沿海滩涂地区供水管道软基处理的方法和措施

・输配水技术与设备・　ＣＩ　Ａ　ＴＯＷＮＷＡ　ｙ＾　’誊　ＺＥ尼　溪霾ＳＵＰＰ　蠢　罐重　Ｌ　ｙ　沿海滩涂地区供水管道软基处理的方法和措施　梁其东　（１．日照市供水工程管理处，山东日照２７６８００；２．山东建筑大学，山东济南２５００１２）　摘要：针对沿海滩涂地区土质松软，土壤含水量大、流动性强，渗透性差，地基承载力低的特点，结合滨　州北部沿海地区供水工程输水管线工程实际，提出几种行之有效的滩涂地区软弱管基处理方法。　关键词：滩涂地区管道软基处理钢板桩　在给排水管道安装中，通常采用直埋的方法，　而直埋管道往往遇到软弱地基问题．特别是在沿海　滩涂地区，基础土质大多属于软弱的粘性土或淤泥　质粘性土，也就是工程上所谓的“软土”“翻浆土”“弹　簧土”。其设计、施工、维护等有它的特殊性．为更　好的解决不良土质条件下管道基础的设计与施工问　题，选用设计科学的方案与良好地施工措施都是非　常重要。笔者针对滨州北部沿海滩涂地区供水工程　的设计、施工，提出了软土地区管道基础的处理与　施工的方法。　１．工程概况　天然含水量大、可压缩性高、承载力低、透水性较　差的一种软型到流塑状态的饱和粘性土。这种软土　层广泛分布于我国沿海和内陆地区，一般沿河地带　软土层厚１０　ｍ，滨海地带软土层厚３０　ｉｎ。软土是　指天然孔隙比≥１．０，且天然含水量大于液限的细粒　土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等；具　有高压缩性，低强度，高灵敏度和低透水性等特点。　褐黄～灰褐色，可塑～硬塑，干强度高，韧性低，　切面光滑，土质较均匀，渗透系数Ｋ＝０．８×１０　ｃｍ／　Ｓ。该层层厚１．６～２．７ｍ，平均层厚为２．１ｍ，层顶标　高一０．５一一０．２ｍ。管道基础位于淤泥质粉质粘土层中，　粉质粘土和淤泥质粉质粘土透水性好，软土地基的　滨州市位于黄河下游、鲁北平原，地处黄河三角　洲尾闾，是黄河泛冲积平原区域。该区域松散层厚达　３０００米，多为砂土、亚砂土，地下水位高，该类土质　般含水量均在３０％～７０％，在地震波作用下容易　液化，使管道基础减载、失载，普遍存在地基承载力　一承载力较低，承受荷载后沉降变形较大，以软土作　为地基持力层或下卧层的给排水管道，如果地基处　理不当，很容易由于过度沉降或局部不均匀沉降而　导致管道及接口处因变形过大引起渗漏。由于软土　层的以上特性，在软土地基上敷设管道时，必须重视　地基的变形和稳定性问题。　３。软土基础对给水管道的影响　如果软基础处理不当，安装完毕的ＰＣＣＰ管、　不足和不均匀沉陷问题。滨州沿海滩涂地区软基管线　基础占到总管道的８０％以上。研究解决此类地区软　基础施工关键技术对于搞好供水工程建设、节约建设　投资、保障工程安全运行具有重要意义。　工程位于滨州市北海新区内，为城市主干供水　管道７９ｋｍ，均为生活、工业双管线，工业管道采用　ＤＮＩＯ００离心球墨铸铁管和ＤＮ８００ＰＥ管，生活管道采　用ＤＮ８００离心球墨铸铁管和ＤＮ６００ＰＥ管。路宽４０ｍ，　设计行车速度４０ｋｍ／ｈ。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％。该淤泥层在填土和　路面荷载的作用下会有较大的沉降变形。　２．软土基础的特点　软土通常是指在静水或缓慢流水环境中沉积的、　ＰＣＰ管等管材在土压力和外部荷载作用下产生不均匀　沉陷，极容易造成管道接口脱开；ＳＰ管通过焊接连接，　属于刚性接口，如果软基础处理不当，管道焊接的接　口也很容易在外部荷载和土压力作用下使管道失稳，　在最薄弱处产生破裂而漏水。在给水管道工程实践中，　软基对其产生的损坏主要有：　①在采用橡胶圈密封的承插口处，往往是橡胶圈　被挤出；在采用打口方式的承插口处，接口易松脱发　生漏水事故。　②造成钢管在焊接口处断裂，裂缝一般为环向，　城镇供水ＮＯ．