论文部分内容阅读
【摘要】本文以工程实例针对某沿海地区市政排水管线的沉降情况,从不同角度进行分析,以期为类似工程提供可借鉴经验。
【关键词】沿海地区，市政排水管线，沉降，分析。
中图分类号：S276 文献标识码：A 文章编号：
本工程地处某沿海地区一岛屿之上，地下普遍存在较为深厚的淤泥层，是典型的软土地基，因管道埋深大、地下水位高，故施工难度较大，为防止沟槽坍塌、减少地下水渗入，因此在施工中采用了钢板桩支护施工，加固体系采用HW300*300*15*15围檩和d245*8热轧钢管横撑，横撑间距4m。 由于该岛最初为海漫滩，最近几十年才人工回填形成陆域，开发较晚，至今全岛尚无大规模开发项目，故对当地地质并无较为深入、全面的了解，也没有较为成熟的施工经验可以借鉴。所以该工程通过先期施工300米管线做为试验段，根据一系列的测量监测数据及施工过程中所发生的突发情况进行分析，以深入了解当地地质条件，充分暴露施工中可能存在的各种问题，继而确定合理施工工序，并验证设计方案是否可行，为后续的管线施工积累经验。
1施工概况
本工程为某岛屿新建主干道配套市政排水管网工程，管线埋深较大，且地下水位较高，沟槽开挖深度最大达7.5m，平均深度约6.2m，管径DN800-DN1000，管线施工面绝对标高为+2m，地下常水位平均标高约为+0.5m， 地下普遍存在深厚淤泥层，管线沟槽范围内采用水泥搅拌桩地基处理，桩径0.6m，间距1.4m，梅花型布置。排水管线位于道路土路肩内，管线南侧沿线平行布置有一新建电力隧道，隧道断面宽×高为8m×3m，其外墙距排水管线4.5m，埋深小于排水管线约0.5~1.0m，全线亦采用钢板桩支护施工。排水管线北侧平行敷设有一临时便道，路边距排水管道最小距离为5m平均距离约9.5m，便道顶面标高为+1m，坡比1:1.5，全线采用开山石及泥结碎石铺设，便道以北4m处为现有坑塘。此外，由于地下普遍存在淤泥层，按照设计要求管沟基础需抛填50cm片石，然后再铺设20cm中粗砂垫层，管顶500mm以内全部采用中粗砂回填，密实度≥95%，管顶500mm以上采用原土或外运素土回填，密实度不得＜90%。
管线布置示意图
2施工部署及施工流程
试验段内管线施工时采用了两套对比方案：①按照常规的先深后浅的原则 ，先施工排水管线，然后再施工南侧电力隧道。②先施工难度较大的电力隧道，然后再施工排水管线。
排水管线施工流程：材料进场→定位测量→沟槽支护及管沟开挖→管道安装→井室砌筑→灌水试验→管道隐蔽→钢板桩拔除→平整场地
3管道沉降及原因分析
按照两套对比方案施工后，我们进行了为期两个月的管道沉降连续监测，依据监测数据绘图如下，从上向下第一条线为设计标高线，第二条线为沉降一月后的管道标高线，第三条线为沉降两个月后的管道标高线。
其中WN3-WN8段为先施工排水管后施工电力隧道的管线沉降监测曲线，WN19-WN23段为先施工电力隧道后施工排水管的管线沉降曲线，从图中可以看出WN3-WN8段管道沉降量明显大于WN19-WN23段排水管道沉降量，WN21~WN23段沉降量明显大于WN19-WN21段管道沉降量。此外，从第一次和第二次沉降曲线可以看出，此地管道沉降存在均匀沉降和局部沉降。经分析其原因主要有以下几点：①电力隧道施工对管道沉降的影响；电力隧道埋深虽比排水管道小，但是由于支护开挖时基坑跨度较大，达10米，且此处地质较差，多为淤泥质土，极易发生钢板桩侧倾及基坑底涌等现象，从而导致周边地表沉降，而先行施工的排水管道正好处于电力隧道基坑底涌曲线范围内，从而造成已施工的排水管道短时间内出现较大沉降，如WN-WN5、WN6-WN8。而先施工电力隧道的区域，一旦电力隧道发生基坑底涌，也会导致后施工的排水管道发生沉降，究其原因主要为电力隧道施工时支护失稳及发生基底隆起的部位都是地质条件较差的地方，也是管线支护施工易发生基坑失稳的部位，且淤泥的运动是一个连续、缓慢的过程，并具有一定的惯性，一旦被电力隧道施工扰动后，要恢复到最初的稳定状态需要一个较长的过程，而管道施工时受工期的影响不可能等待较长时间。②管线下水泥搅拌桩的影响；水泥搅拌桩地基处理的原理为利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。