基于淤泥質(zhì)土中的污水廠管道沉降控制措施研究

巫朝強

（江門市政企業(yè)集團有限公司 廣東江門 529000）

基于淤泥質(zhì)土中的污水廠管道沉降控制措施研究

巫朝強

（江門市政企業(yè)集團有限公司 廣東江門 529000）

淤泥土質(zhì)具有特殊的土體性質(zhì)，其顯著的沉陷性與濕軟性為其內(nèi)部埋設(shè)的給排水管道帶來不良影響。在不良淤泥土體環(huán)境下，土體中的管道易發(fā)生沉降問題，使得管道連接部位松動，甚至出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。必須加大對淤泥質(zhì)土中管道沉陷控制力度，為管道功能的發(fā)揮提供有利條件。本文圍繞該問題展開討論，分析了淤泥質(zhì)土中污水廠管道沉降控制措施。

淤泥質(zhì)土；污水廠管道；沉降控制；措施分析

前言

我國東南沿海一帶分布著大規(guī)模的淤泥質(zhì)土層，該土體的特點為：硬度差、牢固性差、承載力不強、易沉陷。常規(guī)的給排水管道設(shè)置于此土體中，如不經(jīng)過特殊處理，無論在管道埋設(shè)階段，還是后期運行階段都可能出現(xiàn)管道沉陷現(xiàn)象，管道由于無法被堅硬的土體有效支撐，在其內(nèi)部水壓的作用下，甚至出現(xiàn)局部錯位、斷裂等故障，影響水體的正常排放與運輸。因此，淤泥質(zhì)土必須經(jīng)特殊的工藝處理，才能設(shè)置給排水管道，這樣才能免除后續(xù)隱患問題。

1 工程概況

江門市棠下污水處理廠（首期）工程，新建d1000污水管道，起點接仁和路DN600污水管，其中經(jīng)過仁和路、規(guī)劃路、興棠路，最終接入江沙路d1000污水干管。堡棠路新建設(shè)一個dn110壓力污水臨時管道，同污水公司連接起來，自東向西排入本期起點新建的d1000污水管道。

此工程d1000污水主管（W1-W40段）選擇頂管施工技術(shù)，余下管道則選擇了開挖施工技術(shù)。工程坐落在蓬江區(qū)棠下鎮(zhèn)，管線處于交通便利地域，地貌為沖積平原、低山殘丘地貌。管線經(jīng)過的交通道路為：供幼兒園道路、城鎮(zhèn)道路等，部分地區(qū)也有魚塘、菜地等農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，周圍交通較為便利。鉆孔深度范圍內(nèi)，巖土層主要包括人工填土層、坡積層、殘積層、第三系風化基巖等巖層。

2 淤泥質(zhì)土中管道沉降機理分析

2.1 砂弧基礎(chǔ)的壓縮

砂弧地基簡單說就是下管前在其下方設(shè)置中粗砂，達到某一厚度，管道放置其中，同時于管道兩端填入同樣級配的中粗砂，這樣就會打造出砂弧地基，不僅可以有效支撐來自于上方應(yīng)力，該力又能有效傳遞至下方持力基地。該砂基壓實度通常以95%為標準。然而，現(xiàn)實操作中，基槽底部通常不夠?qū)?，導致碾壓裝置不能入槽，只有采取人工夯實法，無法有效夯實，同時，管道底部的砂體一般要在管道安裝好后才回填，這其中必然存在三角空隙區(qū)，無法有效回填，不能達到塞滿、填實的效果。這些都可能造成變形問題，如圖1所示。

圖1 砂弧地基剖面圖

2.2 基槽土體的凸起

被挖掘的坑體需要被有效回填，然而，基坑底面的土體會慢慢向上堆積、凸起。導致這一問題的因素：①上覆土被移除，土體有一個回彈空間。一般來說，回彈量大小通常受到變形時間、土體硬度等影響。②土體失去壓力，淤泥質(zhì)土自身含有水分，地下水隨之下滲，導致土內(nèi)水分越來越多，最終土體急劇膨脹，引發(fā)管道斷裂。③基坑支護構(gòu)造變形，形成錯位問題，基坑底部的土體由于受到擠壓，最終向上凸起。

地基變形量通常利用下面的公式：s＝φss′，其中，s′代表理論計算結(jié)論，φs代表沉降計算經(jīng)驗系數(shù)。

2.3 沉降量的計算

管道沉降控制的有效措施之一就是采用預留沉降量法，然而，這其中最關(guān)鍵的是能準確計算出沉降量，前提是科學理解管道的沉降機理。參照相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，導致管道沉降的因素主要包括：基槽土體的凸起，砂弧基層的壓縮、附加應(yīng)力作用下的沉降問題等。