４　２０１４　３１　麓囊　ＣＩＴＹＡＮＤ　ＴＯＷＮ　ＷＡＴＥＲＳＵＰＰＬＹ　呈中间大两边小的形状。　③管道伸缩节的接头易被拉裂。　④阀门的法兰被拉裂或皮垫被损坏而造成漏水。　⑤在局部有管渠交叉处，普通铸铁管或ＵＰＶＣ管　易断裂。　表１是滨州市２００８年～２０１１年中。因软土地区　管道地基下沉、土体侧移或不均匀沉降而引起给水管　道漏水事故情况的统计，在软土地区采用钢管的区域　也因软基问题存在断裂问题，说明软基是造成管道漏　水事故的主要原因之一。　表１　给水管道漏水事故情况统计表　漏水事故情况　事故发生次数　占总事故次数的比　（次）　例（％）　承插口松脱　２６　３０．６　伸缩节拉裂　１１　１２．９　ＳＰ、ＰＣＰ、ＰＣＣＰ管断裂　１９　２２．４　法兰或皮垫损坏　２２　２５．９　钢管焊缝开裂　７　８＿２　４．影响管道地基的因素　４．１地基土强度及稳定性　当地基土的抗剪强度较低，不足以支撑上部结构　自重和附加荷载时，地基就会产生局部或整体剪切破　坏。　４．２压缩变形及不均匀沉降　当地基由于上部结构自重和附加荷载作用而产生　过大的压缩变形时，会引起管道整体或局部过量下沉，　导致接口开裂，影响管道的正常使用。　４．３地震或外力影响　地震可能造成地基土层液化或震陷现象，使地基　土承载力下降、沉降加大；而超过设计承载力的车辆　振动或爆破等外力荷载也有可能引起地基土失稳，这　些冈素都有可能导致管道的破坏。　４．４流砂　当管道的基础持力层为粉土或粉砂时，由于管道　周边地下水降水不当或管道本身产生渗漏，会引起管　道周边地下水压力产生较大变化，当管道渗漏量或地　下水水力坡降超过容许值时，可能会导致地基土失稳　而对管道造成破坏。　５．软基基础的处理方法　５．１灰土垫层法　３２城镇供水ＮＯ．４　２０１４　・输配水技术与设备・　灰土垫屋常被用于软基基础给水管道基础的处　理。一般适用于处理１～４ｍ厚的软弱土层。管道的　基础是条形基础，作用于地基上的力也比其它建筑物　小，而且是基槽开挖后埋人地下，表面的软弱土一部　分已被去掉，所以在管道施工中常用灰土（或素土）　垫层来处理湿陷性地区的管道基础，以提高承载力，　减少沉降力。灰土垫层是将基础下面一定范同内的弱　土层挖去，用一定体积比配合的灰土在最优含水量情　况下分层回填夯实或压实。　（１）承载力的确定。经过人工压实（或夯实）的３：７　灰土垫层，当压实系数控制在０．９７及干土重度不小　于１４．５～１５．０ｋＮ／ｍ　时，其容许承载力可达３００ｋＰａ以　上。对于２：８灰土，当压实系数控制在０．９７及干土　重度不小于１４．８～１５．５ｋＮ／ｍ　时，其容许承载力可达　３００ｋＰａ。　（２）灰土垫层材料配比。灰土中石灰用量在一定范　围内，其强度随灰土用量的增大而提高，但当超过一　定限值后，强度则增加很小，并且有逐渐减小的趋势。　１：９灰土只能改善土和压实性能，２：８和３：７　灰土一般作为最优含灰率，但与石灰的等级有关，通　常应以ＣａＯ＋ＭｇＯ所含总量达到８％左右为最佳。灰　土中土不仅作填料用，而且参与化学作用，尤其是土　中的粘粒或胶粒具有一定活性和胶结性。含量越多，　灰土强度越高，土粒粒径不得大于１５ｍｍ。灰土垫层　的施工，应严格按有关规程进行。　（３）灰土的质量检验。一般采用环刀取样，测定　其干土重度。质量标准可按压实系数确定，一般为　０．９３～０．９５。管道基础压实系数一般采用０．９５，不得　小于０．９０。　（４）灰土垫层的厚度与湿陷变形的关系。垫层具有　一定的厚度才能使湿陷量最大的上部土层的湿陷性消　除，并由垫层扩散到天然黄土层的附加力减少到某种　程度，使浸入后的湿陷量减少。垫层的宽度则以沟槽　宽度为依据，对于孔洞、沟涧、墓穴及其它回填土、　淤土地区，垫层处理范围要扩大。　５．