市政給排水管道遇軟弱地基的設計要點及處理方式

宋 萍

武漢恒誠市政工程有限公司 湖北 武漢 430000

正文：

近些年來，城市發(fā)展逐漸加快，居民生活在越來越便捷與提高的同時，對市政工程建設也提出了新的要求。特別是市政工程中的給排水管道建設，關系到城市用水與排水，與居民的生活密切相關，對居民對生活質(zhì)量有著重要的影響。在復雜的施工環(huán)境中，要面對的實際問題很多，這些因素往往會對施工質(zhì)量以及日后的實際使用產(chǎn)生一系列的影響，科學處理是保證工程可靠性的必然要求。軟弱地基就是一種很常見的給排水管道施工中的情況。針對這種狀況，市政給排水管道的施工過程中既要做到對給排水管道設計的把控，又要運用有效的方法對軟弱地基進行處理。

1 軟弱地基的構成及相關特性介紹

1.1 軟弱地基簡介

軟弱地基是指主要構成成分為淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土層的地基。這種地基的主要特點就是天然含水量很大，承載力較低，在荷載作用的影響下容易產(chǎn)生滑動、固結(jié)沉降等問題。根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》7.1.1規(guī)定，軟弱地基系指主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其它高壓縮性土層構成的地基。當?shù)鼗鶋嚎s層主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其它高壓縮性土層構成時應按軟弱地基進行設計。在建筑地基的局部范圍內(nèi)有高壓縮性土層時，亦應按局部軟弱土層考慮。通常在工程設計與地基處理之前，在工程地質(zhì)與水文地質(zhì)的勘查階段應該對軟弱土層的情況做出詳盡的勘查，對軟弱土層組成成分、分布范圍、厚度、均勻情況、成因、持力層位置以及其物理性質(zhì)與化學性質(zhì)都應該有較為準確的把握。對軟弱土層不同的構成成分還應該有不同的勘查要點，例如當構成成分多為充填土時，應該著重估測其均勻性和排水固結(jié)條件，當構成成分多為雜填土時，應明確其自重下穩(wěn)定性與濕陷性，必要時還應查明堆載年代。工程設計與施工處理都要以勘查結(jié)果作為重要的依據(jù)。

1.2 常見幾種軟弱土的主要特性

1.2.1 淤泥及淤泥質(zhì)土

這種軟弱土最大的特點就是含水量高，往往能達到40%-90%，天然孔隙比往往大于或等于1.0，在我國東南沿海，例如天津、上海、寧波、福州、杭州等地區(qū)分布較多。主要工程特性是抗剪度低、壓縮性高、透水性低、具有觸變性和流變性等等。在給排水管道工程中，最主要的影響問題是由于地基承載能力低導致的地基沉降幅度大以及不均勻沉降。

1.2.2 沖填土

主要由水力充填泥沙沉積形成。主要特性是含水量大，壓縮性高，強度低。充填土的顆粒組成與排水固結(jié)條件對工程性質(zhì)都有比較大的影響。如果充填土的含砂量多，就不算軟弱土，而如果粘土顆粒含量較多，在強度和壓縮性方面的表現(xiàn)就會比較差，需要進行相應的處理。

1.2.3 雜填土

雜填土往往含有大量的建筑垃圾、生活垃圾或者工業(yè)廢料等雜物，因其含有的雜物種類比較復雜，性質(zhì)也有著比較大的差異。這種土質(zhì)最主要的特性就是結(jié)構松散、均勻性很差、承載力較低、壓縮性高，存在浸水濕陷的問題。這種土質(zhì)在給排水管道工程施工中需要進行比較復雜的勘測與處理，因為即便距離很近的兩處施工地點，如果主要構成成分是雜填土的話，壓縮性和承載力都很可能存在很大的不同，因此需要進行較為細致的估測與處理。

1.2.4 其他高壓縮性土

例如松散粉細沙、濕陷性黃土、膨脹土、鹽漬土、紅粘土以及季節(jié)性凍土等特殊土等等，也屬于需要進行地基處理的軟弱地基范疇。

2 市政給排水管道遇軟弱地基時需主要考慮的影響方面

2.1 地基強度低，穩(wěn)定性不足

地基在市政排水管道施工中具有重要的作用，地理位置的差異和地質(zhì)環(huán)境的不同都會對工程穩(wěn)定性與工程質(zhì)量產(chǎn)生不同的影響。特別是由于不同地質(zhì)環(huán)境下的剪切力的不同，處理不好就可能對施工造成一定的制約。在給排水管道的施工過程中，要對地基進行準確分析，準確估測地基的剪切力與荷載強度，這樣才能選擇更適宜的管道位置。需要注意的是，在施工過程中施工人員必須嚴格按照施工標準進行詳細的考證，因為即使兩處施工地點相差很近，地質(zhì)環(huán)境與強度也很可能存在或大或小的差異。常有經(jīng)驗不足的設計人員疏忽了這一點從而導致地基施工的穩(wěn)定性受到影響。

