沿海滩涂地区供水管道软弱地基的处理方法

摘要: 针对沿海滩涂地区土质松软,土壤含水量大、流动性强,渗透性差,地基承载力低的特点,结合沧州东部地区供水工程输水管线工程实际,提出几种行之有效的滩涂地区软弱管基处理方法。

关键词: 滩涂地区;管道;软基处理

沿海滩涂地区土质大多属于软弱的粘性土或淤泥质粘性土,也就是工程上所谓的“软土”。普遍具有、渗透性差、承载力低的特点。该类土质一般含水量均在30%～70%,甚至更大,孔隙比e>1.0;;内摩擦角φ接近于零,不排水抗剪强度一般小于20MPa;具有较强的触变性与流变性,施工开槽困难。

1 土质特点

沿海滩涂地区的软土一般具有如下特点。

1.1 含水量大、压缩性大。一般含水量在30%～70%,某些淤泥质粘土甚至高于70%,孔隙比e>1.0。压缩模量Es一般小于4MPa。

1.2 渗透性差。渗透系数低,垂直方向约10-7～10-9cm/s,水平方向10-4～10-5cm/s,由于其不透水性,在施工过程中降水难度很大。

1.3 抗剪强度低。该类土壤内摩擦角几乎接近于零,抗剪能力很差,不排水抗剪强度一般小于20MPa。

1.4 具有较强的触变性与流变性。施工过程中开槽对其扰动后易成泥浆状,流动性强,致使沟槽无法成形。

2 地基处理方法

工程中针对软弱地基常用处理方法主要有以下几种。

换填法

挖除浅层软弱土或不良土,分层碾压或夯实土,按回填的材料可分为砂(或砂石)垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰)垫层等。干渣分为分级干渣、混合干渣和原状干渣;粉煤灰分为湿排灰和调湿灰。换土垫层法可提高持力层的承载力,减少沉降量;常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。

该法一般适用于处理2m以下浅层软弱土层,最大不宜超过3m。适用于处理浅层非饱和软弱土层、素填土和杂填土等。

挤淤法

采用抛填大块毛石挤淤的方法,在地基中形成碎石墩体,上部铺设砂石或灰渣垫层,形成类似复合地基的型式,可提高地基承载力和减小变形。

该法适用于厚度较小的淤泥和淤泥质土地基,抛填时应使大块毛石尽量下沉至软弱土层底部,应通过现场施工条件确定其适用性。

排水固结法

该方法是通过人为对软土地基增加附加荷载,促使其逐渐排出孔隙水,使孔隙比减小,产生固结变形,从而增加土的有效应力和抗剪强度,使地基承载力增强。采取的主要方法有地面堆载法、真空预压法和井点降水法。排水固结法更适用于土壤自身有一定排水能力的土质类型,且要求工期较长,对于沿海滩涂地区的超高含水量、超低渗透性的淤泥土质该法实际效果不甚理想。

桩基

该法是以砂、碎石、生石灰的等材料以打桩形式置换掉局部软土,与未置换部分形成复合地基,从而提高地基承载力。根据置换材料的不同可以分为碎石桩法、石灰桩法、水泥粉煤灰碎石桩法等。该类方法可用于处理厚度较大的软土地基,且处理效果较好,缺点是投资较大、工期长,可用于局部软基处理,对于管线工程这类长距离带状工程地基经济性差。

注浆法

通过向淤泥质软弱地基中机械灌注水泥、生石灰粉等固化材料使淤泥地基胶结固化,从而达到增强地基强度的目的。该法适用于土质稀软的淤泥质地基,缺点也是投资较大、工期长,可用于局部加强处理。

加筋法

通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等提高地基承载力、减小沉降、或维持地基稳定。工程中常用的土工材料有土工网、土工格栅等各种高分子聚合材料。该法在滩涂地区的软弱地基中可作为一种辅助处理方法对地基加强处理,单独使用此法对地基进行处理,效果不理想。

3 东部地区供水管线工程地基处理方法介绍

沧州东部地区供水工程采用DN1200PCCP管双线送水,沿线均为养殖虾池、盐池及其边缘的滩涂地带。土质大都为软弱的粘土或淤泥质粘土,含水率在30%左右,饱和度80%～90%左右,土壤压缩模量Es在3～4MPa之间,地基承载力fak在70～85KPa之间。由于PCCP管自重较大(约9.6KN/m),且管道覆土普遍在2m以上,地基附加应力一般在均在90～120KPa以上,所以必须对原有地基进行加强处理。

施工过程中根据现场勘探情况对管道软弱地基采取了分段换填砂石垫层并采用土工格栅加强处理的处理方法,处理方法如下。

3.1 清淤。对于滩涂地段及虾盐池底部的淤泥层,进行清淤处理,将管道沟槽两侧3～5m甚至更大范围内的淤泥全部清除。对于局部的老河道地段,由于多年沉泥淤积,淤泥厚度达到10m以上,沟槽无法开挖成形,采取了“深开挖、大放坡、深换填”的处理方法。“深开挖”指尽量深挖淤泥层,一般开挖至管底以下1.5～2m左右;“大放坡”指沟槽土远置,减小堆土对沟槽的侧向压力,某些地段放坡系数系数甚至达到1:0.1;“深换填”指用杂填土(大块建筑垃圾)填充沟槽,填充宽度至管基两侧2m处。

3.2 铺设砂石垫层。清除淤泥或填充杂填土后,在其上铺设砂石垫层,厚度因地段而异,经计算一般在0.5～1m之间。碎石与砂质量比3:1,碎石采用20～40mm级配碎石,与粗砂按配比均匀混合,垫层密实度要求达到95%以上。管道两侧做90°砂石垫层包角基础。

3.3 铺设土工格栅。

在管底以下50cm处砂石垫层中铺设一层土工格栅对基础作加强处理,采用型号为TGSG35-35的双向拉伸土工格栅,纵(横)向抗拉强度35KN/m,宽度要求每侧宽出管道外边缘于1m。其上部按设计要求铺设砂石垫层。土工格栅加筋处理后有效缓解了管道对沟槽侧壁的挤压作用,通过与砂石垫层间相互摩擦阻力作用可使基础整体性增强,经测算可有效增强地基承载力约10%～20%左右。表1为沧州东部地区供水工程供水管线部分地段地基处理方案。

4 结语

沧州东部地区供水工程中,管道地基经以上处理后,经现场静力触探检验,地基承载力均达到150KPa以上,能够满足设计要求。

经以上分析,各种软基处理方法均有一定的适用条件,应根据具体地质情况和现场施工条件、工期要求、投资控制条件综合考虑采取一种或几种适宜的处理方法。对于沿海滩涂地区的管道软弱地基,换填法可能是一种最为经济合理的处理方法。

参考文献:

[1]吴邦颖 张师德 陈旭禄 等.软土地基处理[M]. 北京:中国铁道出版社,1996.

[2]郭继武.地基基础设计简明手册[M]. 北京:机械工业出版社,2007.

[3]张迪士 张德跃 张自然 等. 大口径PCCP管在软土地基中的应用[J]. 中国给水排水,2002,Vol.18:88-89.

作者简介:

平金同 沧州市供水排水集团有限公司,工程师; 出生年月:1976.12出生地:河北海兴;熟悉学科及课题:给水排水.