２换填垫层法　换填垫层法是先挖去基坑下的部分或全部软弱　土，然后回填是以砂石、素土、灰土和矿渣等强度较　高的材料，置换基础表层软弱土，提高持力层的承载　力，扩散应力，减少沉降量的处理方法。该方法适用　于沿海滩涂淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、　杂填土地基及暗沟、暗塘等的处理。对于处理Ｉ级非　・输配水技术与设备・　自重湿陷性黄土，管径不大的管道基础可采用素土垫　层。素土垫层是先挖去基坑下的部分或全部软弱土，　然后回填素土分层夯实，素土垫层的土料一般以粘性　土为宜，填土必须在无水的管沟（基坑）中进行。夯（压）　实施工时，应使土的含水量接近于最佳含水量，填土　的夯ｆ压）实应分层进行，多层虚铺的厚度可参照灰　土垫层的虚铺厚度。　５－３“土工一砂石复合基础”处理法　综合分析稻湖区软基础状况后，考虑地下水位　高，沟槽开挖后涌水量大，根据工程特点和造价无　法采用井点降水方案，沟槽内的涌水只能采用明排　方式。因此沟槽基础处理要考虑材料的透水性，保　证沟槽四周涌水及时排出，还要保证泥砂不随涌水　流走。石子具有很好的透水性和强度，但对淤泥流　沙不具有反滤作用，而土工布良好的透水性和反虑　作用，通过土工布能使石子形成一个整体。提出了　利用土工布配合石子、中砂换填处理管道基础，即　“土工一砂石复合基础”处理法。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，如抗拉强度大于　或等于３０ＭＰａ，抗弯强度大于或等于４０ＭＰａ，耐疲劳，　弯曲性好。本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。在管道　槽底整平后先铺设一道土工布，再将碎石倒人，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　管道基础的施工质量。　利用土工布的反滤功能，使沟槽底部的涌水顺畅　通过，阻止砂土颗粒随水流流失，同时有利于沟槽涌　水的排出；　“土工一砂石复合基础”处理法就是在沟槽开挖深　度达到换填高程后，将土工布沿沟槽方向铺设，垂直　沟槽方向土工布沿沟槽斜坡方向长度要大于换填高度　０．５ｍ左右，纵向搭接长度不小于０．５ｍ，铺设后要及　时在土工布上回填２～４ｍｍ石子，这样保证了石子　垫层的稳定性，土工布的反滤效果也保证了沟槽底部　涌水的及时排出。回填的石子到管底安装高程一０．３ｍ　时用现场反铲挖掘机用铲压实，后回填中砂垫层经现　场挖掘机压实后达到设计管底高程，处理后的基础承　载力经测算应在２００ｋｐａ以上，这样就保证了管道基　础均匀，也防止了管道直接座在石子上造成的应力集　中损伤管材。　０魏笺篓　蘧酴　霞　ＣｌＪ　ｙ　＾　７－０　ＷＮ　ＹｅＡ　Ｅ冠　（ｊ　Ｙ　｛　攀　图１　“土工一砂石复合基础”示意　图２　“土工一砂石复合基础”应用　“土工一砂石复合基础”处理法综合利用了换填法　和抛石挤淤法，具有施工便捷和施工成本低等优点，对　于滩涂软弱基础、低洼淤泥流沙地区具有很好的借鉴作　用。对于类似地区具有重要的推广应用价值和借鉴意义。　２０１２年５月，在滨州北海主干供水管道工程中，　采用“土工一砂石复合基础”，顺利完成了滩涂软弱　基础、低洼淤泥流沙地带软基础工程的管道安装。　５．４抛石挤淤法　抛石挤淤法就是在有软土或弹簧土以及有积水的　路段填石头，通过向流塑装的高灵敏的淤泥表面大量　集中抛填土石填料，依靠填筑体的自重，挤开淤泥，　强制置换饱和软土地基的地基处理方法。填石的高度　以露出要处理的路段原有土层（或积水）高度为宜。　在填石的过程中注意一定要用推土机把石块压实，不　能出现软弹现象。　对于软基比较深的区域，经过现场采用证明在有　淤泥流沙的情况下采用槐树桩、砂袋和竹排支护方案，　在木桩及抛石施工过程中随着压桩与抛石压实相结合　可形成较好的挤密层，增大应力扩散角。　城镇供水ＮＯ．４　２０１４　３３