市政给排水管道遇软弱地基的设计要点及处理方式

宋 萍

武汉恒诚市政工程有限公司 湖北 武汉 430000

正文：

近些年来，城市发展逐渐加快，居民生活在越来越便捷与提高的同时，对市政工程建设也提出了新的要求。特别是市政工程中的给排水管道建设，关系到城市用水与排水，与居民的生活密切相关，对居民对生活质量有着重要的影响。在复杂的施工环境中，要面对的实际问题很多，这些因素往往会对施工质量以及日后的实际使用产生一系列的影响，科学处理是保证工程可靠性的必然要求。软弱地基就是一种很常见的给排水管道施工中的情况。针对这种状况，市政给排水管道的施工过程中既要做到对给排水管道设计的把控，又要运用有效的方法对软弱地基进行处理。

1 软弱地基的构成及相关特性介绍

1.1 软弱地基简介

软弱地基是指主要构成成分为淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层的地基。这种地基的主要特点就是天然含水量很大，承载力较低，在荷载作用的影响下容易产生滑动、固结沉降等问题。根据《建筑地基基础设计规范》7.1.1规定，软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。当地基压缩层主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成时应按软弱地基进行设计。在建筑地基的局部范围内有高压缩性土层时，亦应按局部软弱土层考虑。通常在工程设计与地基处理之前，在工程地质与水文地质的勘查阶段应该对软弱土层的情况做出详尽的勘查，对软弱土层组成成分、分布范围、厚度、均匀情况、成因、持力层位置以及其物理性质与化学性质都应该有较为准确的把握。对软弱土层不同的构成成分还应该有不同的勘查要点，例如当构成成分多为充填土时，应该着重估测其均匀性和排水固结条件，当构成成分多为杂填土时，应明确其自重下稳定性与湿陷性，必要时还应查明堆载年代。工程设计与施工处理都要以勘查结果作为重要的依据。

1.2 常见几种软弱土的主要特性

1.2.1 淤泥及淤泥质土

这种软弱土最大的特点就是含水量高，往往能达到40%-90%，天然孔隙比往往大于或等于1.0，在我国东南沿海，例如天津、上海、宁波、福州、杭州等地区分布较多。主要工程特性是抗剪度低、压缩性高、透水性低、具有触变性和流变性等等。在给排水管道工程中，最主要的影响问题是由于地基承载能力低导致的地基沉降幅度大以及不均匀沉降。

1.2.2 冲填土

主要由水力充填泥沙沉积形成。主要特性是含水量大，压缩性高，强度低。充填土的颗粒组成与排水固结条件对工程性质都有比较大的影响。如果充填土的含砂量多，就不算软弱土，而如果粘土颗粒含量较多，在强度和压缩性方面的表现就会比较差，需要进行相应的处理。

1.2.3 杂填土

杂填土往往含有大量的建筑垃圾、生活垃圾或者工业废料等杂物，因其含有的杂物种类比较复杂，性质也有着比较大的差异。这种土质最主要的特性就是结构松散、均匀性很差、承载力较低、压缩性高，存在浸水湿陷的问题。这种土质在给排水管道工程施工中需要进行比较复杂的勘测与处理，因为即便距离很近的两处施工地点，如果主要构成成分是杂填土的话，压缩性和承载力都很可能存在很大的不同，因此需要进行较为细致的估测与处理。

1.2.4 其他高压缩性土

例如松散粉细沙、湿陷性黄土、膨胀土、盐渍土、红粘土以及季节性冻土等特殊土等等，也属于需要进行地基处理的软弱地基范畴。

2 市政给排水管道遇软弱地基时需主要考虑的影响方面

2.1 地基强度低，稳定性不足

地基在市政排水管道施工中具有重要的作用，地理位置的差异和地质环境的不同都会对工程稳定性与工程质量产生不同的影响。特别是由于不同地质环境下的剪切力的不同，处理不好就可能对施工造成一定的制约。在给排水管道的施工过程中，要对地基进行准确分析，准确估测地基的剪切力与荷载强度，这样才能选择更适宜的管道位置。需要注意的是，在施工过程中施工人员必须严格按照施工标准进行详细的考证，因为即使两处施工地点相差很近，地质环境与强度也很可能存在或大或小的差异。常有经验不足的设计人员疏忽了这一点从而导致地基施工的稳定性受到影响。

