管線溝槽回填土密實(shí)度與自然沉降時(shí)間關(guān)系試驗(yàn)探究與總結(jié)

馮辰晨　劉瀚澤

(1.遼寧華寧招標(biāo)代理有限公司， 遼寧 沈陽(yáng)　110003;2.遼寧省水利工程技術(shù)審核與造價(jià)管理中心， 遼寧 沈陽(yáng)　110003)

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管線溝槽回填土密實(shí)度與自然沉降時(shí)間關(guān)系試驗(yàn)探究與總結(jié)

馮辰晨1劉瀚澤2

(1.遼寧華寧招標(biāo)代理有限公司， 遼寧 沈陽(yáng)110003;2.遼寧省水利工程技術(shù)審核與造價(jià)管理中心， 遼寧 沈陽(yáng)110003)

通過對(duì)大伙房輸水工程建安標(biāo)預(yù)留試驗(yàn)段已完成回填的溝槽土取樣檢測(cè)，分析不同時(shí)期回填土密實(shí)度變化情況，總結(jié)回填土密實(shí)度與自然沉降時(shí)間關(guān)系及不同類型回填土沉降后密實(shí)度變化情況，為管道溝槽回填施工的控制和檢測(cè)評(píng)定提供參考和借鑒。

回填料； 自然沉降； 壓實(shí)度

由于長(zhǎng)輸供水管線還沒有專門的回填技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，工程一般執(zhí)行《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50268)，而此標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于市政給排水工程，與長(zhǎng)輸供水管線的實(shí)際情況并不完全相符。因此，從工程實(shí)際出發(fā)，通過在預(yù)留試驗(yàn)段進(jìn)行取樣、試驗(yàn)、分析，研究長(zhǎng)輸供水管線不同時(shí)期回填土的密實(shí)度變化情況，總結(jié)回填土密實(shí)度與自然沉降時(shí)間的關(guān)系及不同類型回填土沉降之后密實(shí)度的變化情況，為管道溝槽回填施工的控制和檢測(cè)評(píng)定以及長(zhǎng)距離輸水管線回填施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考和借鑒。

1試驗(yàn)方法

1.1取樣方法

a.溝槽土方開挖采用挖掘機(jī)，人工輔助清理取樣部位，確保取樣部位的回填土不被擾動(dòng)。

b.全站儀或GPS定位，確定取樣部位的樁號(hào)和高程。

c.采用環(huán)刀法或灌水法獲取土壤樣本。

1.2試驗(yàn)方法

a.地質(zhì)工程師對(duì)所取土樣進(jìn)行土壤類別鑒定。

b.采用酒精燃燒法、烘烤法快速檢測(cè)土壤樣品的干密度。

c.現(xiàn)場(chǎng)開挖土樣，回試驗(yàn)室做擊實(shí)試驗(yàn)，確定回填土的最大、最小干密度。

1.3樣本分布及數(shù)量

每個(gè)回填施工標(biāo)段中具有代表性的地質(zhì)段(預(yù)留試驗(yàn)段)隨機(jī)選取一點(diǎn)作為取樣地點(diǎn)，由于管道中心線以下部位的回填料對(duì)管道支撐和穩(wěn)定起主要作用，因此試驗(yàn)取樣點(diǎn)原則上在管道中心線以下0.6m和1.2m位置各取1組，此部位位于回填I(lǐng)區(qū)下部，設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度為90%(相對(duì)密度0.7)。該次試驗(yàn)共取樣47組，取樣位置見下圖。

管道回填分區(qū)壓實(shí)度斷面圖

47個(gè)試樣取樣分布見表1。

表1　取樣分布

續(xù)表

2　試驗(yàn)結(jié)果

為保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，土樣的干密度、最大干密度檢測(cè)均在省級(jí)水利水電工程質(zhì)量檢測(cè)中心完成，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2　回填土密實(shí)度匯總

