揭露该层。以淤泥、淤泥质土为主，局部为含淤泥粉砂夹层。为管网沿线浅层主要软土层，具有承载力低、高压缩性、高灵敏度、抗剪能力差等特点。由于属海陆交互相沉积环境，粉砂夹层厚度大，局部厚度差异性较大。厚度0.50～13.60m，层顶高程2.40～-3.03m，层顶深度0.60～6.20m。土层呈灰黑色、灰色、深灰色等，流塑，含粉砂、贝壳、碎石等杂物,局部为淤泥质土与粉砂互层，含腐植质，味臭。

　　　2.3、地基处理措施

　　　（1）换填垫层法：开槽埋管，检查井、特殊井基础落于①素填土层或②2淤泥质土层（该两层均为不良土层）上，若基础底下不良土层厚度≤2m时，应采用换填处理，若不良土层＞2时m，管径≤600mm的开槽埋管，可以先挖除部分不良土层后采用抛石挤淤，最后2m采用换填。具体技术要求如下：

　　　1）土方回填前应清除坑底的垃圾、树根等杂物，抽除坑穴积水、淤泥。

　　　2）采用 1:1粗砂碎石换填，并分层夯实，换填范围为基础外各 500（管道基础按沟槽宽度）

　　　3）换填土由下而上分层铺填碾压（振）实，每层层厚可取200~300mm，压实系数95%。

　　　4）施工过程中，必须做好基坑排水，必要时应采取降低地下水位措施，振实时应保证水源补给与排水畅通。

　　　5）分层碾压的遍数应根据所选用的压实设备，并通过试验确定。

　　　6）素填土层或淤泥质土层处理后复合地基承载力特征值≥80kPa。

    （2）水泥土搅拌（高压喷射注浆）法：当管径≥800mm开槽埋管、检查井、特殊井基础落于不良土层且基础底下不良土层厚度＞2m，或顶管遇到不良土层时，可以采用Φ500搅拌桩加固土体。如遇到实际场地情况有限无法满足设备工作要求时，可考虑采用Φ500旋喷桩加固土体。技术要求如下：

　　　1）搅拌桩（旋喷桩）桩径为Φ500mm, 有效桩长以管内底（停浆面以下300）计,停浆面以上部分空搅；桩端进入粉质粘土或砂层 1m, 且有效桩长不大于 6m。

　　　2）搅拌桩采用四搅四喷喷浆法进行度施工，水泥强度等级为42.5，渗入比为15%，水灰比为 0.45~0.55,搅拌提升速≤0.8m/min，垂直度偏差不超过 1%，桩位偏差不大于 50,成孔直径和桩长不得小于设计值。

　　　3）旋喷桩水泥浆体采用42.5R普通硅酸盐水泥，渗入比为25%，水灰比为1.0。水泥搅拌桩施工提拔速度不大于0.2m/min，垂直度偏差不超过 1%，桩位偏差不大于 50mm。成孔直径和桩长不得小于设计值。

　　　4）在搅拌桩（旋喷桩）加固的地基上开挖基坑时，桩顶以上 300mm内的土应采用人工开挖。

　　　2.4工程总结

　　　由于排水管线较长，工程地质条件千变万化，需对每一具体线段采取合理的地基处理方法。本工程综合采用换填垫层法、水泥土搅拌法和高压喷射注浆法对地基进行处理。对于软弱土层≤2m的地基采用换填垫层法进行处理，对于软弱土层＞2m的地基，根据管径大小分别采用抛石+换填垫层法和水泥土搅拌（高压喷射注浆）法。水泥土搅拌法和高压喷射注浆法的选择根据施工场地要求来定，优先选择水泥土搅拌法，当施工场地无法满足搅拌桩设备工作要求时，选择高压喷射注浆法。本工程合理利用各种方法的优缺点，达到了管线地基处理既安全可靠、施工方便又经济合理。

3、小结

　　　管道地基处理方法各有千秋，实际工程中应根据现场情况合理选择，解决相应的问题。在地基处理方法的选择时，应注意以下几点：

　　　1、选择地基处理方法时还考虑排水管道的管材、管径的大小。塑料管与混凝土管相比，对地基的不均匀沉降适应性更强；相同材质的排水管，管径越小，对地基承载力的要求越低。

　　　2、地基处理方法的选择还应考虑施工的场地和设备工作空间的要求。