溝槽開挖、回填與管道基礎在設計中的應用

盧向雷/新疆市政建筑設計研究院有限公司

溝槽開挖、回填與管道基礎在設計中的應用

盧向雷/新疆市政建筑設計研究院有限公司

【摘 要】城市給排水管道的質量決定了城市給排水的方便程度與安全程度。因此，管道的設計在根本上要從細節(jié)上注意，確保工程質量。因此，對于溝槽開挖、回填與管道基礎設計要從細節(jié)問題入手，進一步提高設計水平，確保工程質量。

【關鍵詞】溝槽開挖；回填；管道基礎；設計；應用

給排水管網(wǎng)是城市市政工程的重點項目，關系到了城市中各項工作與居民生活的正常運行，溝槽開挖、回填與管道基礎是管網(wǎng)建設的基礎，在設計上的完善，可以減小返修率，延長管網(wǎng)壽命，進而方便人們生活，確保人們安全。

一、溝槽開挖、回填與管道基礎設計概述

（一）溝槽開挖、回填設計概述

市政給排水管道溝槽開挖設計工作分為確定斷面形式與斷面尺寸兩個方面。確定溝槽斷面形式與斷面尺寸是否合理，決定了施工是否安全，也是管道施工質量的基礎。

溝槽斷面的確定內容要從土的種類、地下水位、管道斷面尺寸、管道深度、開挖方式選擇及現(xiàn)場環(huán)境等因素來綜合考慮。溝槽斷面形式一般分為直槽、梯形槽、混合槽等。應用最廣泛的為直槽和梯形槽。直槽一般應用在老舊城區(qū)改造、管線附近障礙物多等不宜大面積開挖處。直槽為了施工安全，一般需要在槽壁進行支護處理。梯形槽主要用于管線附近障礙物較少處。

溝槽斷面尺寸由深度、底寬、邊坡坡度以及留臺情況來確定。深度是由管線的用途以及整體鋪設設計決定。底寬由管道直徑與兩邊所需的最小工作面寬度進行確定。管道單邊最小工作面寬度根據(jù)管徑不同而不同，一般管徑≤500時不小于300mm，500＜管徑≤1000時不小于400mm，1000＜管徑≤1500時不小于500mm，1500＜管徑≤1800時不小于600mm，另管道有現(xiàn)場施工的防水層時單側工作面寬度不應小于800mm。邊坡根據(jù)土壤類別、地質條件以及坡頂荷載情況確定，一般為1：0.1-1:1.5，當遇到特殊地質時需要進行仔細計算確定。部分管道（如地勢平緩處的排水管道）由于埋深較深，無法一次開挖，需進行放臺處理，放臺深度及寬度一般由開挖機械種類、性能等具體確定。

溝槽回填質量直接影響到管道工程質量。溝槽回填設計要點為回填材料和回填壓實度。

為了保證管道不被尖銳物破壞和保證壓實度符合要求，管道管頂以上500mm且不小于1倍管徑處至溝槽底部需用符合要求的原狀土或中、粗砂、碎石屑、最大粒徑＜40mm的礫石進行回填。嚴禁回填垃圾、凍土、爛泥及就地取砂后的篩余土。管道管頂以上500mm且不小于1倍管徑處至地面處回填材料根據(jù)地面實際情況進行確定，當?shù)孛鏋榈缆窌r需根據(jù)道路要求進行回填。溝槽回填壓實度是否達標，是管道是否可以正常運行的首要條件。溝槽回填壓實度不達標時，往往會造成管道上方地面的不均勻沉降或管道發(fā)生位移、不均勻沉降從而導致管道無法正常運行。溝槽回填壓實度一般要求為，管頂至溝槽底部壓實度不小于95%；管頂至管頂上方500mm且不小于1倍管徑處（管頂正上方）壓實度不小于85±2%；管頂至管頂上方500mm且不小于1倍管徑處（管頂上方兩側）壓實度不小于90%；管頂上方500mm且不小于1倍管徑至地面處壓實度不小于90%，如地面為硬化道路則根據(jù)道路要求確定壓實度。另溝槽回填需進行分層回填密實，壓實后每層厚度為100～200mm。

（二）管道基礎設計概述

管道基礎的主要作用是將管道較為密集的荷載力均勻的分布，以此減少地基單位承受的壓力，防止管道發(fā)生不均勻沉降。管道基礎一般分為砂石基礎和混凝土基礎。管道基礎形式選用時，應根據(jù)工程地質、地面荷載、施工條件、設計管徑及管道埋深情況確定。

砂石基礎，這種基礎適用于在天然土弧不可以很好的和管道弧度相互吻合的情況，而且地基承載力較高的時候，可采用砂石基礎進行穩(wěn)固。砂石基礎可選用的材料有天然級配砂石（其最大粒徑不宜大于25mm），中砂、粗砂，級配碎石、石屑（其最大粒徑不宜大于25mm）。管道支撐角的度數(shù)為90°～180°之間。由于化學建材管道宜被尖銳物損壞，故化學建材管一般選用中、粗砂基礎。

