软弱地基中给排水管网设计探讨

陈建欣

（厦门水务规划设计研究有限公司，福建 厦门 361000）

由于软土具有压缩性强含水量大等特性，在软土地区往往容易发生地基不均匀沉降而引起管道爆裂、渗漏等事故，因此，在软弱地基给排水管网的设计及施工对地基强度、稳定性及不均匀沉降均有严格的要求。当地基由于上部结构的自重及附加荷载作用而产生过大的压缩变形时，特别是超过管道所能允许的不均匀沉降时，则会引起管道过量下沉，接口开裂，影响管道的正常使用。

1 软弱地区地基设计处理

在敷设雨水管道及给水管道时应合理布置搅拌桩，使搅拌桩位置处于管道基础以下。这样，雨水管道和给水管道均位于复合地基以上，复合地基的承载力足以防止管道过量下沉，但土质含水率较高，碎石垫层和砂垫层材料透水性大，可作为良好的排水面，使基础下面的孔隙水压力迅速扩散，加速垫层下基础的固结。而污水管道处于软弱地基层内.由于搅拌桩之间的淤泥不能承重，将污水管中心线设于与某行搅拌桩中心线重合位置，同时对用作管道基础的搅拌桩顶标高调整在基础底位置。为了使受力均匀分布到桩基上，在管道基础底层设置一层土工布。土工布是由聚丙烯、涤沦等材料制成的无纺布，常用于湿软、沼泽地等基础处理。其特点是机械性能好，抗拉强度大于或等于30MPa，抗弯强度大于或等于40MPa，耐疲劳，弯曲性好。闽南沿海地区工程中地下水往往渗有海水，土工布则电绝缘性能好，化学性能稳定，耐腐蚀.由于搅拌桩与桩之间的淤泥饱含水分，在制作混凝土条形管道基础时，需先铺垫碎石垫层作为透水层。在管道槽底整平后先铺设一道土工布，再将碎石倒入，可防止碎石陷入淤泥，使得下一道工序倒制混凝土基础时，能形成一条完好的碎石垫层，这样，确保了管道基础的质量。

2 加固墩的设计

在软土地区由于地基比较松软，当水流通过承插式接口的弯管、缩管及管堵顶端等时，产生的外推力可能大于接口所能承受的力,为了防止接口产生松动脱节(使管线漏水或产生纵向位移)应在这些部位设置支墩。现代城市各类基础管线基本上都是埋入地基,参与综合的管线种类较多,管线之间的净距很小(仅能满足最小净距要求),这时若设置支墩,势必造成位置不够。对此可通过设置加固墩来解决,即在适当的距离和管道转弯前后处转换一节钢管,在钢管上焊接翼环,利用翼环和混凝土之间的剪力以及加固墩和土壤之间的摩擦力来克服外推力(如图1所示)。弯头及三通等采用钢制管件与钢管焊接,利用钢制管件的良好刚性将外推力转换为翼环和混凝土之间的剪力。为了减小加固墩的体积,采用松木桩来增大土壤摩擦系数(f)。值得一提的是,除了应在转弯和三通等处设置加固墩外,在直线管段也应适当设置加固墩,具体做法是:计算管道的外推力；按照《给水排水工程结构手册》的设计原则计算底面摩擦力(T)；按G=kT/f计算整个加固墩的重量,由于设置了松木桩,取f=0.6,k≥1.5;按所设置加固墩的数量来确定每个加固墩的尺寸。

图1 加固墩的构造

3 穿管井的设计

由于建设用地为回填地,地势平坦,加之降雨强度大，而河底标高又较浅,雨水均为淹没出流,在计算雨水管道时一般倾向于选择较大管径和较小坡度,以避免因出水口标高低于河涌底而产生淤塞。如某地区地坪标高为河基2.3～2.6m,内河涌平均水位在河基1.2m左右,河涌底标高在河基-0.1～0.5m,雨水一般遵循就近排放原则,出水口标高经常略高或低于河涌底标高,需要对河涌进行清淤处理。管线交叉避让时,既要考虑不能让雨水管出水口淤塞,又要考虑由污水管下降(避让大口径雨水管)引起的下游管段施工费用和难度的增加,所以当雨、污管线交叉时,一般采用污水管直接从雨水井中穿过的方式(尤其是当较小管径的污水管与较大管径的雨水管相交时)。穿管井的构造如图2所示。

由于河涌水位较高,雨水管一般为淹没状态,设计时除考虑放大井径外,还要留有一定的沉砂深度,以方便清掏。考虑雨水检查井较大,穿管时污水管一般采用刚度较好、管段较长的玻璃钢夹砂管。

