軟弱地基中給排水管網設計探討

陳建欣

（廈門水務規劃設計研究有限公司，福建 廈門 361000）

由于軟土具有壓縮性強含水量大等特性，在軟土地區往往容易發生地基不均勻沉降而引起管道爆裂、滲漏等事故，因此，在軟弱地基給排水管網的設計及施工對地基強度、穩定性及不均勻沉降均有嚴格的要求。當地基由于上部結構的自重及附加荷載作用而產生過大的壓縮變形時，特別是超過管道所能允許的不均勻沉降時，則會引起管道過量下沉，接口開裂，影響管道的正常使用。

1 軟弱地區地基設計處理

在敷設雨水管道及給水管道時應合理布置攪拌樁，使攪拌樁位置處于管道基礎以下。這樣，雨水管道和給水管道均位于復合地基以上，復合地基的承載力足以防止管道過量下沉，但土質含水率較高，碎石墊層和砂墊層材料透水性大，可作為良好的排水面，使基礎下面的孔隙水壓力迅速擴散，加速墊層下基礎的固結。而污水管道處于軟弱地基層內.由于攪拌樁之間的淤泥不能承重，將污水管中心線設于與某行攪拌樁中心線重合位置，同時對用作管道基礎的攪拌樁頂標高調整在基礎底位置。為了使受力均勻分布到樁基上，在管道基礎底層設置一層土工布。土工布是由聚丙烯、滌淪等材料制成的無紡布，常用于濕軟、沼澤地等基礎處理。其特點是機械性能好，抗拉強度大于或等于30MPa，抗彎強度大于或等于40MPa，耐疲勞，彎曲性好。閩南沿海地區工程中地下水往往滲有海水，土工布則電絕緣性能好，化學性能穩定，耐腐蝕.由于攪拌樁與樁之間的淤泥飽含水分，在制作混凝土條形管道基礎時，需先鋪墊碎石墊層作為透水層。在管道槽底整平后先鋪設一道土工布，再將碎石倒入，可防止碎石陷入淤泥，使得下一道工序倒制混凝土基礎時，能形成一條完好的碎石墊層，這樣，確保了管道基礎的質量。

2 加固墩的設計

在軟土地區由于地基比較松軟，當水流通過承插式接口的彎管、縮管及管堵頂端等時，產生的外推力可能大于接口所能承受的力,為了防止接口產生松動脫節(使管線漏水或產生縱向位移)應在這些部位設置支墩。現代城市各類基礎管線基本上都是埋入地基,參與綜合的管線種類較多,管線之間的凈距很小(僅能滿足最小凈距要求),這時若設置支墩,勢必造成位置不夠。對此可通過設置加固墩來解決,即在適當的距離和管道轉彎前后處轉換一節鋼管,在鋼管上焊接翼環,利用翼環和混凝土之間的剪力以及加固墩和土壤之間的摩擦力來克服外推力(如圖1所示)。彎頭及三通等采用鋼制管件與鋼管焊接,利用鋼制管件的良好剛性將外推力轉換為翼環和混凝土之間的剪力。為了減小加固墩的體積,采用松木樁來增大土壤摩擦系數(f)。值得一提的是,除了應在轉彎和三通等處設置加固墩外,在直線管段也應適當設置加固墩,具體做法是:計算管道的外推力；按照《給水排水工程結構手冊》的設計原則計算底面摩擦力(T)；按G=kT/f計算整個加固墩的重量,由于設置了松木樁,取f=0.6,k≥1.5;按所設置加固墩的數量來確定每個加固墩的尺寸。

圖1 加固墩的構造

3 穿管井的設計

由于建設用地為回填地,地勢平坦,加之降雨強度大，而河底標高又較淺,雨水均為淹沒出流,在計算雨水管道時一般傾向于選擇較大管徑和較小坡度,以避免因出水口標高低于河涌底而產生淤塞。如某地區地坪標高為河基2.3～2.6m,內河涌平均水位在河基1.2m左右,河涌底標高在河基-0.1～0.5m,雨水一般遵循就近排放原則,出水口標高經常略高或低于河涌底標高,需要對河涌進行清淤處理。管線交叉避讓時,既要考慮不能讓雨水管出水口淤塞,又要考慮由污水管下降(避讓大口徑雨水管)引起的下游管段施工費用和難度的增加,所以當雨、污管線交叉時,一般采用污水管直接從雨水井中穿過的方式(尤其是當較小管徑的污水管與較大管徑的雨水管相交時)。穿管井的構造如圖2所示。

由于河涌水位較高,雨水管一般為淹沒狀態,設計時除考慮放大井徑外,還要留有一定的沉砂深度,以方便清掏。考慮雨水檢查井較大,穿管時污水管一般采用剛度較好、管段較長的玻璃鋼夾砂管。

