市政排水管道軟基處理中常用的處理方法

楊子路

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院　廣東廣州　510060）

1　前言

近年隨城區(qū)面積的不斷擴(kuò)大，市政道路路網(wǎng)和排水管渠也跟著不斷向外擴(kuò)張，許多市政排水管網(wǎng)和排水渠道無可避免會在不良地質(zhì)（如軟土或泥沼）的地段進(jìn)行建設(shè)，其中淤泥質(zhì)土是南方地區(qū)經(jīng)常碰到的一種不良地基。

軟土具有強(qiáng)度較低、壓縮性較高和透水性很小等特性，若不加以處理，淤泥、淤泥質(zhì)土等軟土地基會對路基和排水管道基礎(chǔ)產(chǎn)生變形、沉降等危害。為防止這些危害，需對軟土路基進(jìn)行加固處理。不良地基處理是為了要提高不良地基強(qiáng)度，保證地基的穩(wěn)定，并降低軟土的壓縮性，且減少基礎(chǔ)不均勻沉降，確保地基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求的參數(shù)。

一般情況下，當(dāng)遇到軟弱土質(zhì)時(shí)，排水管道的地基由道路軟基處理時(shí)一并考慮，而排水管道在道路路基填土按道路設(shè)計(jì)要求進(jìn)行處理，經(jīng)檢驗(yàn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求穩(wěn)定性后，才開挖排水管管槽的。如道路軟基不做處理時(shí)，排水管道則需進(jìn)行獨(dú)立處理，使處理后管道基礎(chǔ)承載力不小于100kPa。

目前排水管道基礎(chǔ)處理方法眾多，按其處理效果及原理大致分為換填法、排水固結(jié)法、拌入法、擠密法和振密法、灌漿法、及其它等類型，在排水工程實(shí)踐中，筆者應(yīng)用于排水管道軟基處理最多的是置換法和拌入法。

本文介紹了排水工程軟基處理中常見的軟基處理方法，并闡述了各自的適用范圍、應(yīng)用注意事項(xiàng)等。

2　置換法

2.1　適用范圍

置換法，又稱換填法，適用于包括淤泥質(zhì)土、素填土、雜填土地基及濕陷性黃土等淺層軟弱地基及不均勻地基的處理。

該方法是將管道基礎(chǔ)下一定深度的不良土層挖去，然后回填上強(qiáng)度較大的碎石砂、石屑或石粉等，并且分層夯實(shí)并達(dá)到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度，作為管道基礎(chǔ)的持力層。當(dāng)飽和軟土上換填砂墊層等優(yōu)質(zhì)土層時(shí)，其具有提高地基承載力，減小沉降量，和加速軟土排水固結(jié)，防止凍脹，和加速軟土排水固結(jié)等作用。

換填法適于淺層地基處理，從經(jīng)濟(jì)合理考慮，墊層厚度宜控制在3m內(nèi)較為經(jīng)濟(jì)合理，過厚（＞3m）對基坑開挖要求高，造價(jià)較大，并且施工較困難，太過薄（＜0.5m），則換填墊層作用效果不顯著。

實(shí)踐表明，在合適條件下，換填墊層法能有效解決排水工程的管道地基處理的問題。本方法優(yōu)點(diǎn)是：可以就地取材，不需特殊機(jī)械設(shè)備，施工方便，既可以縮短施工工期，又可以降低造價(jià)，其在設(shè)計(jì)中應(yīng)用較為普遍。

2.2　置換法的加固原理

置換法的主要加固原理如下。

（1）置換作用：將管道基礎(chǔ)以下的不良地基部分或者全部挖出，換填為較密實(shí)材料，提高管道地基承載力，并增強(qiáng)管道地基的穩(wěn)定性。

（2）應(yīng)力擴(kuò)散：管道基礎(chǔ)底面下一定厚度的優(yōu)質(zhì)土墊層的應(yīng)力擴(kuò)散作用，可減小墊層下天然土層所受到的壓力與附加壓力，從而減少管道基礎(chǔ)沉降，并使下臥土層滿足管道承載力要求。

