摘要：在不同的地質(zhì)條件下設(shè)計、施工給水管道有著不同的技術(shù)要求。本文介紹了在軟基基礎(chǔ)地基處理的幾種方法以及灰土及砂墊層處理方法。
　　關(guān)鍵詞：軟基基礎(chǔ)；管道施工；地基處理方法
　　
　　
　　隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，采用管道輸送各種介質(zhì)的范圍及領(lǐng)域越來越廣，距離越來越遠(yuǎn)輸送管道的設(shè)計、施工、維護(hù)等有它的特殊性，它和地形、地質(zhì)、輸送的介質(zhì)、管材等有著密切的關(guān)系。在長距離管道安裝中，由于各方面的因素，采用直埋的方法最為普遍，而直埋管道的基礎(chǔ)對不同地基、土質(zhì)也有著不同的要求,在軟基土質(zhì)中敷設(shè)管道，對地基的處理有著特殊的要求。
　　1軟土地基對給水管道的影響
　　一般情況下，市政給水管道安裝在道路的一側(cè)，當(dāng)管線軟基壓縮沉降時，管體上部受覆土及車輛荷載或土體側(cè)向位移的作用而產(chǎn)生縱向彎曲，致使管道失穩(wěn)，在最薄弱處產(chǎn)生破裂而漏水。在給水管道工程實踐中，軟基對其產(chǎn)生的損壞主要有:
　　①在采用橡膠圈密封的承插口處，往往是橡膠圈被擠出；在采用打口方式的承插口處，接口易松脫發(fā)生漏水事故。
　　②造成鋼管在焊接口處斷裂，裂縫一般為環(huán)向，呈中間大兩邊小的形狀。
　　③管道伸縮節(jié)的接頭易被拉裂。
　　④閥門的法蘭被拉裂或皮墊被損壞而造成漏水。
　　⑤在局部有大石塊的管基或管渠交叉處，普通鑄鐵管或UPVC管易斷裂。
　　表1是珠海市2004年一2008年中。因軟土地區(qū)管道地基下沉或土體側(cè)移而引起給水管道漏水事故情況的統(tǒng)計、其中鋼管焊縫開裂造成的漏水事故占了較大的比例。一般，在軟土地區(qū)大部分采用鋼管，其事故幾率亦會相對增加，同時也說明軟基是造成管道漏水事故的主要原因之一。
　　表1給水管道漏水事故情況統(tǒng)計表

                         
　　2影響地基的幾個因素
　　(1)強(qiáng)度及穩(wěn)定性。當(dāng)?shù)鼗�的抗剪�?qiáng)度不足以支撐上部結(jié)構(gòu)的自重及附加荷載時，地基就會產(chǎn)生局部或整體剪切破壞。
　　(2)壓縮及不均勻沉降。當(dāng)?shù)鼗�由于上部結(jié)構(gòu)的自重及附加荷載作用而產(chǎn)生過大的壓縮變形時，特別是超過管道所能允許的不均勻沉降時，則會引起管道過量下沉，接口開裂，影響管道的正常使用。
　　(3)地震造成的地基土震陷以及車輛的振動和爆破等動力荷載可能引起地基土失穩(wěn)。
　　(4)地基滲漏量或水力比降超過允許值時，會發(fā)生水量損失或因潛蝕和管涌而可能導(dǎo)致管道破壞。
　　當(dāng)管道的天然地基存在上述問題時，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)牡鼗�處理措施，以確保管道的安全正常運(yùn)行。在確定管道基礎(chǔ)處理方案時，可根據(jù)工程的具體情況對幾種處理方法進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及施工進(jìn)度等方面的比較。合理的地基處理一定是技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)合理，又能滿足工程進(jìn)度的要求。
　　3軟基基礎(chǔ)的處理方法
　　3.1灰土墊層
　　灰土墊屋常被用于軟基基礎(chǔ)給水管道基礎(chǔ)的處理。一般適用于處理1～4m厚的軟弱土層。管道的基礎(chǔ)是條形基礎(chǔ)，作用于地基上的力也比其它建筑物小，而且是基槽開挖后埋入地下，表面的軟弱土一部分已被去掉，所以在管道施工中常用灰土(或素土)墊層來處理濕陷性地區(qū)的管道基礎(chǔ)，以提高承載力，減少沉降力。灰土墊層是將基礎(chǔ)下面一定范圍內(nèi)的弱土層挖去，用一定體積比配合的灰土在最優(yōu)含水量情況下分層回填夯實或壓實。
　　⑴承載力的確定。經(jīng)過人工壓實(或夯實)的3∶7灰土墊層，當(dāng)壓實系數(shù)控制在0.97及干土重度不小于14.5～15.0kN/m3時，其容許承載力可達(dá)300kPa以上。對于2∶8灰土，當(dāng)壓實系數(shù)控制在0.97及干土重度不小于14.8～15.5kN/m3時，其容許承載力可達(dá)300kPa。
