市政排水管道软基处理中常用的处理方法

2018-04-09杨子路

建材与装饰 2018年11期

杨子路

（广州市市政工程设计研究总院　广东广州　510060）

1　前言

近年随城区面积的不断扩大，市政道路路网和排水管渠也跟着不断向外扩张，许多市政排水管网和排水渠道无可避免会在不良地质（如软土或泥沼）的地段进行建设，其中淤泥质土是南方地区经常碰到的一种不良地基。

软土具有强度较低、压缩性较高和透水性很小等特性，若不加以处理，淤泥、淤泥质土等软土地基会对路基和排水管道基础产生变形、沉降等危害。为防止这些危害，需对软土路基进行加固处理。不良地基处理是为了要提高不良地基强度，保证地基的稳定，并降低软土的压缩性，且减少基础不均匀沉降，确保地基承载力达到设计要求的参数。

一般情况下，当遇到软弱土质时，排水管道的地基由道路软基处理时一并考虑，而排水管道在道路路基填土按道路设计要求进行处理，经检验达到设计要求稳定性后，才开挖排水管管槽的。如道路软基不做处理时，排水管道则需进行独立处理，使处理后管道基础承载力不小于100kPa。

目前排水管道基础处理方法众多，按其处理效果及原理大致分为换填法、排水固结法、拌入法、挤密法和振密法、灌浆法、及其它等类型，在排水工程实践中，笔者应用于排水管道软基处理最多的是置换法和拌入法。

本文介绍了排水工程软基处理中常见的软基处理方法，并阐述了各自的适用范围、应用注意事项等。

2　置换法

2.1　适用范围

置换法，又称换填法，适用于包括淤泥质土、素填土、杂填土地基及湿陷性黄土等浅层软弱地基及不均匀地基的处理。

该方法是将管道基础下一定深度的不良土层挖去，然后回填上强度较大的碎石砂、石屑或石粉等，并且分层夯实并达到设计要求的密实度，作为管道基础的持力层。当饱和软土上换填砂垫层等优质土层时，其具有提高地基承载力，减小沉降量，和加速软土排水固结，防止冻胀，和加速软土排水固结等作用。

换填法适于浅层地基处理，从经济合理考虑，垫层厚度宜控制在3m内较为经济合理，过厚（＞3m）对基坑开挖要求高，造价较大，并且施工较困难，太过薄（＜0.5m），则换填垫层作用效果不显著。

实践表明，在合适条件下，换填垫层法能有效解决排水工程的管道地基处理的问题。本方法优点是：可以就地取材，不需特殊机械设备，施工方便，既可以缩短施工工期，又可以降低造价，其在设计中应用较为普遍。

2.2　置换法的加固原理

置换法的主要加固原理如下。

（1）置换作用：将管道基础以下的不良地基部分或者全部挖出，换填为较密实材料，提高管道地基承载力，并增强管道地基的稳定性。

（2）应力扩散：管道基础底面下一定厚度的优质土垫层的应力扩散作用，可减小垫层下天然土层所受到的压力与附加压力，从而减少管道基础沉降，并使下卧土层满足管道承载力要求。

（3）加速固结：用透水性大的材料作垫层时，不良地基土中的水分可以部分排除，加速软土的固结，减小管道施工完成后的工后沉降。

（4）防止冻胀：由于管道垫层材料为不冻胀材料，采用换填管道下垫层对管道基础面以下可冻胀土层置换后，可以防止土的冻胀作用。

2.3　工程实例

番禺区大龙街富怡路（番禺大道至金龙路）项目雨污配套排水工程改造工程勘察设计。新建污水管道有DN500～DN600，埋深3.215～7.939m，采用明挖施工；新建雨水管道d500～d2000，采用明挖施工。

根据现场开挖面观察和《番禺区大龙街富怡路（番禺大道至金龙路）改造工程（K0+000～K1+400）岩土工程详细勘察报告》资料显示，道路路床以下2.8～3m范围为人工填土及淤泥质土属软弱土，承载力很低，不能作为道路路基和排水管道基础持力层使用，需要进行换填。

处理方法如下：首先将管道基础以下的不良土层全部挖出；然后分层换填上较密实材料（70%碎石和30%砂的碎石砂）并进行压实，每层厚度不超过25cm，直至路面结构层和新建排水管道基础底部标高。回填压实度应不小于93%。