注表中帶“/”符號(hào)的為試驗(yàn)失敗，數(shù)據(jù)舍棄未用。

3　試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1密實(shí)度與自然沉降時(shí)間關(guān)系

根據(jù)表2，將自然沉降天數(shù)與密實(shí)度合格率進(jìn)行匯總，見表3。

以一年(365d)為一個(gè)沉降周期考慮，表3中沉降時(shí)間一年以上(序號(hào)8中的樣本沉降時(shí)間為341d，接近一年，按一年考慮)的土樣數(shù)量19個(gè)，合格點(diǎn)數(shù)15個(gè)，合格率78.9%，密實(shí)度達(dá)到95%及以上的點(diǎn)數(shù)為1個(gè)，占取樣點(diǎn)數(shù)的5%；一年以下的土樣數(shù)量25個(gè)，合格點(diǎn)數(shù)17個(gè)，合格率68.0%，密實(shí)度達(dá)到95%及以上點(diǎn)數(shù)4個(gè)，占取樣點(diǎn)數(shù)的17%。

表3　自然沉降天數(shù)與密實(shí)度相關(guān)關(guān)系

雖然該次試驗(yàn)所取得的樣本數(shù)量偏少，還不能確定沉降時(shí)間與回填土密實(shí)度之間是否具有某種函數(shù)關(guān)系，但從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，隨著沉降時(shí)間的增加，回填土的密實(shí)度呈增加的趨勢(shì)。

3.2不同類型的回填土沉降后密度變化的區(qū)別

通過對(duì)表2的數(shù)據(jù)比較分析，可以看出含砂或礫石比率較大的回填土，經(jīng)一定時(shí)期自然沉降后，密實(shí)度增加比較明顯。如：粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化混合巖等。表2中17～24號(hào)土樣，雖然回填時(shí)間只過去58d，但其密實(shí)度均已在90%以上。而含砂或礫石比較少的純黏土，其密實(shí)度變化對(duì)時(shí)間的敏感程度相對(duì)較低。表2中25～28號(hào)土樣，自回填至取樣經(jīng)歷的最長(zhǎng)時(shí)間為422d，但土樣最大密實(shí)度只有89.9%。

4　試驗(yàn)結(jié)論

a.管線溝槽回填土的密實(shí)度(在低于最大干密度時(shí))隨時(shí)間的推移呈增加狀態(tài)。

b.回填土在自然沉降過程中，密實(shí)度增加有一定極限范圍。

c.不同類型的土，其密實(shí)度增加的速度不一致。含砂或礫石較多的回填土，密實(shí)度增加的速度高于純黏土。

5　意見及建議

通過以上試驗(yàn)，對(duì)管道回填工程施工有以下建議：

a.管道中心線以下至腋角以上區(qū)域(回填I(lǐng)區(qū))的回填土自然沉降到一定時(shí)間，其密實(shí)度會(huì)有較大程度的增加。一般經(jīng)過一年以上或一個(gè)雨季，回填土基本可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的該區(qū)域壓實(shí)度指標(biāo)(壓實(shí)度90%)，但密實(shí)度增加極限值一般很難超過95%。因此，管道回填質(zhì)量控制的重點(diǎn)應(yīng)放在墊層處理及腋角回填上，因這一部分的回填土壓實(shí)度設(shè)計(jì)要求為95%，自然沉降很難達(dá)到如此高的密實(shí)度，且回填土在管道安裝完成后即應(yīng)起到其應(yīng)有的支撐力，如果壓實(shí)度達(dá)不到要求，管道回填后，容易造成不均勻沉降，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)因?yàn)橹瘟Σ蛔愣斐晒荏w破壞。而管道腋角至管道中心線之間的區(qū)域，因設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度相對(duì)較低，且其所處范圍在設(shè)計(jì)時(shí)選定的支撐角之外，又因其經(jīng)自然沉降后回填土密實(shí)度可以基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，所以，上述區(qū)域的回填土在進(jìn)行施工時(shí)可適當(dāng)減少夯實(shí)次數(shù)，留足沉降余量即可，這樣可以加快施工進(jìn)度、降低施工成本。特別是對(duì)于開挖料含水率比較高、現(xiàn)場(chǎng)又不具備調(diào)整含水率的施工地段，降低回填土的夯實(shí)次數(shù)，靠自然沉降達(dá)到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度，可有效破解由于回填土含水率高而無法按要求進(jìn)行回填施工的難題。