2.2 不均匀沉降造成的影响

由于软土特性的影响，地基的不均匀沉降是软土环境下的管道发生事故的主要原因。在实际施工中，也常常出现由于管道的基础条件较差而导致的管道和基础出现不均匀沉降的问题，一般会导致管道渗水或漏水以及局部积水，严重时可能导致管道的断裂或借口的开裂。如果没有有效的设计与施工处理方式进行质量把控，就可能导致管道的抗压力不足，进一步导致管道间的承载力存在缺陷。这些问题直接影响到工程的质量与使用寿命。在使用过程中，在地质剪切力和地质沉降等因素的影响下，管道极易出现挤压变形的问题。管道之间地质环境的差异是导致这些问题的主要原因。地质差异的不均匀性造成不同程度的沉降限度值，进而导致管道的沉降限度变化，当不均匀沉降的值超过了限定的可承受的范围，就会使得管道因无法承受压力而沉降或变形。当这些问题发生在管道之间的接口处，常见的后果就是管道脱节。对不均匀沉降问题如果不能做出有针对的设计与处理方法进行把控，会在管道投入使用后因其导致的一系列问题造成大量的人力物力的损耗，管道的使用寿命也会受到较大程度的影响。

2.3 水渗透影响施工质量

给排水管道施工中对水渗透度的允许限制有特定的要求，当超过限制，过多过大的水渗透量通常会导致两个后果，一是给排水管道的腐蚀，二是水量的过度流失。这不仅仅会很大程度上影响管道的使用寿命，还会使工程投入使用后的效率大打折扣。因此，在管道的设计与施工过程中，要对水渗透的问题有一个较为明确的控制。在软弱地基的地质条件下，水渗透问题要格外严重。水渗透问题与地基的软弱程度与地基的所在部位都有密切的联系，管道的不同材质也会对水渗透造成不同程度的影响。在给排水管道的设计与施工中，主要是从这几个方面对水渗透度进行控制。

3 软弱地基下给排水管道的设计要点

考虑到影响给排水管道施工质量的各种因素，结合软弱地基的主要特性，在进行给排水管道的设计时应该进行相应的把控。

3.1 综合设计，统筹规划

笔者认为在给排水管道的设计上，应该具有整体性、层次性、结构性和动态性。近些年随着工艺与技术的不断进步，越来越多的新工艺与新技术开始应用到给排水管道工程中。愈加繁琐的施工流程对设计人员与建设人员都提出了更高的考验。在这种情况下，设计阶段就应该根据市政排水工程的整体规划做出统筹设计。从给排水管道的选址、选材到工程造价、管道设计、管道流通量、管道掩埋深度等方面，都要进行整体的考量。设计阶段必须按站在较高的维度上，以一个更广阔的视角对整个工程进行整体的把握，同时对各个环节可能出现的问题进行有层次的应对，并且结合施工过程中出现的实际问题进行动态的调整。

3.2 工程建设中的各项参数精确性

对给排水管道工程设计中各项参数的精确设定是保证管道工程完整性和有效性的关键所在。一方面，在对施工地质进行勘测的过程中，就应当对地质的主要构成及特性，特别是软弱土层的组成成分、土层的分布范围、土层厚度、土层均匀情况、软弱土层成因、持力层位置、物理性质化学性质等等做出准确的把握，对软弱地基所能承受最大荷载与管道所需承受的拉伸力有精准的把控。在整体设定之后，再根据后期施工中的实际参数进行相应的微调，确保各项参数指标可以应对使用中可能出现的问题。另一方面，在市政给排水管道的施工过程中，应对混凝土的配比、搅拌机输浆量的计算、焊接参数、材料性能等进行优化设计，有效保证施工过程的合理性与材料投入的集约，这对成本控制与工程质量都能产生较为积极的影响。

