市政給排水管道不良地基處理方案對比分析

摘要 以哈爾濱醫(yī)藥園項目部給排水管道工程施工為背景，詳細對比分析水泥土攪拌樁、預制預應力微型管樁及換填墊層法等3種方案，在市政給排水管道不良地基處理過程中的應用。文章按照設計要求的地基承載力，通過計算上述方案，均可用于給排水管道軟基處理。但針對不同施工環(huán)境、不同工期要求、不同造價限制等角度進行方案綜合對比分析，結合實際施工情況，為類似工程選擇恰當?shù)氖┕し桨柑峁﹨⒖肌?/p>

關鍵詞 軟基處理；水泥土攪拌樁；預制預應力管樁；換填墊層

中圖分類號 TU753.3 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）08-0125-03

0 引言

市政管線施工關鍵在于地基基礎的施工。根據(jù)管線材質和管線連接方式的不同，管線基礎形式也不同。常見的基礎形式包括中、粗砂墊層以及混凝土墊層等。施工過程中，經(jīng)常發(fā)生基礎原狀土與地勘報告存在差異，比如哈爾濱醫(yī)藥園項目在施工污水管線時，開挖后發(fā)現(xiàn)在基礎底部有大量淤泥質土層，其承載力特征值與設計要求承載力特征值差距較大。該文基于地基處理的常見形式，通過計算分析不同方案對項目施工組織和工程造價等產(chǎn)生的不同影響，為類似施工提供技術借鑒。

1 工程背景

1.1 工程概況

黑龍江省哈爾濱新區(qū)利民生物醫(yī)藥園區(qū)基礎建設項目中管道工程共包含昆明大街、寶安路、雪花西路、珠海西路四條道路的附屬管道工程，各條道路均全線新建雨、污、給水管道。

昆明大街道路全長3 800 m，為南北走向。沿線污水管道埋深4.0～6.0 m，管材均采用HDPE雙壁波紋管，全線干管管徑DN700，連接方式為熱熔連接，位于道路西側，分布于人行道和車行道以下；沿線雨水管道埋深4.7～

8.2 m，管材均采用鋼筋混凝土管，包含d1 400、d1 600、

d2 000、d2 400四種管徑，連接方式為企口橡膠圈連接，全線位于道路中央綠化帶以下；沿線給水管道埋深較淺，全線埋深均不足4 m。

1.2 不良地質情況

昆明大街樁號K1+840～K2+230范圍內(nèi)，基坑底標高以下存在約1.5 m厚淤泥質粉質黏土層。

該淤泥質粉質黏土土層狀態(tài)為流塑、高壓縮性，干強度中等、韌性低等，含少量粉砂及有機質，并伴有腐臭味，地基承載力為50 kPa。該土層工程性質較差，不適合作為天然地基土層。

2 地基處理方案

2.1 水泥土攪拌樁復合地基

管線基礎采用水泥土攪拌樁復合地基[1]，樁徑D500，樁長8 m，管道下設置單排樁，間距1 500 mm，沿管道中心線布置。檢查井下設置4根樁，沿D1500直徑均布。樁頂設置300 mm厚級配碎石褥墊層，墊層頂設置管道砂基礎或檢查井底板。褥墊層寬度為基槽寬度，在基槽底部打樁。檢查井處樁基礎布置如圖1所示，管線下樁基礎布置如圖2所示。

（1）單樁豎向承載力特征值：

（1）

式中，Ra——單樁豎向承載力特征值；qsi——第i層土的樁側土的摩阻力特征值；up——樁的截面周長；lpi——第i層土的土層厚度；ap——樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，該文取0.8；Ap——樁的截面積；qp——樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值。

（2）因地勘報告顯示樁側土摩阻力及樁端摩阻力均為極限值，因此該文按50%計算。單樁豎向承載力特征值如下：

∑ qsilpi={3.14×0.5×（20×1.5+16.5×2+22×4.5）+0.8×3.14×0.25×0.25×697}×0.5=195.56 kN

檢查井下復合地基承載力特征值如下：

（2）

式中，fspk——復合地基承載力的特征值；fsk——樁天然地基土承載力的特征值；β——樁間土承載力折減系數(shù)；m——面積置換率。

m=d2/de2，d——樁身平均直徑（m），方案按正方形樁布置de=1.13s，s——樁間距。

m=d2/de2=0.52/（1.13×1.06）2=0.174 3

fspk=0.8×0.174 3×[195.56/（3.14×0.252）]＋0.5×（1?0.1743）×50=159.59 kN/m2

（3）管線下復合地基承載力特征值如式（2）所示，由此可做如下計算：

m=d2/de2=0.52/1.52=0.111 11

fspk=0.8×0.111 11×[195.56/（3.14×0.252）]＋0.5×（1?0.111 11）×50=110.80 kN/m2

結論：對比設計圖紙要求持力層地基承載力特征值為70 kN/m2，復合地基承載力滿足管線及檢查井要求。

處理范圍為樁號K1+840～K2+230，共長390 m，包含9座檢查井及約380 m管線，水泥土攪拌樁共計305根。該段造價預計增加36.5萬元。水泥土攪拌樁造價見表1。