图1　排水管道软基处理——置换法

3　拌入法

此类方法是在不良土层中掺入水泥浆或能固化的浆液，或直接掺入石灰、水泥等可以固化的材料，经搅拌和固化后，在不良软基中形成柱状固化体，并与周围土体组成复合地基而达到地基处理的目的。其中主要有深层喷浆搅拌法、深层喷粉搅拌法和高压喷射注浆法等，可适用于软弱粘性土、冲填土、砂土及砂砾石等多种地基。

3.1　加固原理

而深层搅拌法是利用水泥作为固结剂，通过特制机械搅拌，在不良软基中将水泥和不良土体强制拌和，令不良软土硬结成整体，形成具有水稳性与足够强度的地下连续墙和水泥（或石灰）土桩。深层搅拌法可在软土地基中形成柱状、壁状和块状等不同形式的加固体，加固体和天然地基组成复合地基，共同承担建筑物的荷载。

3.2　深层搅拌法的设计

深层搅拌法加固管道地基设计一般根据管道地基的土质、水质条件和管道对地基的要求，从而确定搅拌桩的长度、水泥掺入比例和置换率或者桩数，从而验算基础沉降及单桩的复合地基承载力标准值。一般设计方法，首先依据工程地质条件来确定搅拌桩的桩长和桩径，根据摩擦桩来计算单桩的极限承载力，然后计算桩身水泥要求的极限抗压强度。再通过室内试验，依据所需的极限抗压强度来选择水泥的掺入比。或者先通过室内试验得到某种水泥掺入比所得的极限抗压强度，来计算桩身单桩承载力标准值和桩长。当单桩承载力标准值确定后，就可根据构筑物对地基要求确定所需要的搅拌桩置换率或者桩数，从而计算复合地基承载力标准值。

3.3　注意事项

高压喷射注浆法和深层搅拌法已在许多软基处理工程中取得良好的效果。但对于含水量很大和有机质含量较高的土，采用普通水泥浆液，未必能取得良好的效果。因此，一般应通过试验取得加固效果后才能采用。

高压喷射注浆法用途广泛，作为旋喷柱可以提高管道地基的承载力，还可应用于深基础的开挖。但强度较差，造价较贵。

深层搅拌法主要用于处理不良的软弱土层，但如果被加固的土层强度较高，或土中含孤石、坚硬的障碍物等，搅拌就非常困难。

3.4　工程实例

桂阁大道工程（东新高速至广珠东线段）依据相关规划拟建道路总体呈东西走向，西起在建的东新高速放马互通收费站，西至广珠东线（S111），全长约5.881km，道路规划红线宽度60m，双向八车道，城市主干路等级，设计行车速度为60km/h。

根据《桂阁大道工程（东新高速至广珠东线段）（K0+000～K3+550）岩土工程勘察报告》数据显示，在B线里程BK0+672～BK0+800和A线里程AK0+924～AK1+056路段，路基范围内地层有软弱土层（淤泥，容许承载力=40-50kPa），深度达7.0～9.0m，故此段基础采用深层搅拌桩进行处理。

图2　排水管道软基处理——深层搅拌法

该项目的深层搅拌法采用了“四搅二拌”的施工工艺，加固剂为32.5级（原425＃）普通硅酸盐水泥或矿渣水泥。水灰比控制范围为0.4～0.5。成桩桩径为600mm，每米桩长水泥用量70kg，均匀搅拌，搅拌桩顶面离地面或路槽底500mm，桩身强度 28d龄期达到 750kPa，90d龄期达到1200kPa，搅拌桩施工后复合地基承载力标准值应不少于120kPa。水泥搅拌桩施工时要求穿过软弱土层并进入相对硬层不小于0.5m。当钻头提升至排水管底标高以下50cm时，喷浆机须停止喷浆。

水泥搅拌桩检验标准要求如下。

（1）水泥搅拌桩成桩7d以后，可验收桩身直径，挖去桩周土，露出1m桩长，量测成桩直径，目测搅拌桩的均匀性，检查量为总桩数的2%。

（2）成桩后3d内，可用轻型动力触探（N10）检查每米桩身的均匀性。检验数量为施工总桩数的2%，且不少于3根。

（3）成桩28d后，机动车道采用平板载荷试验法检验数量为桩总数的0.5%，并且每项单体工程应不少于3点。试验是检测一根桩与周边土体的复合地基承载力。

（4）经载荷试验检验后和触探后对桩身质量有怀疑时，应在成桩28d后，用抽芯法检验桩身抗压强度，检验桩的数量为施工总桩数的0.5%。