3.3 软弱地基的处理

对软弱地基的有效处理是市政给排水管道施工质量的保证。有效的处理要建立在准确的勘测上，针对软弱地质实际中出现的淤泥及淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层所表现出的不同含水量、压缩性、强度、均匀性、排水固结条件等要进行相应处理。例如，通过特定配比的水泥采取填充的方式处理软弱地基，对压缩性高的地基可以采取施压的方式将其压实等等。处理方式在设计阶段就应该有明确的方向了，这既要求勘测人员的谨慎负责，确保勘测的准确性，又要求设计人员有充足的经验，对各种软弱土质情况都有深入的了解以及应对方案。如果由于勘测的疏忽或是设计方面的失误，在实际施工中发现不合理情况，应当及时对设备与施工工艺进行灵活有针对的调整，确保整个施工过程的动态性。

4 施工中软弱地基的处理方式

4.1 深层桩搅拌及碎石砂铺垫

深层搅拌桩是一种对软弱地基较为简单便捷的处理方法。因为软弱地基通常强度较低，稳定性差，常常出现下部位置难以承受上部荷载的情况，进而导致不均匀沉降影响工程质量。通过加设搅拌桩可以较为有效地解决给排水管道施工中的地基强度与稳定性的问题。这种处理方式是通过将搅拌桩置于给排水管道下方，通过地基的复合作用来提高对给排水管道的承载力。经过搅拌桩处理之后软弱地基的稳定性会有明显的提高，大大减少不均匀沉降的发生概率。针对软弱地基含水量高而导致结构脆弱、抗形变能力差的情况，要采取碎石砂铺垫的方式处理。具体操作方式是，在施工过程中在给排水管道底部铺设碎石层与碎砂层，通过碎石与碎砂的特性来对地基进行加固，有效提升地基强度。这种处理方式可以和井点排水的方式结合使用，即通过设置井点的方式利用空隙压力的排挤排除地基中过多的水分。通过这几种方式的结合，对软弱地基中的水含量进行降低，并且为施工的基础性固结创造更好的条件。因为搅拌桩技术的应用场景往往是软弱土层主要构成成分为淤泥的高含水量土层施工，想有效提高承载力要确保搅拌桩的中心线与排水管道的中心线重合，将搅拌桩顶部标高，对基础底部加设牢固。

4.2 管槽开挖技术处理方法

管槽开挖也是针对软弱地基的常用处理方式。这种处理方式首先要进行支护准备，采取分台阶放坡的手段进行，避免开挖阶段搅拌桩出现剪短的现象。在实际施工时，管槽第一层开挖的深度应该确保不超过1m，挖掘的宽度应该不超过2m。在管槽挖掘时，只有第一层开挖可以使用机械设备，之后各层都应采用人工作业，且后续的开挖应将挖掘深度控制在不超过0.75m，挖掘宽度不超过2m。挖掘层数要视管道的掩埋深度而定，严格禁止超挖的情况。通常要遵循槽沟底部宽度不超过混凝土垫层的宽度加0.8m，这也是为以后的人工操作与排水工作提供便利。除此之外，为了保证搅拌桩支撑体系充分发挥作用，确保软弱地基下的稳定性，要在每根搅拌桩旁边设一根4m长、小头直径0.1m、撑板厚0.05m的木桩来对搅拌桩进行保护。

4.3 增设加固墩方法处理

固墩的加设也是解决软弱地基的有效方式。排水管道正常的运转中流水会使其受到一定的外推力，如果没有接入承插式结构缩管、弯管以及三通，这种外推力就会更加明显，使接口处的受力超出限定值，导致管道变形，严重时将导致管道脱节。 针对这种情况，在管道接入以及管道间进行连接时，可以采取增设加固墩墩方法提高稳固性，有效支撑弯管、结构缩管与三通位置的受力，与地基共同分散这些部位的压力，使给排水管道的稳固性有较大幅度的提升。这种处理方法并不复杂，但是在位置的选择上要比较谨慎。在应用上要进行科学合理的设计，综合考虑软弱地基的成分结构与管道布施状况，对增设位置和加固墩参数都进行精确的设计，有效提高市政给排水管道施工质量。

结语

软弱地基在给排水管道的施工过程中还是比较常见的，虽然对工程会产生的影响比较大，但是处理起来并不困难。本文介绍了给排水管道在建设中会遇到的软弱地基的基本情况，对其成因与特征进行了说明，并且探究了软弱地基对实际工程的影响，针对这些提出了一些在工程设计与施工过程中常用的解决方法，希望能为我国市政给排水管道工程建设提供有价值的帮助与参考。