2.2 不均勻沉降造成的影響

由于軟土特性的影響，地基的不均勻沉降是軟土環(huán)境下的管道發(fā)生事故的主要原因。在實際施工中，也常常出現(xiàn)由于管道的基礎條件較差而導致的管道和基礎出現(xiàn)不均勻沉降的問題，一般會導致管道滲水或漏水以及局部積水，嚴重時可能導致管道的斷裂或借口的開裂。如果沒有有效的設計與施工處理方式進行質(zhì)量把控，就可能導致管道的抗壓力不足，進一步導致管道間的承載力存在缺陷。這些問題直接影響到工程的質(zhì)量與使用壽命。在使用過程中，在地質(zhì)剪切力和地質(zhì)沉降等因素的影響下，管道極易出現(xiàn)擠壓變形的問題。管道之間地質(zhì)環(huán)境的差異是導致這些問題的主要原因。地質(zhì)差異的不均勻性造成不同程度的沉降限度值，進而導致管道的沉降限度變化，當不均勻沉降的值超過了限定的可承受的范圍，就會使得管道因無法承受壓力而沉降或變形。當這些問題發(fā)生在管道之間的接口處，常見的后果就是管道脫節(jié)。對不均勻沉降問題如果不能做出有針對的設計與處理方法進行把控，會在管道投入使用后因其導致的一系列問題造成大量的人力物力的損耗，管道的使用壽命也會受到較大程度的影響。

2.3 水滲透影響施工質(zhì)量

給排水管道施工中對水滲透度的允許限制有特定的要求，當超過限制，過多過大的水滲透量通常會導致兩個后果，一是給排水管道的腐蝕，二是水量的過度流失。這不僅僅會很大程度上影響管道的使用壽命，還會使工程投入使用后的效率大打折扣。因此，在管道的設計與施工過程中，要對水滲透的問題有一個較為明確的控制。在軟弱地基的地質(zhì)條件下，水滲透問題要格外嚴重。水滲透問題與地基的軟弱程度與地基的所在部位都有密切的聯(lián)系，管道的不同材質(zhì)也會對水滲透造成不同程度的影響。在給排水管道的設計與施工中，主要是從這幾個方面對水滲透度進行控制。

3 軟弱地基下給排水管道的設計要點

考慮到影響給排水管道施工質(zhì)量的各種因素，結(jié)合軟弱地基的主要特性，在進行給排水管道的設計時應該進行相應的把控。

3.1 綜合設計，統(tǒng)籌規(guī)劃

筆者認為在給排水管道的設計上，應該具有整體性、層次性、結(jié)構性和動態(tài)性。近些年隨著工藝與技術的不斷進步，越來越多的新工藝與新技術開始應用到給排水管道工程中。愈加繁瑣的施工流程對設計人員與建設人員都提出了更高的考驗。在這種情況下，設計階段就應該根據(jù)市政排水工程的整體規(guī)劃做出統(tǒng)籌設計。從給排水管道的選址、選材到工程造價、管道設計、管道流通量、管道掩埋深度等方面，都要進行整體的考量。設計階段必須按站在較高的維度上，以一個更廣闊的視角對整個工程進行整體的把握，同時對各個環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問題進行有層次的應對，并且結(jié)合施工過程中出現(xiàn)的實際問題進行動態(tài)的調(diào)整。

3.2 工程建設中的各項參數(shù)精確性

對給排水管道工程設計中各項參數(shù)的精確設定是保證管道工程完整性和有效性的關鍵所在。一方面，在對施工地質(zhì)進行勘測的過程中，就應當對地質(zhì)的主要構成及特性，特別是軟弱土層的組成成分、土層的分布范圍、土層厚度、土層均勻情況、軟弱土層成因、持力層位置、物理性質(zhì)化學性質(zhì)等等做出準確的把握，對軟弱地基所能承受最大荷載與管道所需承受的拉伸力有精準的把控。在整體設定之后，再根據(jù)后期施工中的實際參數(shù)進行相應的微調(diào)，確保各項參數(shù)指標可以應對使用中可能出現(xiàn)的問題。另一方面，在市政給排水管道的施工過程中，應對混凝土的配比、攪拌機輸漿量的計算、焊接參數(shù)、材料性能等進行優(yōu)化設計，有效保證施工過程的合理性與材料投入的集約，這對成本控制與工程質(zhì)量都能產(chǎn)生較為積極的影響。

