软土地基地下混凝土管道基础沉降问题及控制措施

柯毓娴

（上海建科工程项目管理公司， 上海 200032）

本工程管线为大型娱乐项目基础设施的雨污水系统和动力管线等。全部管道基本在同一平面的不同标高。其中雨污水管道位于最低层，管道最深处标高约在－4 m。根据地勘报告，本工程属淤泥质粉质黏土和黏质粉土夹淤泥质粉质黏土。本项目的自然标高约为 4.5 m，即开挖深度约为 8.5 m；雨污水管道及雨污水检查井均采用工厂预制的钢筋混凝土管和井。雨水管道外径为φ2 030、内径为φ1 650 等。

由于本工程管道基坑开挖大多位于上海典型淤泥质粉质黏土土层，土层土质不均，平均厚度在 3.23 m 左右，流塑状态。因此，软土区域管道施工沉降不可避免。根据以往上海地区市政施工经验，管道沉降基本在 10 cm～30 cm 的范围内。要保证工程的使用功能不受影响，关键是除了要控制管道、管道与井的不均匀沉降外，还要注意管道的流水方向，避免坡度变反形成倒泛水。

1 实际施工中管道差异沉降情况

按施工图纸完成管道敷设并验收通过的雨水管道，经第三方监测，多处发生管道与检查井接口出现开裂。经分析，导致开裂的原因是由于管道与检查井间的差异沉降所致。

为查明上述接口的变形和开裂原因，业主委托第三方，对雨水井 DMH#J22 和 DMH#J23 之间的布点观测，采集沉降数据。根据第三方观测数据，观测点 W7 累计沉降 163 mm；W6 和 W7 之间 5.8 m 的距离，差异沉降达 60 mm(1∶97)。根据观测结果显示，最大的差异沉降靠近检查井口。

2 地基承载力验算

2.1 主要计算参数

预制混凝土排水管外径 2.03 m；预制混凝土排水管内径；钢筋混凝土管壁厚 0.19 m；钢筋混凝土管壁厚 0.19 m；混凝土排水管底埋深 8.5 m；混凝土排水管内水充盈率 80%；条形基础厚度 0.2 m；地下水位埋深 1.0 m；淤泥质粉质黏土地基承载力特征值 55 kPa；土的自重；18 kN/m3；钢筋混凝土自重 26 kN/m3；地面堆积荷载 Q2 为 10 kN/m2；地面人群载荷Q3 为 3.5 kN/m2。

2.2 荷载值计算

预制钢筋混凝土管自重：N1=3.14×(1.0152－0.8252)×26=28.5 kN/m

管沟回填土自重：N2=18×1×2.8+8×(7.5×2.8－3.14×1.0152)=192.52 kN/m

钢筋混凝土基础自重：N3=2.8×0.2×26=14 kN/m

钢筋混凝土管内水重(按充盈率 80% 计算)：Q3=3.14×0.825×80%×10=17.1 kN/m

基底平均压力：S标准=N1+N2+N3+Q1+0.7×(Q2+Q3)=(28.5+192.52+14+17.1)/2.8+0.7×(10+3.5)=99.5 kPa

土平均重度：γm=((1×18)+(7.7×8))/8.7=9.15 kN/m3

修正后的地基承载力特征值：Fα=Fαk+ηd×γm×(d－0.5)=55+1×9.15×(8.7－0.5)=130.03 kPa

地基承载力验算：Pk=S标准=99.5 kPa＜Fα=130.03 kPa，满足。

3 管道下土体沉降问题

3.1 坑底土体回弹变形

沟槽(基坑)开挖后，坑底土体存在回弹现象。一般每挖深 1 m，回弹量就至少有 10 mm；开挖约 8 m 深度，回弹量一般有 100 mm。具体回弹多少与开挖宽度和围护桩插入深度有关。管道施工完成后的土方回填，回弹的坑底土方受压产生压缩变形。面积越大回弹压缩越大；回弹压缩变形一般在10% 左右。

3.2 沟槽(基坑)围护形式影响沉降量

拉森桩、型钢等围护形式拔出时对土体扰动大。拔出速度越快、拔桩越早，沉降值及速率越大。本工程沟槽(基坑)开挖面基本处于第③层灰色淤泥质粉质黏土层中。该层土为第四纪 Q42、滨海～浅海相沉积物，呈饱和、流塑状，高等压缩性，其中 5 m～8 m 的深度段，分布有第③夹层灰色黏质粉土夹淤泥质粉质黏土。而 GC-3a 标大量管道和雨水存蓄河道、箱涵及蓄水池开挖深度在 5 m～8 m，土体受扰动后灵敏性更高，更易产生土体变形沉降。扰动的土体一般要 6～9 个月才能减少徐变。

3.3 后期变形

经过真空预压+PVD 塑料排水板处理过的场地，尤其是处理时间不长、土体未充分沉降的场地，遗留的塑料排水板与设计采用 GJBT—975《市政排水管道工程及附属设施》中的砾石砂基础形成了一个排水通道，导致沟槽(基坑)回填后，坑底土体中的水通过这个通道排到管道沟槽或基坑内，使得坑底土体前期沉降变大。

4 建议与措施

(1)根据前期沉降的规律预计后期沉降值，并考虑采用对土体扰动小的沟槽(基坑)围护方案，采取降低土体隆起的坑底加固措施。对采用 GJBT 975《市政排水管道工程及附属设施》管道基础方案的柔性基础，不利于控制差异沉降，不便于封闭坑底，容易与塑料排水板形成排水通道，将地下水引入坑内，而且容易产生检查井与管道间的不均匀沉降。如果采用 PSAR—D—01—1992《上海市排水管道通用图》(第一册)即刚性的基础，虽然荷载增大，绝对沉降变大了，但是差异沉降会减少，有利于满足使用功能。

(2)上海每年的地面自然沉降为 10 mm～20 mm，单纯控制绝对沉降是无意义的。现场的开挖、回填和插拔钢板桩等对土体的扰动，加剧了土体的沉降。为保证管道的使用功能不受影响，控制不均匀沉降是关键。

(3)砾石砂和黄砂基础与真空降水预压遗留的塑料排水板形成的新的排水通道，不但加速了坑底软弱土层的短期沉降，还扩大了远期总的沉降值。这样既不利于降低管道的整体沉降，也不利于控制管道的差异沉降。

(4)如果要减少土体的总体沉降值，可以采取 SMW 工法沟槽(基坑)围护、坑底打木桩/小方桩、钢筋混凝土基础、在围护型钢拔出后形成的孔洞内灌注浓稠水泥浆等措施。

(5)根据经验，可以进行一定的抛高，尽量减少差异沉降和接近设计标高。

参照文献：

[1]GB 50007—2011,建筑地基基础设计规范[S].

[2]DGJ 108—11—2010,地基基础设计规范[S].

[3]DG/TJ 08—40—2010,地基处理技术规范[S].

[4]DBJ 08—220—1996,市政排水管道工程施工及验收规程[S].

[5]PSAR—D—01—1992,上海市排水管道通用图》(第一册)[S].