　　⑵灰土墊層材料配比。灰土中石灰用量在一定范圍內(nèi)，其強(qiáng)度隨灰土用量的增大而提高，但當(dāng)超過一定限值后，強(qiáng)度則增加很小，并且有逐漸減小的趨勢。1∶9灰土只能改善土和壓實性能，2∶8和3∶7灰土一般作為最優(yōu)含灰率，但與石灰的等級有關(guān)，通常應(yīng)以CaO+MgO所含總量達(dá)到8％左右為最佳。灰土中土不僅作填料用，而且參與化學(xué)作用，尤其是土中的粘粒或膠粒具有一定活性和膠結(jié)性。含量越多，灰土強(qiáng)度越高，土粒粒徑不得大于15mm。灰土墊層的施工，應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)程進(jìn)行。
　　⑶灰土的質(zhì)量檢驗。一般采用環(huán)刀取樣，測定其干土重度。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可按壓實系數(shù)確定，一般為0.93～0.95。管道基礎(chǔ)壓實系數(shù)一般采用0.95，不得小于0.90。
　　⑷灰土墊層的厚度與濕陷變形的關(guān)系。墊層具有一定的厚度才能使?jié)裣萘孔畲蟮纳喜客翆拥臐裣菪韵�除，并由墊層擴(kuò)散到天然黃土層的附加力減少到某種程度，使浸入后的濕陷量減少。墊層的寬度則以溝槽寬度為依據(jù)，對于孔洞、溝澗、墓穴及其它回填土、淤土地區(qū)，墊層處理范圍要擴(kuò)大。
　　3.2素土墊層
　　素土墊層是先挖去基坑下的部分或全部軟弱土，然后回填素土分層夯實，處理Ⅰ級非自重濕陷性黃土，管徑不大的管道基礎(chǔ)常采用素土墊層。素土墊層的土料一般以粘性土為宜，填土必須在無水的管溝(基坑)中進(jìn)行。夯(壓)實施工時，應(yīng)使土的含水量接近于最佳含水量，填土的夯(壓)實應(yīng)分層進(jìn)行，多層虛鋪的厚度可參照灰土墊層的虛鋪厚度。
　　3.3砂和砂石墊層
　　當(dāng)管道的不透水性基礎(chǔ)與軟土層相接觸時，在荷載的作用下，軟弱土地基中的水被迫從基礎(chǔ)兩側(cè)排出，基底下的軟弱土不易固結(jié)，形成較大的孔隙水壓力，還可能導(dǎo)致由于地基強(qiáng)度降低而產(chǎn)生塑性破壞的危險。砂墊層和砂石墊層材料透水性大，軟弱土層受壓后，墊層可作為良好的排水面，可以使基礎(chǔ)下面的孔隙水壓力迅速消散，加速墊層下軟弱土層的固結(jié)和提高其強(qiáng)度，避免地基土塑性破壞。因此軟基基礎(chǔ)處理也可采用砂和砂石墊層。砂墊層的寬度除應(yīng)滿足應(yīng)力擴(kuò)散的要求外，還要根據(jù)墊層側(cè)面的容許承載力來確定，防止墊層向兩邊擠動。如果墊層寬度不足，側(cè)面土層又比較軟弱時，墊層就有可能部分?jǐn)D入側(cè)面軟弱土中，使基礎(chǔ)沉降增大。砂、砂土墊層的材料宜采用級配良好，質(zhì)地堅硬的粒料，其顆粒的不均勻系數(shù)不小于10。管道基礎(chǔ)砂墊層以中粗砂為好，也可摻加一定數(shù)量的碎卵石。關(guān)于質(zhì)量檢查，用容積不小于200cm3的環(huán)刀壓入墊層土取樣，測定其干土重度，以不小于砂料在中密狀態(tài)時的干土重度數(shù)為合格，如中砂一般為15.5～16kN/m3。
　　3.4強(qiáng)夯法
　　強(qiáng)夯法處理地基具有效果顯著、設(shè)備簡單、施工方便、適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)易行和節(jié)省材料等優(yōu)點。對軟基基礎(chǔ)的加固有較好的效果，在管道施工中，若遇到濕陷性黃土層厚、濕陷性變形大，且管道自重大，對管道安全性要求高的情況下，也可用強(qiáng)夯法來處理基礎(chǔ)。在濕陷性黃土地基土上進(jìn)行強(qiáng)夯，當(dāng)夯擊能為1000～2000kN時，一般可消除夯面下5~8m深內(nèi)黃土底濕陷性，5m深度內(nèi)的土的壓縮模量可提高到150MPa，容許承載力可提高到200kPa以上。
　　4實例
　　廣州、珠海、佛山等地大部分管道需要在回填土或耕植土內(nèi)敷設(shè)，有的需直接敷設(shè)在軟土層內(nèi)。通過上述管道地基處理以及運(yùn)行情況的分析，認(rèn)為對管道軟基的處理視情況的不同可以有以下幾種方法：
