南沙岛地区软基管道施工技术

彭治斌

摘要：软土地基管道施工时地基必须做特殊处理。本文以某南沙岛某工程水泥搅拌桩基础管道的施工实践，探讨软基基础市政管道基础的处理与施工方法。

关键词：软土地基;管道施工;开挖

1.工程概况

某开发区工程位于广州番禺南沙地区，开发区内需按工艺要求敷设DN50～DN800的各类雨水、污水及工艺管道。其所在场地的原始地貌为海积阶地，下卧有较厚的软弱淤泥层，其含水量高达95%，空隙比平均为1.8，饱和度为99%。拟建场地内钻孔孔口高程介于1.31～1.99m之间（国家85高程），场地平缓。勘探区地层坡度变化不大，覆盖层普遍较厚，主要为第4纪海相沉积的软弱土、冲洪积形成的角砾混砾砂层为主。

2.管道基础的处理方案

2.1 管道基础的处理原则

满足工艺设计的要求，遵循结构安全可靠、经济合理、技术先进、坚固耐久、施工简便的设计原则，达到提高地基承载力、减少地基沉降的目的。

2.2 管道布置

开发区内目前整平标高1.50m左右，建成后的设计地面标高3.00m，须回填土石方约1.50m厚。为保证厂区内部正常生活，拟需敷设雨水、污水、消防及厂内工艺管等各类用途的管道，管径在DN50～DN400之间，雨、污水管道均采用UPVC 塑料管材。开发区内工艺管道连接各水处理构筑物，对保证处理流程的正常运行起到非常重要的作用，管道直径分为DN600、DN700、DN800、3种，总长约650m，管道内底设计标高在1.00～1.60m。

2.3 管道基础的处理方案

1）换填垫层法。换填垫层法是适用于软弱地基的一种地基处理方法，它具有施工工艺成熟、方法简便快捷的特点，换填的材料可采用砂石混合料或粉煤灰、EPS 板等轻质材料。施工时可根据事先确定的换填垫层厚度挖除相应厚度的软土，分层回填换填材料并逐层压实，换填材料的压实度在0.96左右。

但对于本工程来说，由于淤泥质粉质黏土软基厚度达30m左右，不可能全部换填，如仅采用垫层法换填局部厚度的土层，不能有效解决由于深层土质软弱而造成的地基变形量大对构筑物的影响。同时，随着换填厚度的增加，开挖及换填的工程量也随之增加，换填材料的取材也不容易得到保证，而且低渗透性土、高含水率土层中基坑降、排水也是一个很大的问题。所以对于本工程而言，换填垫层法并不是一种合理的选择。事实上，换填垫层法一般只适用于处理深度≤3 m 的软弱土层。

2）堆载预压结合排水固结法。预压法同样适用于软弱土地基处理。在土建施工前，用与设计荷载相当或略大的预压荷载堆压在天然地基上，使地基软土得到压缩固结以提高强度，减少工后沉降，待地基承载力及变形达到设计要求后，将预压荷载拆除。在软基处理中，当软土层厚度>4m时，堆载预压通常与排水固结结合运用，将塑料排水板用插板机插入被加固的软土中，使土中的饱和空隙水经由塑料排水板通道加速溢出，经砂石垫层排除，能够加速土体固结，提高地基承载能力的作用。

砂石垫层厚度为50cm 左右，粒径范围控制在20～80mm，黏粒含量<5%，干密度>1.5 g/cm，渗透系数>10-2cm/s。铺设范围要求超出塑料排水板施工边线1 m。常用的塑料排水板材质为HDPE，根据规格不同，可打入软基深度从10 ～35m 不等。

堆载预压结合排水固结法主要适用于大面积堆载场地的地基处理。本工程中各水处理构筑物均已采用PC 预制管桩的桩基础，无须进行地基处理，而管基线型呈条状布置，仅对管基下土层作堆载预压不但无法达到预期效果，而且工程进度也无法得到保证（排水固结时间较长，一般需9 ～ 12个月），所以也不适宜在本工程中应用。