（3）加速固結(jié)：用透水性大的材料作墊層時(shí)，不良地基土中的水分可以部分排除，加速軟土的固結(jié)，減小管道施工完成后的工后沉降。

（4）防止凍脹：由于管道墊層材料為不凍脹材料，采用換填管道下墊層對管道基礎(chǔ)面以下可凍脹土層置換后，可以防止土的凍脹作用。

2.3　工程實(shí)例

番禺區(qū)大龍街富怡路（番禺大道至金龍路）項(xiàng)目雨污配套排水工程改造工程勘察設(shè)計(jì)。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。

根據(jù)現(xiàn)場開挖面觀察和《番禺區(qū)大龍街富怡路（番禺大道至金龍路）改造工程（K0+000～K1+400）巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告》資料顯示，道路路床以下2.8～3m范圍為人工填土及淤泥質(zhì)土屬軟弱土，承載力很低，不能作為道路路基和排水管道基礎(chǔ)持力層使用，需要進(jìn)行換填。

處理方法如下：首先將管道基礎(chǔ)以下的不良土層全部挖出；然后分層換填上較密實(shí)材料（70%碎石和30%砂的碎石砂）并進(jìn)行壓實(shí)，每層厚度不超過25cm，直至路面結(jié)構(gòu)層和新建排水管道基礎(chǔ)底部標(biāo)高?；靥顗簩?shí)度應(yīng)不小于93%。

圖1　排水管道軟基處理——置換法

3　拌入法

此類方法是在不良土層中摻入水泥漿或能固化的漿液，或直接摻入石灰、水泥等可以固化的材料，經(jīng)攪拌和固化后，在不良軟基中形成柱狀固化體，并與周圍土體組成復(fù)合地基而達(dá)到地基處理的目的。其中主要有深層噴漿攪拌法、深層噴粉攪拌法和高壓噴射注漿法等，可適用于軟弱粘性土、沖填土、砂土及砂礫石等多種地基。

3.1　加固原理

而深層攪拌法是利用水泥作為固結(jié)劑，通過特制機(jī)械攪拌，在不良軟基中將水泥和不良土體強(qiáng)制拌和，令不良軟土硬結(jié)成整體，形成具有水穩(wěn)性與足夠強(qiáng)度的地下連續(xù)墻和水泥（或石灰）土樁。深層攪拌法可在軟土地基中形成柱狀、壁狀和塊狀等不同形式的加固體，加固體和天然地基組成復(fù)合地基，共同承擔(dān)建筑物的荷載。

3.2　深層攪拌法的設(shè)計(jì)

深層攪拌法加固管道地基設(shè)計(jì)一般根據(jù)管道地基的土質(zhì)、水質(zhì)條件和管道對地基的要求，從而確定攪拌樁的長度、水泥摻入比例和置換率或者樁數(shù)，從而驗(yàn)算基礎(chǔ)沉降及單樁的復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。一般設(shè)計(jì)方法，首先依據(jù)工程地質(zhì)條件來確定攪拌樁的樁長和樁徑，根據(jù)摩擦樁來計(jì)算單樁的極限承載力，然后計(jì)算樁身水泥要求的極限抗壓強(qiáng)度。再通過室內(nèi)試驗(yàn)，依據(jù)所需的極限抗壓強(qiáng)度來選擇水泥的摻入比。或者先通過室內(nèi)試驗(yàn)得到某種水泥摻入比所得的極限抗壓強(qiáng)度，來計(jì)算樁身單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值和樁長。當(dāng)單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值確定后，就可根據(jù)構(gòu)筑物對地基要求確定所需要的攪拌樁置換率或者樁數(shù)，從而計(jì)算復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

3.3　注意事項(xiàng)

高壓噴射注漿法和深層攪拌法已在許多軟基處理工程中取得良好的效果。但對于含水量很大和有機(jī)質(zhì)含量較高的土，采用普通水泥漿液，未必能取得良好的效果。因此，一般應(yīng)通過試驗(yàn)取得加固效果后才能采用。