b.現(xiàn)有長(zhǎng)輸供水管線還沒有專門的回填技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，所進(jìn)行的工程一般執(zhí)行《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50268)。而這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于市政給排水工程。考慮到市政給排水管線大多在城市道路之下，因此規(guī)范對(duì)回填土的壓實(shí)度要求很嚴(yán)格，其目的除保證管體自身安全外，很大程度上也是為確保管道鋪設(shè)后不會(huì)造成城市道路或路基沉降。規(guī)范中長(zhǎng)輸管線，特別是PCCP輸水管線的施工內(nèi)容是2008年改版后新增的內(nèi)容，對(duì)管道回填壓實(shí)度的要求基本順延了以往的要求，沒有充分考慮野外施工長(zhǎng)輸管線的特殊性。由于野外施工的管線基本處于道路之外，回填土具備自由沉降條件，對(duì)于像PCCP的剛性管道，位于設(shè)計(jì)支撐角以外的回填區(qū)域，施工時(shí)可以適當(dāng)降低對(duì)回填土夯實(shí)工作的要求，如：可以適當(dāng)增加回填的分層厚度、減少夯實(shí)次數(shù)、降低檢測(cè)頻率等，因?yàn)橥ㄟ^自然沉降同樣可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)。

c.不同性質(zhì)的回填土，在自然沉降的過程中，其密實(shí)度的變化有很大區(qū)別。含砂及礫石比較少的黏性土密實(shí)度增加比較緩慢，若想在短時(shí)間內(nèi)(通水前)提高這類回填土的密實(shí)度，即在短時(shí)間內(nèi)增加其對(duì)管道的支撐力，在回填前對(duì)回填土進(jìn)行技術(shù)處理十分必要，如：采取措施調(diào)整含水率，使其接近最佳含水率，或摻拌其他物料加快其板結(jié)速度或提高其沉降速度等。

d.考慮到長(zhǎng)輸管線與市政給排水管線施工環(huán)境差異，為降低長(zhǎng)輸管線的施工成本、加快施工進(jìn)度，應(yīng)充分利用長(zhǎng)輸管線大部分在野外施工、具備自由沉降這一條件，在投資條件允許的情況下，通過在管線外表面與回填土之間埋設(shè)或安置應(yīng)力計(jì)、位移計(jì)、形變計(jì)等措施進(jìn)一步研究壓實(shí)度與管體變形之間的力學(xué)關(guān)系，以便為長(zhǎng)距離輸水的PCCP管線施工提供更科學(xué)、更合理的回填技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

[1]GB/T 50123—1999.土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1999.

[2]GB 50268—2008給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[3]DL/T 5355—2006水利水電工程土工試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

Relationship experimental exploration and summary of pipeline trench backfill soil compactness and natural settling time

FENG Chenchen1, LIU Hanze2

(1.LiaoningHuaningBiddingAgentCo.,Ltd.,Shenyang110003,China;2.LiaoningWaterEngineeringTechnologyAuditandCostManagementCenter,Shenyang110003,China)

Trench soil backfilled in Dahuofang Water Conveyance Project Jian’an bid reserved test section is sampled and tested. Change conditions of backfilled soil compactness during different periods are analyzed. The relationship between backfilled soil compactness and natural settling time as well as compactness change condition after the settling of different type backfill soil are summarized, thereby providing reference for pipeline trench backfill construction control and testing evaluation.

back fill material; natural settling; compactness

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.10.010

TV672+.2

A

1005-4774(2016)10- 0035- 05