沟槽软土基础开挖及稳定性分析

张鹏飞

（山西省漳河水利工程建设管理局，山西 长治 046000）

沟槽软土基础开挖及稳定性分析

张鹏飞

（山西省漳河水利工程建设管理局，山西 长治 046000）

软土土质沟槽开挖不妥，常出现边坡滑坡、塌方以及基础不均匀沉降等问题。为保障管线质量及施工安全，制定了完善的沟槽开发方案及基础处理方案。提高了管线工程沟槽开挖、支护的安全性、经济性，加强了沟槽的稳定性，保障了工程的进度和质量。

软土基础；沟槽开挖；稳定性

软土土质属管线工程中常见的土质类型，它给管线沟槽的开挖施工带来了不同程度的危害，比如沟槽开挖过程中出现的边坡滑坡、塌方及基础处理不妥导致的基础不均匀沉降等。为保障施工安全及质量，需要制定完善的沟槽开发方案及基础处理方案，以保证施工的进度、安全及质量。

1 软土基础物理性能及破坏机理

1.1 物理性能

软土主要由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质组成，具有以下物理性能。

软土的压缩系数一般在0.5～2.0 MPa-1之间，最大可达4.5 MPa-1；软土的天然含水量大于30%，顺河段或穿河段软土的含水量变化幅度更大，有时可达70%或200%；软土的空隙比大，天然空隙比大于1，顺河段或穿河段甚至达50～60；透水性低，其中垂直方向的渗透系数一般约为10-7～10-9 cm/s，水平方向约为10-4～10-5 cm/s；抗剪度低，软土的内摩擦角接近于零。

1.2 破坏机理

软土不良的工程力学特性，有着极大的破坏作用。

软土基础的高压缩性。在顺河段、穿河段压缩性分布不均，导致基础不均匀沉降、承载力消失，影响管道安装稳定，容易造成管道的脱节。

软土基础的剪切破坏。基础的抗剪强度难以满足管道及其附属建筑物所增加的静、动荷载，造成剪切破坏，形成相邻基础局部隆起；沟槽两岸软土承载力无法满足软土自身及设备的重力，造成局部或者大范围的垮塌、滑坡。

高空隙比和含水率。使软土基础在承载过程中发生排水固结，造成不均匀沉降，使管道及附属建筑物局部产生过高的剪切应力，造成管道和建筑物的破坏。

2 沟槽地质处理及施工方案

2.1 沟槽开挖及支护

沟槽断面的选取，需考虑以下因素：土的种类、地下水位、管道断面的尺寸、管道埋深、沟槽开挖方法及施工环境等[1]。输水管道的沟槽开挖断面常用的形式有直槽断面、梯形槽断面、混合槽断面和联合槽断面等，其中联合槽适用于同时将两条或两条以上的管道安装在同一沟槽内[2]。沟槽断面尺寸的影响因素有开挖深度、底槽宽度、槽边坡坡度及槽层与层之间留台宽度[3]。开挖深度是根据设计图纸中管线埋深确定的，槽深决定边坡坡比及机械开挖方式。开挖深度加大，土体稳定性降低，需加大坡比或者修筑马道进行二次开挖，输水管道沟槽开挖的深度最大可达7～8 m[4]。

针对软土土质的沟槽开挖，主要保障边坡稳定，防止崩塌、滑坡的发生。常用的施工方案有放大边坡大开挖、加大边坡修筑马道二次开挖、槽壁支撑等。

2.1.1 放大边坡大开挖

特点是施工技术含量低；增大开挖量，增加工程投资；需要征用大量土地堆放弃淤。2.1.2 加大边坡修筑马道二次开挖

主要用于开挖沟槽深度较大，软土土质相对较好的情况。特点是施工技术含量低；施工危险性较大，大型设备需要站立在马道进行二次开挖，容易造成上下边坡的滑坡；需征用大量土地堆放弃淤；后期土地恢复成本较大。

2.1.3 槽壁支撑

槽壁支撑方式，须依据土质、工期、施工季节、地下水位、沟槽深度、开挖宽度及施工环境等因素确定。属临时性支护，地下工程施工完成后槽壁支护体系即需要拆除[5]。

支撑可以减少开挖方量，缩小占地面积、减少拆迁、保证施工安全。缺点是增加施工投资、延长工期，不同的支撑方案投资额相差较大，应合理分析实际情况，选择合适的支撑方式。

槽壁支撑种类：稀撑又称断续式水平支撑，将若干撑板竖贴沟槽槽壁，竖梁靠在撑板上，横撑撑在竖梁上。适用于黏性土且无地下水，开挖深度比较大，地面上构筑物临近沟槽等情况[6]。横板密撑又称连续式水平支撑。支撑方式和稀撑基本相同，但撑板呈水平紧密排列。适用于土质较差，有轻度流砂，挖掘深度3～5 m的沟槽开挖。立板密撑又称垂直支撑，支撑与拆除都比较方便。钢轨抗滑桩，桩柱穿过滑坡体深入滑床，以支挡滑体的滑动力，稳定边坡。用于沟槽边坡中上部，对失稳部分进行抗滑处理。钢板桩支撑，指沟槽开挖前，将钢板桩打入地基内防止开挖后边坡坍塌的措施。适用于沟槽开挖深度较大、地下水位较高的情况。拉森钢板桩，是一种新型材料，用于水利工程的沟槽开挖，比普通的钢板桩支护性能好，适用于沟槽边坡土质为流态的情况。