4 合理選用管材

4.1 給水管材

鋼筋混凝土管抗壓、耐腐蝕性能好,但質量大,對管道基礎的要求高,處理不好易導致管道產生不均勻沉降,造成承插口處膠圈的滑脫。因此在車行道和道路交叉口等地方宜選用鋼管,接口采用焊接(在爆管時具有維修迅速、方便的優點)。新型HDPE管除在強度上比普通塑料管有所提高外,還具有連接可靠、不泄漏、質量輕等優點,但它對安裝技術要求較高。從造價方面來看,鋼筋混凝土管較便宜,HDPE管在管徑≤DN400時較為經濟,DN400以上則造價較球墨鑄鐵管高,因此一般采用HDPE管、鋼管和球墨鑄鐵管聯用,采用原則:當管徑>DN400時采用球墨鑄鐵管,當管徑≤DN400時采用給水用HDPE管,在過路、過橋或地基軟弱的地方則采用鋼管。

圖2 穿管井的構筑

4.2 排水管材

塑料排水管內壁光滑、水力性能好、接口不滲漏,但工程造價較高。考慮到雨水一般就近排放,其管道埋深不大,而管徑卻往往較大,習慣上對雨水管道仍選用鋼筋混凝土管。由于地基差、淤泥上涌的情況多,在施工中采用較重的鋼筋混凝土管和混凝土基礎對防止管道上拱也有一定幫助；污水管的埋深一般較大,在工期短和軟基的情況下,若采用常規的混凝土排水管則常常會由于沉降不均勻而拉裂污水管,此時可采用電熔或熱熔連接的HDPE管,以保證接口不滲漏。在需要進行頂管施工時,則采用頂管專用鋼筋混凝土管并進行相應的管基處理。

5 管基處理

5.1 給水管道基礎

給水管的埋深較淺(覆土厚度一般在1m以內),當人行道和非機動車道與機動車道同步建設時,管基范圍內為人工填土和沖填砂層,土質雖松散,但較均勻,采用普通的砂墊層基礎即可,地基稍軟弱的地方則需進行換土回填或采用混凝土基礎 (見圖3)。一般地段管道墊層厚度為100mm,墊層料為粗砂,管槽基坑按設計標高準確開挖,如超挖則應采用均填粗砂處理;如遇基坑為淤泥和虛土時則應挖除淤泥及虛土,并回填厚度為0.3m的粗砂

圖3 砂基礎和混凝土基礎

當遇到人行道和非機動車道建設比機動車道建設推遲的情況時,管線會經過一些未堆填的地塊(往往是魚塘)或淤泥層,這時則要根據現場的情況采取一定的基礎處理措施,如打松木樁再換土回填等(如圖4所示)。過河沉管段的管底標高以下50cm左右則需用大片石拋填,并以碎石和砂找平。

圖4 基礎處理

5.2 排水管道基礎

5.2.1 雨水管道

當直徑≥1000mm時應在基礎底標高面再往下挖棄50～80cm厚軟土,然后回填石渣作管道基礎,換土寬度為基礎兩邊各加50cm；當直徑<1000mm時應在基礎底標高面再往下挖棄30～50cm厚軟土,然后回填石渣作管道基礎,換土寬度為基礎兩邊各加30cm。

5.2.2 污水管道

在一般土質情況下采用300 mm厚中粗砂作基礎,其寬度與溝槽同寬。當遇到土質差的情況時,應在基礎底標高面再往下挖棄50cm厚軟土,回填石渣后用不小于10cm厚的粗砂找平,換土寬度為基礎兩邊各加30cm。對于目前的道路建設而言,甲方所給的工期都很短,施工單位為了趕工期,常在管道上方填土厚度不夠30cm時，使用壓路機壓實路基。另外,軟基處理的效果對管道沉降的影響較大,以往普遍使用的袋裝砂井排水固結法、靜壓排水固結法和深層攪拌樁膠結法等,在實際中均因施工工期短而不能滿足預壓期要求,路基施工后的沉降較大。為了應對這種情況,有時會將管線標高預抬高20～40cm,待管線沉降穩定后再施工路面。

6 結束語

綜上所述,市政給排水管道一般是順路敷設，當道路基礎遇軟弱地基時，都要對地基進行加固處理。在敷設管道時應充分利用道路對地基的處理成果，根據管道的埋深、輸送的介質、工作壓力及承受壓力、管徑以及工程造價、工程進度等幾個方面具體情況具體分析；并結合管道的具體平面、縱向位置，適當調整該處的道路基礎，以滿足管道安裝所需條件。當給排水管道穿越軟弱土地區時，除進行適當的地基處理外，還應采用柔性管道接口，以增強其變形能力。管道的全線柔性連接，是構成優良管道結構的首要條件，這樣，各種外力作用下管節產生的縱向彎距才能為其最低值，管道才能處于穩定的靜態工作條件正常輸送運行；利用土工布以及碎石、砂做管道基礎的墊層，作為防水、排水面；管材應選用防腐性能好的產品，并對回填土進行嚴格控制，滿足設計要求。

[1]牛建平.不良地質條件下管道基礎處理與施工[J].給水排水，2001.08.

[2]王明杰.灰口鑄鐵給水管道頻數破裂漏水的探析[J].給水排水，2001.11.