3.3 軟弱地基的處理

對軟弱地基的有效處理是市政給排水管道施工質(zhì)量的保證。有效的處理要建立在準確的勘測上，針對軟弱地質(zhì)實際中出現(xiàn)的淤泥及淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土層所表現(xiàn)出的不同含水量、壓縮性、強度、均勻性、排水固結(jié)條件等要進行相應處理。例如，通過特定配比的水泥采取填充的方式處理軟弱地基，對壓縮性高的地基可以采取施壓的方式將其壓實等等。處理方式在設計階段就應該有明確的方向了，這既要求勘測人員的謹慎負責，確保勘測的準確性，又要求設計人員有充足的經(jīng)驗，對各種軟弱土質(zhì)情況都有深入的了解以及應對方案。如果由于勘測的疏忽或是設計方面的失誤，在實際施工中發(fā)現(xiàn)不合理情況，應當及時對設備與施工工藝進行靈活有針對的調(diào)整，確保整個施工過程的動態(tài)性。

4 施工中軟弱地基的處理方式

4.1 深層樁攪拌及碎石砂鋪墊

深層攪拌樁是一種對軟弱地基較為簡單便捷的處理方法。因為軟弱地基通常強度較低，穩(wěn)定性差，常常出現(xiàn)下部位置難以承受上部荷載的情況，進而導致不均勻沉降影響工程質(zhì)量。通過加設攪拌樁可以較為有效地解決給排水管道施工中的地基強度與穩(wěn)定性的問題。這種處理方式是通過將攪拌樁置于給排水管道下方，通過地基的復合作用來提高對給排水管道的承載力。經(jīng)過攪拌樁處理之后軟弱地基的穩(wěn)定性會有明顯的提高，大大減少不均勻沉降的發(fā)生概率。針對軟弱地基含水量高而導致結(jié)構脆弱、抗形變能力差的情況，要采取碎石砂鋪墊的方式處理。具體操作方式是，在施工過程中在給排水管道底部鋪設碎石層與碎砂層，通過碎石與碎砂的特性來對地基進行加固，有效提升地基強度。這種處理方式可以和井點排水的方式結(jié)合使用，即通過設置井點的方式利用空隙壓力的排擠排除地基中過多的水分。通過這幾種方式的結(jié)合，對軟弱地基中的水含量進行降低，并且為施工的基礎性固結(jié)創(chuàng)造更好的條件。因為攪拌樁技術的應用場景往往是軟弱土層主要構成成分為淤泥的高含水量土層施工，想有效提高承載力要確保攪拌樁的中心線與排水管道的中心線重合，將攪拌樁頂部標高，對基礎底部加設牢固。

4.2 管槽開挖技術處理方法

管槽開挖也是針對軟弱地基的常用處理方式。這種處理方式首先要進行支護準備，采取分臺階放坡的手段進行，避免開挖階段攪拌樁出現(xiàn)剪短的現(xiàn)象。在實際施工時，管槽第一層開挖的深度應該確保不超過1m，挖掘的寬度應該不超過2m。在管槽挖掘時，只有第一層開挖可以使用機械設備，之后各層都應采用人工作業(yè)，且后續(xù)的開挖應將挖掘深度控制在不超過0.75m，挖掘?qū)挾炔怀^2m。挖掘?qū)訑?shù)要視管道的掩埋深度而定，嚴格禁止超挖的情況。通常要遵循槽溝底部寬度不超過混凝土墊層的寬度加0.8m，這也是為以后的人工操作與排水工作提供便利。除此之外，為了保證攪拌樁支撐體系充分發(fā)揮作用，確保軟弱地基下的穩(wěn)定性，要在每根攪拌樁旁邊設一根4m長、小頭直徑0.1m、撐板厚0.05m的木樁來對攪拌樁進行保護。

4.3 增設加固墩方法處理

固墩的加設也是解決軟弱地基的有效方式。排水管道正常的運轉(zhuǎn)中流水會使其受到一定的外推力，如果沒有接入承插式結(jié)構縮管、彎管以及三通，這種外推力就會更加明顯，使接口處的受力超出限定值，導致管道變形，嚴重時將導致管道脫節(jié)。 針對這種情況，在管道接入以及管道間進行連接時，可以采取增設加固墩墩方法提高穩(wěn)固性，有效支撐彎管、結(jié)構縮管與三通位置的受力，與地基共同分散這些部位的壓力，使給排水管道的穩(wěn)固性有較大幅度的提升。這種處理方法并不復雜，但是在位置的選擇上要比較謹慎。在應用上要進行科學合理的設計，綜合考慮軟弱地基的成分結(jié)構與管道布施狀況，對增設位置和加固墩參數(shù)都進行精確的設計，有效提高市政給排水管道施工質(zhì)量。

結(jié)語

軟弱地基在給排水管道的施工過程中還是比較常見的，雖然對工程會產(chǎn)生的影響比較大，但是處理起來并不困難。本文介紹了給排水管道在建設中會遇到的軟弱地基的基本情況，對其成因與特征進行了說明，并且探究了軟弱地基對實際工程的影響，針對這些提出了一些在工程設計與施工過程中常用的解決方法，希望能為我國市政給排水管道工程建設提供有價值的幫助與參考。