沟槽开挖、回填与管道基础在设计中的应用

卢向雷/新疆市政建筑设计研究院有限公司

沟槽开挖、回填与管道基础在设计中的应用

卢向雷/新疆市政建筑设计研究院有限公司

【摘 要】城市给排水管道的质量决定了城市给排水的方便程度与安全程度。因此，管道的设计在根本上要从细节上注意，确保工程质量。因此，对于沟槽开挖、回填与管道基础设计要从细节问题入手，进一步提高设计水平，确保工程质量。

【关键词】沟槽开挖；回填；管道基础；设计；应用

给排水管网是城市市政工程的重点项目，关系到了城市中各项工作与居民生活的正常运行，沟槽开挖、回填与管道基础是管网建设的基础，在设计上的完善，可以减小返修率，延长管网寿命，进而方便人们生活，确保人们安全。

一、沟槽开挖、回填与管道基础设计概述

（一）沟槽开挖、回填设计概述

市政给排水管道沟槽开挖设计工作分为确定断面形式与断面尺寸两个方面。确定沟槽断面形式与断面尺寸是否合理，决定了施工是否安全，也是管道施工质量的基础。

沟槽断面的确定内容要从土的种类、地下水位、管道断面尺寸、管道深度、开挖方式选择及现场环境等因素来综合考虑。沟槽断面形式一般分为直槽、梯形槽、混合槽等。应用最广泛的为直槽和梯形槽。直槽一般应用在老旧城区改造、管线附近障碍物多等不宜大面积开挖处。直槽为了施工安全，一般需要在槽壁进行支护处理。梯形槽主要用于管线附近障碍物较少处。

沟槽断面尺寸由深度、底宽、边坡坡度以及留台情况来确定。深度是由管线的用途以及整体铺设设计决定。底宽由管道直径与两边所需的最小工作面宽度进行确定。管道单边最小工作面宽度根据管径不同而不同，一般管径≤500时不小于300mm，500＜管径≤1000时不小于400mm，1000＜管径≤1500时不小于500mm，1500＜管径≤1800时不小于600mm，另管道有现场施工的防水层时单侧工作面宽度不应小于800mm。边坡根据土壤类别、地质条件以及坡顶荷载情况确定，一般为1：0.1-1:1.5，当遇到特殊地质时需要进行仔细计算确定。部分管道（如地势平缓处的排水管道）由于埋深较深，无法一次开挖，需进行放台处理，放台深度及宽度一般由开挖机械种类、性能等具体确定。

沟槽回填质量直接影响到管道工程质量。沟槽回填设计要点为回填材料和回填压实度。

为了保证管道不被尖锐物破坏和保证压实度符合要求，管道管顶以上500mm且不小于1倍管径处至沟槽底部需用符合要求的原状土或中、粗砂、碎石屑、最大粒径＜40mm的砾石进行回填。严禁回填垃圾、冻土、烂泥及就地取砂后的筛余土。管道管顶以上500mm且不小于1倍管径处至地面处回填材料根据地面实际情况进行确定，当地面为道路时需根据道路要求进行回填。沟槽回填压实度是否达标，是管道是否可以正常运行的首要条件。沟槽回填压实度不达标时，往往会造成管道上方地面的不均匀沉降或管道发生位移、不均匀沉降从而导致管道无法正常运行。沟槽回填压实度一般要求为，管顶至沟槽底部压实度不小于95%；管顶至管顶上方500mm且不小于1倍管径处（管顶正上方）压实度不小于85±2%；管顶至管顶上方500mm且不小于1倍管径处（管顶上方两侧）压实度不小于90%；管顶上方500mm且不小于1倍管径至地面处压实度不小于90%，如地面为硬化道路则根据道路要求确定压实度。另沟槽回填需进行分层回填密实，压实后每层厚度为100～200mm。

（二）管道基础设计概述

管道基础的主要作用是将管道较为密集的荷载力均匀的分布，以此减少地基单位承受的压力，防止管道发生不均匀沉降。管道基础一般分为砂石基础和混凝土基础。管道基础形式选用时，应根据工程地质、地面荷载、施工条件、设计管径及管道埋深情况确定。

砂石基础，这种基础适用于在天然土弧不可以很好的和管道弧度相互吻合的情况，而且地基承载力较高的时候，可采用砂石基础进行稳固。砂石基础可选用的材料有天然级配砂石（其最大粒径不宜大于25mm），中砂、粗砂，级配碎石、石屑（其最大粒径不宜大于25mm）。管道支撑角的度数为90°～180°之间。由于化学建材管道宜被尖锐物损坏，故化学建材管一般选用中、粗砂基础。