本文的污水廠管道，其上方載荷多數(shù)來自于覆蓋土體，將該載荷視作從管道底部到地面上方的厚度，實際設(shè)計選擇150°的砂弧充當?shù)鼗?，然而，現(xiàn)實發(fā)揮傳力功能的只有管道兩端的三角區(qū)，此時，實際的荷載寬：L＝2rsin75°＝1932mm。持力層頂端載荷來自于多方面，既包括管道自身的重量、土體的重量、管道中水體重量、砂石自重等，經(jīng)計算得出，載荷總量為78.36kPa，土體持力層的自重力為48.42kPa，二者作差得出此處的附加應(yīng)力為：30.12kPa。

利用以上數(shù)據(jù)來計算得出管道沉降量：

根據(jù)地基的相關(guān)規(guī)程，其壓縮層計算深度需要達到：

利用上面兩個公式能夠求得：沉降計算深度Hi＝4.5m，沉降量s＝6.4cm。在此基礎(chǔ)上也要將基槽土體的凸起，砂弧基層的壓縮等納入考慮范圍，根據(jù)以往的施工經(jīng)歷，最終得到的沉降量為8.2cm。

3 管道沉降控制措施

該污水廠所處地域相對開闊，淤泥中管道標高基本相同，然而，由于污水廠內(nèi)部地形起伏不平，其地下淤泥土層高度差異明顯，多位于管道以下3～5m處。各類管道都處于不均勻土層內(nèi)部，需要積極處理地基，否則將造成嚴重的沉降問題，根據(jù)管道的形狀、特點采取如圖2的處理方法。

圖2 管道回填施工圖

圖2為管道回填施工圖，根據(jù)管道埋設(shè)的相關(guān)規(guī)程，實施常規(guī)施工，不對淤泥軟土層進行特別的地基加固，僅設(shè)置普通的配砂墊層，實際管道敷設(shè)時，提升管道位置，并預置一定的沉降量，該沉降量會利用科學的公式計算得出。管道成功鋪設(shè)后，再進行回填，一切施工程序合格基礎(chǔ)上，有效連接構(gòu)筑物與管道，二者連接的位置安裝橡膠接頭，以此提供彈性度，其彈性度能夠有效適應(yīng)沉降，經(jīng)過以上改良設(shè)計，最終看到污水廠中管道處于正常工作狀態(tài)，沒有出現(xiàn)任何的斷裂、漏水問題。

多數(shù)地下管道工程中，如果遇到軟土或其他承載力較差的淤泥土，由于其土體中水位較高，影響了其自身的牢固度與承載力，此時多選擇樁基施工法，來提高地基的承載能力，為了控制變形問題，通常選擇端承樁，控制構(gòu)筑物的沉降，然而，構(gòu)筑物并非獨立存在的，而是連有各類管道，為了預防二者連接處發(fā)生錯位、裂開、脫扣等問題，可以將伸縮接頭安裝于接口位置，形成一定的伸縮度，從而有效應(yīng)對管道變形問題。

（1）換填砂石法。通常適合淤泥深度在2m以內(nèi)的情況，將淤泥排除，用硬質(zhì)的砂石填補，以此來加固地基，前提是淤泥深度有限，否則將增加成本。

（2）木樁施工法。通常選擇松木作為施工木樁，同樣適合小規(guī)模工程項目，將其應(yīng)用于大規(guī)模工程項目，對木材需求量上升，不僅破壞環(huán)境，也增加了造價。

（3）水泥土攪拌樁施工。具有特殊的適用性，尤為適合開闊的地域、規(guī)模較大的管道施工項目，在淤泥土處理方面發(fā)揮有效功能，不會對四周環(huán)境帶來太大影響，然而，工期較長，進程慢。通常要在攪拌樁形成28d才能檢測其承載力，再決定能否達到設(shè)計標準。采用此方法來牢固土體，能夠保持土體原始重量，也不會對其他軟土層帶來沉降問題，同時實現(xiàn)原土體的充分使用，該方法適合用在復合地基中，使用效果較好，然而，成本卻高昂，通常適合用在埋藏較深、厚度較厚的淤泥土層。

（4）高壓旋噴樁法。此方法的實際運用原理同上述方法大致相同，由于其施工器械體積小，可以靈活用在狹窄區(qū)，然而，成本投入也較大。

無論選擇哪一種控制技術(shù)，都必須從兩大方面出發(fā)，首先要適合施工地區(qū)的實際條件，要結(jié)合淤泥質(zhì)土層的深度、厚度，管道質(zhì)量等，其次則要考慮成本因素，須本著經(jīng)濟合理的原則來科學控制管道沉降。

4 總結(jié)

淤泥質(zhì)土內(nèi)管道容易出現(xiàn)沉降問題，有必要對沉降機理進行深入分析，采用科學的計算公式，結(jié)合工程實際來加強地基處理，采用科學合理的方法來控制管道沉降問題，其中重點控制差異性沉降，有效協(xié)調(diào)好管道同構(gòu)筑物之間的連接，以此來有效應(yīng)對變形，同時需注意基坑挖開以后，必須及時設(shè)下管道，防止基坑長時間暴露，以此來防范基槽土體的凸起引發(fā)的沉降問題。

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TU992.05

A

1673-0038（2015）52-0188-02

收稿日期：2015-12-10