3）水泥土搅拌桩法。经综合考虑，本工程管基处理采用水泥土搅拌桩法，水泥土搅拌桩法是化学加固法的一种，水泥土搅拌桩法是利用水泥作为固化剂通过特制的搅拌设备，就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土桩体，并与桩周的土体形成复合地基。它可以增加地基承载力、压缩模量和抗剪力，并承担外部较大的荷载，而且其土体加固以后的重度基本不变，对软弱下卧层不至产生附加沉降。

水泥土搅拌桩法具有施工速度快、加固深度大、效果好等特点，且复合地基的工作性状好。目前较多地用于建构筑物的地基处理工程，尤其是工期紧迫，要求限期完工的工程。固化剂采用水泥浆液和干水泥粉，因此有湿法和干法之分，两者在对桩间土作用的差别、单桩承载力、添加剂掺入的难易程度及环境污染等方面均有一定的不同。本工程在充分调研的基础上，确定采用水泥土搅拌桩湿法进行施工。经过计算，本工程管道基础处理采用双头700水泥土搅拌桩，水泥掺量13%，设计桩长12m，为纯摩擦桩，条形管基下的桩中心距为2m，根据桩侧摩阻力得出单桩允许承载力为200kN，复合地基的面积置换率为25%，复合地基承载力为100kPa，搅拌桩压缩变形量为17.2mm。

在构造措施上，在搅拌桩顶预先铺设一层透水土工布，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，如抗拉强度≥30MPa，抗弯强度≥40MPa，耐疲劳，弯曲性好。本工程中地下水往往渗有海水，土工布的电绝缘性能好，化学性能稳定，耐腐蚀。土工布在紫外线照射下极易受损，在运输和堆放过程中要注意防晒。施工时，应边铺土工布边倒碎石，避免让土工布暴露在阳光下。由于搅拌桩与桩之间的淤泥饱含水分，在土工布上铺设0.2 m 厚礫石砂垫层，可防止碎石陷入淤泥，砾石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，确保了管道基础的施工质量。垫层要求一次铺设完毕，均匀摊铺整平。

图1.水泥搅拌桩施工流程

3.附属构筑物基础的处理方案

对于开发区内数量众多的计量井、检查井、电缆沟等附属构筑物，尽量采用现浇结构，避免由于采用砖砌筑结构易出现的缝隙间砂浆不密实，造成下沉、位移、渗漏等质量问题，同时对基础作水泥土搅拌桩的加固处理，根据各构筑物的大小、埋深的不同进行桩位的布置，从4桩基础到7桩基础不等。构筑物与管道接口均采用带防水套管的柔性接头，以均衡构筑物与管道间的沉降差。

对于检查井与管道接头的处理一直是控制不均匀沉降的关键，除了采用常规的柔性接头措施外，设计考虑将检查井底板外挑适当加宽的办法（一般加宽至0.8m左右），将两者之间的连接由点支承转化成面支承，充分协调两者间的变形，达到控制不均匀沉降的目的。

对于部分紧靠大型构筑物的小口径管道或一些电缆手井等，遇到水泥土搅拌桩桩机占地较大而无法施工的问题，设计结合当地情况，采用短松木桩的群桩地基处理方案，木桩长一般为4～5m，平均直径≤150mm。间距为0.5～0.7m，梅花形布置，桩头之间用块石挤入卡严，块石厚度为0.3～0.5m，挤密度要比基础边宽出0.3～0.5m。木桩制作去皮去枝，桩长一般比设计深度长0.2～0.5 m，以便截桩，截桩后在挤密块石上铺设0.3m 厚砾石砂垫层，然后进行管道敷设或窨井制作。

4.结语

软土地基处理的方法很多，设计中应根据建、构筑物的具体情况及周边环境，选择适当的基础形式和接口类型，对地基土进行加固处理，在施工过程中应对各个环节实行有效的质量控制。总之，设计中的所有方案、措施的目标就是要控制沉降，特别是不均匀沉降，从而最终保证整个管道工程的质量。

参考文献：

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[2]陈海波.软弱地基管道基础的处理与施工[J].建材与装饰（下旬刊），2008，（04）.

[3]陈莞尔.软弱地基加固方法的合理选择[J].建筑工人，2005，（02）.