混凝土基础，这种基础适用于在管底的原状土地基的承载力较低的时候，但管道本身没有很好的抵抗不均匀沉降能力，可以采用混凝土基础，前提条件为：管道地基支撑强度大于管道的土压力、地面车辆荷载、管道自重和管道内水重等作用在地基上的总荷载。浇筑混凝土时必须注意混凝土和管底外部的形状密切吻合，支撑角的度数为90°～180°之间。管径较小的时候可以使用素混凝土基础，管径较大时需要在混凝土基础浇筑时配置定量的钢筋，在管道柔性接口部位的现浇混凝土基础应用变形缝分离。

当遇有湿陷性黄土、膨胀土、多年冻土、液化土、软土等地基时，管道基础还需做专门处理。

二、常见不良地基基础应对技术

（一）湿陷性黄土地基基础应对技术

天然黄土在自重压力和附加压力的作用下，受水浸泡后，内部结构迅速破坏，发生显著的湿陷变形称为湿陷性黄土。若这种黄土作为管道的地基，湿陷变形会对管道带来不同程度的危害：沉降、坼裂、倾斜、严重影响其安全和使用年限。

常用的湿陷性黄土地基处理方法主要有强夯法和在管道基础下做3:7灰土垫层。

强夯法在处理湿陷性地基时效果非常明显，对于湿陷性黄土地基的稳固和强化有很好的作用。一般情况下，当夯击能力达到1000kN～2000kN的时候，可以消除夯面以下6～9m的深度地基。但是强夯需要沟槽断面较大，对于管道来说需增加开挖断面增加土方量。

3:7灰土垫层法作用机理是3:7灰土中未熟化的生石灰吸收水分，使土层中的含水量降低，增大土层土粒间的凝结效果，同时生石灰在吸水过程中放出热量，使土层含水量进一步蒸发，能使基础周围形成一种硬壳，达到加固地基的目的。3:7灰土基础一般为在管道的常用基础下加设300mm厚的3:7灰土垫层和150-300mm厚的土垫层。

（二）地下水位的应对技术

地下水位较高的地区土层都具含水量高，孔隙大，压缩性强和渗透性较差的特点，具有明显的结构性和特殊的流变性等。根据弱土层的地基处理方法，我们可以分为以下几种：换填土层法、排水固结法、置换及伴入法和土木聚合物等办法。常用方法为换填土层法和置换及伴入法。换填土层法就是将地基下面一定深度的软弱土层挖掘出来，回填一些强度很高的碎石和砂石等强度很高的材料，以此来提升土层的承受力。其作用在于：第一，提高浅土层的基础承载力。因为地基中的剪切破坏来自于地面，伴随着应力的增大开始了纵向的发展，所以抗剪程度很高的砂石可以很好的置换基础下面的软弱土层，减少地基的破坏。第二。防止冻胀、因为粗颗粒的垫层材料的孔隙非常大，不易产生毛细血管的现象，所以可以很好的防止在寒冷地区造成冻结和胀破现象。第三，加速软弱土层的排水固结。砂石等垫层材料的透水性能非常的强，软土层受到压力之后，垫层就可以很好的将基础下面的水压力迅速排解和消散，很好的提高了垫层下面的软弱土层的固结能力和强度，将地基发生塑像破坏的几率降到最低。置换及伴入法就是我们俗称的抛石挤於法，当管道基础下的淤泥层厚度较大而无法进行换填时，常常采用抛石挤於法进行处理。用尺寸均匀的卵石抛入至淤泥层中并压实，直至管道地基强度达到设计值。

（三）粉质砂石地基应对技术

当我们遇到的晚起冲击物形成的土层，岩性是黄色的低液限粘土，这种土层结构非常松散，表层属于发育性的植物根系，厚度为0.8m以下，其下面是粉质砂石，部分地区还有低液限粘土透镜体，结构也是十分松散，主要的成分是石英和云母。针对这样土层的处理办法为：施工之前需要对附近的河道进行疏导和引流，引流完之后再进行排水和降水，等到地下水位降到距离开挖底面有60cm的时候在进行管沟的施工，在开挖时不允许停止排水和降水，目的是为了防止流沙现象的出现。 挖完之后在开挖的地方换填60cm厚的砂石进行基础处理，以此提高地基的承载力度。

三、总结

沟槽开挖、回填及管道基础质量直接决定了给排水管道的质量，城市的给排水管道直接反映了一个城市的经济发展情况，在建设和维护的过程中也反映了一个城市的文明程度。城市给排水管道的建设直接关系到整个城市经济的建设和发展，所以对于给排水管道的设计质量必须严格把控，才可以建设更加优质的管道系统。

参考文献：

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[2]罗宇生.夯实法处理湿陷性黄土地基的效果[J]，陕西建筑.2005,（05）.

[3]刘丽红.浅谈市政工程沟槽开挖设计及工程质量技术措施[J]. 价值工程. 2011(32).