2.2 預制微型管樁復合地基

管線基礎采用預制微型混凝土管樁[1]處理，樁徑D200，樁長6 m，管道下設置雙排樁，間距800 mm，沿管道中心線布置。檢查井下設置5根樁，沿D1 600直徑均布。樁頂設置300 mm厚級配碎石褥墊層，墊層頂設置管道砂基礎或檢查井底板。褥墊層寬度為基槽寬度。現(xiàn)場基槽已開挖至管道設計底標高，在基槽底部打樁。檢查井下樁布置如圖3，管線下樁布置如圖4。

預制樁單樁豎向承載力特征值如式1所示，由此可進行如下計算：

Ra=[3.14×0.2×（22×1.5+18×2+24×2.5）+1 666×3.14×

0.12]×0.5=66.66 kN

檢查井下復合地基承載力特征值見式（2）。根據(jù)前述公式進行如下計算：

式中m=0.22÷（1.05×0.8）2=0.057

fspk=0.8×0.057×[66.66÷（3.14×0.12）]＋0.5×（1?0.057）×50=120.38 kN/m2

管線下復合地基承載力特征值見式（2）。根據(jù)前述公式進行如下計算：

式（2）中m=0.22÷（1.05×0.8）2=0.057

fspk=0.8×0.057×[66.66÷（3.14×0.12）]＋0.5×（1?0.057）×50=120.38 kN/m2

結論：對比設計圖紙要求持力層地基承載力特征值為70 kN/m2，復合地基承載力滿足管線及檢查井要求。

處理范圍為樁號K1+840～K2+230，共長390 m，包含9座檢查井及約380 m管線，預制微型管樁樁共計995根。該段造價預計增加53.79萬元。預制微型管樁造價見表2。

2.3 換填墊層法

基底以下1.5 m范圍內(nèi)將該土層徹底清除，采用中粗砂或級配碎石分層壓實回填[1]至基坑設計底標高，分層壓實，壓實系數(shù)不小于0.97。地質分層如圖5所示。

檢查井下軟弱下臥層驗算：

Pz+Pcz≤faz （3）

式中，Pz——墊層底附加壓力值（kPa）；Pcz——墊層底處土的壓力值（kPa）；faz——墊層底處修正后地基承載力特征值（kPa）。

（1）檢查井壓力值計算：（該文以K1+840～K2+230段中WS48#井為例）

檢查井壓力值見表3。

（2）墊層地處土壓力值計算：（根據(jù)地勘報告，該文淤泥質土容重取18.5 kN/m3）

Pcz=18.5×1.5=27.75 kN/m2

（3）墊層修正后承載力特征值：

fa=fak+ηbγ（b?3）+ηbγm（d?0.5） （4）

式中，fa——修正后地基承載力特征值；fak——基礎持力層承載力特征值；ηb、ηd——基礎寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)；γ——基礎底面以下土的重度；b——基礎底面寬度（m），當基寬小于3 m按3 m取值，大于6 m按6 m取值；γm——基礎底面以上土的加權平均重度；d——基礎埋置深度（m）。

fa=50+1×10×（5.82+1.5?0.5）=118.2 kN/m2

結論：78.33+27.75=106.08≤118.2，軟弱下臥層驗算滿足要求。

處理范圍為樁號K1+840～K2+230，共長390 m，該段造價預計增加16.05萬元。

換填墊層造價見表4。

3 結論

（1）方案對比。

方案1：水泥土攪拌樁復合地基：

①機械：深層攪拌機1臺、履帶式起重機1臺、灰漿攪拌機1臺、灰漿泵1臺、冷卻泵1臺、挖掘機1臺及其配套設備。②人員：測量人員1人、班長1人、機長1人、司泵工1人、拌漿工2人、供料工1人、電工1人、機修工1人、記錄1人，合計10人。③材料：普通硅酸鹽水泥PO42.5、生石膏粉，級配碎石。

工期較長，約60～90 d。合計投資增加約36.5萬元。

方案2：預制微型樁復合地基：

①機械：步履式打樁機1臺、挖掘機1臺。②人員：測量人員1人、班長1人、機長1人、施工人員2人、電工1人、記錄1人，合計7人。③材料：預制微型管樁、級配碎石。

工期適中，約20 d。合計投資增加約53.8萬元。

方案3：換填墊層法：

①機械：挖掘機1臺，平板打夯機2臺。②人員：測量人員1人、班長1人、施工人員4人。③材料：中粗砂。

工期較短，約1周。合計投資增加約16萬元。

（2）上述3種方案在處理市政管線軟基處理時均能滿足設計要求，選用時要綜合考慮工期、造價、天氣等因素影響。

（3）所有基礎處理形式均存在沉降風險，尤其是檢查井與管線連接處，建議采用承插口等形式的軟連接，避免采用剛性連接，防止沉降后漏水。

（4）當管線基坑采用鋼板樁支護時，換填墊層在拔樁過程中存在沉降風險較大，拔樁時需緩拔、振拔、跳拔，防止拔樁時夾帶大量泥土，造成沉降。

參考文獻

[1]建筑地基處理技術規(guī)范： JGJ79—2012[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2012-08-23.