混凝土基礎，這種基礎適用于在管底的原狀土地基的承載力較低的時候，但管道本身沒有很好的抵抗不均勻沉降能力，可以采用混凝土基礎，前提條件為：管道地基支撐強度大于管道的土壓力、地面車輛荷載、管道自重和管道內水重等作用在地基上的總荷載。澆筑混凝土時必須注意混凝土和管底外部的形狀密切吻合，支撐角的度數(shù)為90°～180°之間。管徑較小的時候可以使用素混凝土基礎，管徑較大時需要在混凝土基礎澆筑時配置定量的鋼筋，在管道柔性接口部位的現(xiàn)澆混凝土基礎應用變形縫分離。

當遇有濕陷性黃土、膨脹土、多年凍土、液化土、軟土等地基時，管道基礎還需做專門處理。

二、常見不良地基基礎應對技術

（一）濕陷性黃土地基基礎應對技術

天然黃土在自重壓力和附加壓力的作用下，受水浸泡后，內部結構迅速破壞，發(fā)生顯著的濕陷變形稱為濕陷性黃土。若這種黃土作為管道的地基，濕陷變形會對管道帶來不同程度的危害：沉降、坼裂、傾斜、嚴重影響其安全和使用年限。

常用的濕陷性黃土地基處理方法主要有強夯法和在管道基礎下做3:7灰土墊層。

強夯法在處理濕陷性地基時效果非常明顯，對于濕陷性黃土地基的穩(wěn)固和強化有很好的作用。一般情況下，當夯擊能力達到1000kN～2000kN的時候，可以消除夯面以下6～9m的深度地基。但是強夯需要溝槽斷面較大，對于管道來說需增加開挖斷面增加土方量。

3:7灰土墊層法作用機理是3:7灰土中未熟化的生石灰吸收水分，使土層中的含水量降低，增大土層土粒間的凝結效果，同時生石灰在吸水過程中放出熱量，使土層含水量進一步蒸發(fā)，能使基礎周圍形成一種硬殼，達到加固地基的目的。3:7灰土基礎一般為在管道的常用基礎下加設300mm厚的3:7灰土墊層和150-300mm厚的土墊層。

（二）地下水位的應對技術

地下水位較高的地區(qū)土層都具含水量高，孔隙大，壓縮性強和滲透性較差的特點，具有明顯的結構性和特殊的流變性等。根據(jù)弱土層的地基處理方法，我們可以分為以下幾種：換填土層法、排水固結法、置換及伴入法和土木聚合物等辦法。常用方法為換填土層法和置換及伴入法。換填土層法就是將地基下面一定深度的軟弱土層挖掘出來，回填一些強度很高的碎石和砂石等強度很高的材料，以此來提升土層的承受力。其作用在于：第一，提高淺土層的基礎承載力。因為地基中的剪切破壞來自于地面，伴隨著應力的增大開始了縱向的發(fā)展，所以抗剪程度很高的砂石可以很好的置換基礎下面的軟弱土層，減少地基的破壞。第二。防止凍脹、因為粗顆粒的墊層材料的孔隙非常大，不易產生毛細血管的現(xiàn)象，所以可以很好的防止在寒冷地區(qū)造成凍結和脹破現(xiàn)象。第三，加速軟弱土層的排水固結。砂石等墊層材料的透水性能非常的強，軟土層受到壓力之后，墊層就可以很好的將基礎下面的水壓力迅速排解和消散，很好的提高了墊層下面的軟弱土層的固結能力和強度，將地基發(fā)生塑像破壞的幾率降到最低。置換及伴入法就是我們俗稱的拋石擠於法，當管道基礎下的淤泥層厚度較大而無法進行換填時，常常采用拋石擠於法進行處理。用尺寸均勻的卵石拋入至淤泥層中并壓實，直至管道地基強度達到設計值。

（三）粉質砂石地基應對技術

當我們遇到的晚起沖擊物形成的土層，巖性是黃色的低液限粘土，這種土層結構非常松散，表層屬于發(fā)育性的植物根系，厚度為0.8m以下，其下面是粉質砂石，部分地區(qū)還有低液限粘土透鏡體，結構也是十分松散，主要的成分是石英和云母。針對這樣土層的處理辦法為：施工之前需要對附近的河道進行疏導和引流，引流完之后再進行排水和降水，等到地下水位降到距離開挖底面有60cm的時候在進行管溝的施工，在開挖時不允許停止排水和降水，目的是為了防止流沙現(xiàn)象的出現(xiàn)。 挖完之后在開挖的地方換填60cm厚的砂石進行基礎處理，以此提高地基的承載力度。

三、總結

溝槽開挖、回填及管道基礎質量直接決定了給排水管道的質量，城市的給排水管道直接反映了一個城市的經濟發(fā)展情況，在建設和維護的過程中也反映了一個城市的文明程度。城市給排水管道的建設直接關系到整個城市經濟的建設和發(fā)展，所以對于給排水管道的設計質量必須嚴格把控，才可以建設更加優(yōu)質的管道系統(tǒng)。

參考文獻：

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