2.2 钢板桩支护施工

钢板桩支护施工特点是施工简便、工序单一；施工快捷、工期较短；现场简洁、工作面少，后期土地恢复简单；适用于含水量大的淤泥～饱和软塑黏土。采用钢板桩进行施工，进度快，投资少，能确保工程质量和施工安全。

2.2.1 钢板桩的检查

对全部钢板桩进行外观检查，不符合要求的钢板桩要矫正，严重不符合的禁止使用。

对打入钢板桩有影响的焊接件及外漏的钢板头应予以割除；若钢板桩表面有较为严重的锈蚀，应测量其实际断面厚度，必要时在计算中要进行折减。

2.2.2 钢板桩的吊运及堆放

钢板桩装卸采用两端吊，每次起吊的钢板桩根数不能太多，注意保护钢板桩的锁口免受损伤。钢板桩堆放的顺序、位置、方向和平面布置均应便于施工。

2.2.3 施工工艺流程

放线确定管基线，确定打桩位，钢板桩打入，竖向围檩支撑，水平围檩支撑，开挖、基础处理和回填，支撑围檩拆除，拔桩。

2.2.4 钢板桩施工

基线确定，施工员定出管中心轴线，预留出工作面，确定钢板桩施工位置。

定桩位，按施工规范要求标明钢板桩的桩位，用撒灰道确定。钢板桩施打采用单独打入法，利用反铲链接打桩设备，吊升第一支钢板桩，准确对准桩位，振动打入土中，使桩端进入选定的持力层中。吊下一个钢板桩，卡好企口，振动打入土中，直至沟槽两侧钢板桩帷幕完成。最后施打内侧工字钢加密桩。

竖向围檩。为加强钢板桩墙的整体刚度，沿每一施工循环段钢板桩墙全长设置围檩，在钢板桩墙内侧，间隔打入某型工字钢的加密桩作为竖向围檩，顶部与钢板桩齐平。

横向围檩。为防止围檩与开挖、管道安装形成交叉影响，在工字钢两端做好卡口，卡在桩顶对两侧钢板桩墙支撑。开挖、回填，围檩完成后即开始进行降排水、淤泥开挖、基础处理、管道安装和初步回填作业。横向围檩拆除，管道安装、回填等以上工序完成后，在横向围檩上连接钢丝绳，用长臂挖掘机拆除横向围檩。

钢板桩拔除，利用打桩机振动锤产生的振动扰动土质，将钢板桩拔除。

格栅石笼施工和回填施工等紧后工序。

2.3 软土基础处理

分析管道沟槽基础稳定性的因素，有土体的物理性质、软弱层厚度、软弱层地基承载力等。针对软土等不良工程力学特性，处理方法有换填垫层法、挤淤置换法、强夯法、强夯置换法、高压喷射注浆法、灰土挤密桩等。

换填垫层法，将软土基础开挖到设计底高程以下10～20 cm，回填抗剪强度较高、压缩性较小的材料，如碎石、石渣等。将换填段分层碾压夯实。特点是投资较少，适用面广、施工简便，且能有效的形成双基础，扩散基底压力，减少沉降。

挤淤置换法，通过抛大量片石或夯实回填碎石置换淤泥，达到增加地基承载力，防止剪切破坏等效果。特点是工期较短，工序简便。

强夯法，采用重型夯锤从高处自由下落，软土基础在冲击力下密实，从而提高基础承载力。适用范围碎石土、砂土、湿陷性黄土，特点施工简便，施工周期长。

强夯置换法，采用边填碎石边夯实的办法形成软土、碎石及碎石垫层的复合地基。主要适用于黏性土、淤泥等。特点是施工简便，适合连续作业。

高压喷射注浆法，利用高压喷射设备，在地基中通过高压喷射流冲击基础，用浆液置换软土，形成高强度复合基础。特点是基础适用性强，工期较短，但其工程投资较高，不利于大范围作业。

灰土挤密桩，采用沉管法、冲击法在基础中设置灰土桩，在成桩过程中挤密桩间土，由挤密的桩间土、灰土桩形成复合基础，极大的提高了承载力。特点基础改善好，但适用性较小，工程投资大，工期较长。

3 结语

应用沟槽开挖、支护及基础处理技术，增强管线工程沟槽的稳定性。管线工程应结合现场实际情况，在软土地质相对好的工作面采用换填垫层法；在土质相对较差、承载力相对不足的工作面采用强夯置换法；在土质非常差、几乎没有承载力的淤泥土质段采取了挤淤置换法，以保障工程的进度和质量。

［1］李良训.市政管道工程［M］.北京：中国建筑工业出版社，1998：131-160.

［2］徐桂弘.管道沟槽边坡稳定性研究［D］.成都：西南交通大学，2007：59-71.

［3］徐松，王新浩，杜鹏.淤泥质黏土条件下PCCP管道的施工技术［J］.水利建设与管理，2012（6）:20-21+15.

［4］王明新，曲林.浅议市政给水管道沟槽开挖及回填问题［J］.科技创新与应用，2013（21）:139.

［5］范士强，邝兴云.沟槽开挖管道施工技术分析［J］.科技致富向导，2013（14）:402-403.

［6］曹拥军，刘玉敏.PCCP管敷设施工技术研究［J］.石油和化工设备，2011（6）:34-36.

U175.2

C

1004-7042（2017）09-0022-02

张鹏飞（1991-），男，2013年毕业于太原理工大学水利水电工程专业，助理工程师。

2017-07-19；

2017-08-24