4 合理选用管材

4.1 给水管材

钢筋混凝土管抗压、耐腐蚀性能好,但质量大,对管道基础的要求高,处理不好易导致管道产生不均匀沉降,造成承插口处胶圈的滑脱。因此在车行道和道路交叉口等地方宜选用钢管,接口采用焊接(在爆管时具有维修迅速、方便的优点)。新型HDPE管除在强度上比普通塑料管有所提高外,还具有连接可靠、不泄漏、质量轻等优点,但它对安装技术要求较高。从造价方面来看,钢筋混凝土管较便宜,HDPE管在管径≤DN400时较为经济,DN400以上则造价较球墨铸铁管高,因此一般采用HDPE管、钢管和球墨铸铁管联用,采用原则:当管径>DN400时采用球墨铸铁管,当管径≤DN400时采用给水用HDPE管,在过路、过桥或地基软弱的地方则采用钢管。

图2 穿管井的构筑

4.2 排水管材

塑料排水管内壁光滑、水力性能好、接口不渗漏,但工程造价较高。考虑到雨水一般就近排放,其管道埋深不大,而管径却往往较大,习惯上对雨水管道仍选用钢筋混凝土管。由于地基差、淤泥上涌的情况多,在施工中采用较重的钢筋混凝土管和混凝土基础对防止管道上拱也有一定帮助；污水管的埋深一般较大,在工期短和软基的情况下,若采用常规的混凝土排水管则常常会由于沉降不均匀而拉裂污水管,此时可采用电熔或热熔连接的HDPE管,以保证接口不渗漏。在需要进行顶管施工时,则采用顶管专用钢筋混凝土管并进行相应的管基处理。

5 管基处理

5.1 给水管道基础

给水管的埋深较浅(覆土厚度一般在1m以内),当人行道和非机动车道与机动车道同步建设时,管基范围内为人工填土和冲填砂层,土质虽松散,但较均匀,采用普通的砂垫层基础即可,地基稍软弱的地方则需进行换土回填或采用混凝土基础 (见图3)。一般地段管道垫层厚度为100mm,垫层料为粗砂,管槽基坑按设计标高准确开挖,如超挖则应采用均填粗砂处理;如遇基坑为淤泥和虚土时则应挖除淤泥及虚土,并回填厚度为0.3m的粗砂

图3 砂基础和混凝土基础

当遇到人行道和非机动车道建设比机动车道建设推迟的情况时,管线会经过一些未堆填的地块(往往是鱼塘)或淤泥层,这时则要根据现场的情况采取一定的基础处理措施,如打松木桩再换土回填等(如图4所示)。过河沉管段的管底标高以下50cm左右则需用大片石抛填,并以碎石和砂找平。

图4 基础处理

5.2 排水管道基础

5.2.1 雨水管道

当直径≥1000mm时应在基础底标高面再往下挖弃50～80cm厚软土,然后回填石渣作管道基础,换土宽度为基础两边各加50cm；当直径<1000mm时应在基础底标高面再往下挖弃30～50cm厚软土,然后回填石渣作管道基础,换土宽度为基础两边各加30cm。

5.2.2 污水管道

在一般土质情况下采用300 mm厚中粗砂作基础,其宽度与沟槽同宽。当遇到土质差的情况时,应在基础底标高面再往下挖弃50cm厚软土,回填石渣后用不小于10cm厚的粗砂找平,换土宽度为基础两边各加30cm。对于目前的道路建设而言,甲方所给的工期都很短,施工单位为了赶工期,常在管道上方填土厚度不够30cm时，使用压路机压实路基。另外,软基处理的效果对管道沉降的影响较大,以往普遍使用的袋装砂井排水固结法、静压排水固结法和深层搅拌桩胶结法等,在实际中均因施工工期短而不能满足预压期要求,路基施工后的沉降较大。为了应对这种情况,有时会将管线标高预抬高20～40cm,待管线沉降稳定后再施工路面。

6 结束语

综上所述,市政给排水管道一般是顺路敷设，当道路基础遇软弱地基时，都要对地基进行加固处理。在敷设管道时应充分利用道路对地基的处理成果，根据管道的埋深、输送的介质、工作压力及承受压力、管径以及工程造价、工程进度等几个方面具体情况具体分析；并结合管道的具体平面、纵向位置，适当调整该处的道路基础，以满足管道安装所需条件。当给排水管道穿越软弱土地区时，除进行适当的地基处理外，还应采用柔性管道接口，以增强其变形能力。管道的全线柔性连接，是构成优良管道结构的首要条件，这样，各种外力作用下管节产生的纵向弯距才能为其最低值，管道才能处于稳定的静态工作条件正常输送运行；利用土工布以及碎石、砂做管道基础的垫层，作为防水、排水面；管材应选用防腐性能好的产品，并对回填土进行严格控制，满足设计要求。

[1]牛建平.不良地质条件下管道基础处理与施工[J].给水排水，2001.08.

[2]王明杰.灰口铸铁给水管道频数破裂漏水的探析[J].给水排水，2001.11.