高壓噴射注漿法用途廣泛，作為旋噴柱可以提高管道地基的承載力，還可應(yīng)用于深基礎(chǔ)的開挖。但強(qiáng)度較差，造價(jià)較貴。

深層攪拌法主要用于處理不良的軟弱土層，但如果被加固的土層強(qiáng)度較高，或土中含孤石、堅(jiān)硬的障礙物等，攪拌就非常困難。

3.4　工程實(shí)例

桂閣大道工程（東新高速至廣珠東線段）依據(jù)相關(guān)規(guī)劃擬建道路總體呈東西走向，西起在建的東新高速放馬互通收費(fèi)站，西至廣珠東線（S111），全長約5.881km，道路規(guī)劃紅線寬度60m，雙向八車道，城市主干路等級，設(shè)計(jì)行車速度為60km/h。

根據(jù)《桂閣大道工程（東新高速至廣珠東線段）（K0+000～K3+550）巖土工程勘察報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，在B線里程BK0+672～BK0+800和A線里程AK0+924～AK1+056路段，路基范圍內(nèi)地層有軟弱土層（淤泥，容許承載力=40-50kPa），深度達(dá)7.0～9.0m，故此段基礎(chǔ)采用深層攪拌樁進(jìn)行處理。

圖2　排水管道軟基處理——深層攪拌法

該項(xiàng)目的深層攪拌法采用了“四攪二拌”的施工工藝，加固劑為32.5級（原425＃）普通硅酸鹽水泥或礦渣水泥。水灰比控制范圍為0.4～0.5。成樁樁徑為600mm，每米樁長水泥用量70kg，均勻攪拌，攪拌樁頂面離地面或路槽底500mm，樁身強(qiáng)度 28d齡期達(dá)到 750kPa，90d齡期達(dá)到1200kPa，攪拌樁施工后復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)不少于120kPa。水泥攪拌樁施工時(shí)要求穿過軟弱土層并進(jìn)入相對硬層不小于0.5m。當(dāng)鉆頭提升至排水管底標(biāo)高以下50cm時(shí)，噴漿機(jī)須停止噴漿。

水泥攪拌樁檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求如下。

（1）水泥攪拌樁成樁7d以后，可驗(yàn)收樁身直徑，挖去樁周土，露出1m樁長，量測成樁直徑，目測攪拌樁的均勻性，檢查量為總樁數(shù)的2%。

（2）成樁后3d內(nèi)，可用輕型動力觸探（N10）檢查每米樁身的均勻性。檢驗(yàn)數(shù)量為施工總樁數(shù)的2%，且不少于3根。

（3）成樁28d后，機(jī)動車道采用平板載荷試驗(yàn)法檢驗(yàn)數(shù)量為樁總數(shù)的0.5%，并且每項(xiàng)單體工程應(yīng)不少于3點(diǎn)。試驗(yàn)是檢測一根樁與周邊土體的復(fù)合地基承載力。

（4）經(jīng)載荷試驗(yàn)檢驗(yàn)后和觸探后對樁身質(zhì)量有懷疑時(shí)，應(yīng)在成樁28d后，用抽芯法檢驗(yàn)樁身抗壓強(qiáng)度，檢驗(yàn)樁的數(shù)量為施工總樁數(shù)的0.5%。

4　結(jié)語

排水管道地基處理的目的是利用人工置換、夯實(shí)、注漿等手段，對不良地基土進(jìn)行加固和改造，從而來改善地基土的振動性、堅(jiān)韌性、壓縮性、滲透性、和特殊土地基的特性，用以提高軟弱土地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，降低地基的壓縮性，減少沉降和不均勻沉降。

[1]《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ033-95）.北京：人民交通出版社，1996.

[2]《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ014-97）.北京：人民交通出版社，1997.

[3]龔曉南，主編.地基處理手冊（第二版）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.