　　①管道敷設(shè)在回填土層。若回填的時間較長(一般在三年以上)，則其下臥軟土層經(jīng)預(yù)壓排水固結(jié)后，完成了大部分沉降量，余值已在管道敷設(shè)的允許范圍內(nèi)，若管頂無重荷載(如管位在綠化帶內(nèi))，則管基可不作處理。如金沙洲D(zhuǎn)N1200供水管工程，2001年在回填土上鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管，因基礎(chǔ)較好，因此對管基未作處理，運(yùn)行多年來狀況良好。
　　②管道敷設(shè)在新填路堤上。由于沉降量大，宜用鋼管，并對管基作相應(yīng)處理，即路堤分層填筑并碾壓密實后，再在路堤上開管槽，用換填法做管基。當(dāng)槽底為淤泥時，用塊石壓淤，上用粗砂或石屑找平，分層夯實，處理厚度0.9m(塊石層0.5m，石屑層0.4m)。如江海大道(二期)安裝供水管工程、夏港大道（廣深路—連云路）安裝供水管工程等，這幾年的運(yùn)行狀況都比較良好。
　　③用深層攪拌樁處理軟基。如2003年廣州某DN1800輸水管工程，安裝DN1800預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管，曾采用這種辦法，取得了較好的效果。但這種方法基礎(chǔ)處理費(fèi)用較大、工期長。
　　④與道路基礎(chǔ)同時處理，即適當(dāng)擴(kuò)大處理路基范圍，將管基包括在處理范圍內(nèi)。如珠海大道部分路段和在建的前山沿河路，采用插塑板排水固結(jié)的方法，將管基同時進(jìn)行處理。
　　對管材的選擇：在軟基上安裝管道，須慎用管材，因其關(guān)系到投資和工程質(zhì)量，影響今后的供水安全和維修工作。表2是管道長1km、DN1000，選用不同管材的經(jīng)濟(jì)對比。
　　目前對大口徑的給水管道，普遍使用鋼管和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管。鋼管柔軟性好、機(jī)械強(qiáng)度高，而且單位長度的自重較輕，對軟基的適應(yīng)性較強(qiáng)，管基處理費(fèi)用較低，但材料價格較高。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管單位長度的自重大，抗不均勻沉降性能相對較差，維護(hù)困難，對軟基的適應(yīng)性較差，軟基處理費(fèi)用較大，但材料價格較低。因此，必須結(jié)合地質(zhì)和現(xiàn)場條件進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)和安全比較。如果管道地基為深厚淤泥，若采用鋼管時，管基用石塊壓淤，上覆石粉墊層即可；若采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管，須采用深層攪拌樁，上覆石粉墊層管基。通過比較，使用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管只是使用鋼管造價的85%，因此選擇使用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管。
　　5注意事項
　　管道地基處理不同于其它建筑工程，大部分地基處理方法的加固效果并不是施工結(jié)束后就能全部發(fā)揮，還需要在施工完成后經(jīng)過一段時間
　　
　                                                              　表2選用不同管材的經(jīng)濟(jì)比較
　　                           　　
　　才能逐步體現(xiàn)出來，另一方面，每一線段的地基處理存在它的特殊性，而且地基處理效果大都是隱蔽工程，很難直接檢驗其處理效果。這就要求在地基處理施工過程中和施工完成之后注意下面幾點：
　　⑴在地基處理施工中，只了解如何施工是不夠的，還必須了解所采用處理方法的原理、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量要求。
　　⑵進(jìn)行施工質(zhì)量和處理效果的檢驗，確保工程質(zhì)量。
　　⑶作好監(jiān)測工作，以保證施工的正常進(jìn)行，通過觀察收集數(shù)據(jù)為下一階段的工作提供可靠的依據(jù)。
　　⑷采用可行的檢測手段來檢驗處理效果。
　　⑸通過分析可獲得必要的參考值，可以驗證設(shè)計，必要時進(jìn)行設(shè)計修改，也可通過分析獲得寶貴的經(jīng)驗。
　　總之，在軟土地基上敷設(shè)給水管道必須慎重選用管材和選擇合適的軟基處理方法，使管道工程投資省、工期短、供水安全。
　　
　　
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