但是由于水泥搅拌桩在实际应用中抵抗剪力的能力差，一旦电力隧道及排水管道的支护基槽发生失稳，如钢板桩侧倾、基坑底涌等现象，在剪力作用下管道下打设的水泥搅拌桩将被很大程度的破坏，无法给管道提供足够的承载力，从而造成管道沉降。③施工便道的影响。由于便道受力后会以一定的扩散角将荷载传至路面以下的周边土体，本工程的便道高于开挖面1米，路基材料为密度较大的开山石及泥结碎石，坡比为1:1.5，且距排水管线较近，当排水管线施工完毕后，如便道仍通行车辆，则路面的自身重量及路面荷载会以一定的的扩散角向四周传递，经计算，当便道边距管中距离小于6.2~8.1m时便会传至管道上方（管道中心以上），则管道便会受到向下的荷载及向南的侧推力，发生一定程度的沉降及侧向位移。但本工程中排水管线北侧的便道是电力隧道、现场土方车辆及管线施工的重要通行道路，在试验段施工期间，此路一直未封闭交通，故便道对管道沉降有较大影响。④沟槽的回填及钢板桩的拔除。污水管沟夯填中粗砂、土方的密实度大于周边土壤、淤泥的天然密实度，形成了密度差，造成管道及沟底淤泥负载较大，且沟底地基条件较差即遇到淤泥时，均按图纸要求进行了抛石处理，而沟底淤泥为流塑状态，故当管沟钢板桩拔除时，由于缺少了钢板桩对回填土及管道、抛石的支挡作用，管道及其上方回填土、管底抛石会对管底及周边淤泥进行挤压，而周边土体由于承载力较差，从而导致管道及上方土体下沉并向四周扩散，直至周边土体及淤泥受挤压后反作用力逐步增大，能够抵消掉管道及其上方回填土、管底抛石对管底及周边淤泥的挤力后才停止沉降。同理，当电力隧道北侧支护发生偏移时，受上述作用力的影响，管底淤泥会优先被用于填充因钢板桩偏移而形成的空隙，造成管道沉降。
以上是管道沉降的几个主要原因，鉴于此，在不改变设计的情况下我们在施工中主要采取了以下措施：①工序組织时不按照“先深后浅”的原则进行，而是先施工风险较大的电力隧道，然后再施工排水管道。电力隧道施工过程中应采取严格的防范措施，避免周边地面沉降或被扰动，一旦发生此种情况，则需对管线下桩基进行检测、加固。②对施工便道的设置进行调整，尽量设置在排水管道8.5m之外，如受现场场地影响无法外迁，则需将管道施工工序尽量后置，并在施工完排水管道后封闭该段便道交通。③钢板桩在拔桩之前需对沟槽周边土体进行喷浆加固，并合理安排拔桩顺序及拔桩方法④因管道位于绿化带下，对压实度没有过高的要求，因此和设计进行了沟通，对位于绿化带下的管道除管顶500mm以内部分需按照规范进行夯填外，其余部分均进行虚填，并预留一定的沉降量。⑤在后续施工中继续进行管道沉降监测，并针对监测数据进行进一步的分析，以期不断完善施工中存在的问题。
4结语
经过试验段的施工总结，我们对此地的地质特性及施工特点有了深入了解，对后续的管线施工和类似工程有一定的指导意义。
【作者简介】
1.杜君为，男，汉族，2008年毕业于河北建筑工程学院给排水专业，获工学学士学位，现就职于天津二十冶建设有限公司，从事项目施工、技术管理工作，助理工程师。
2.刘汉友，男，汉族，1989年毕业于二十冶职工中等专业学校，至今一直就职于天津二十冶建设有限公司，从事项目施工、技术管理工作，助理工程师。
3.郑应涛，男，汉族，2008年毕业于长春工程学院建筑环境与设备工程专业，获工学学士学位，现就职于天津二十冶建设有限公司，从事项目施工、技术管理工作，助理工程师。
4.邸月超，男，汉族，2004年毕业于河北工程大学，获工学学士学位，现就职于天津二十冶建设有限公司，从事项目施工、技术管理工作，助理工程师。
【关键词】沿海地区，市政排水管线，沉降，分析。
中图分类号：S276 文献标识码：A 文章编号：
本工程地处某沿海地区一岛屿之上，地下普遍存在较为深厚的淤泥层，是典型的软土地基，因管道埋深大、地下水位高，故施工难度较大，为防止沟槽坍塌、减少地下水渗入，因此在施工中采用了钢板桩支护施工，加固体系采用HW300*300*15*15围檩和d245*8热轧钢管横撑，横撑间距4m。 由于该岛最初为海漫滩，最近几十年才人工回填形成陆域，开发较晚，至今全岛尚无大规模开发项目，故对当地地质并无较为深入、全面的了解，也没有较为成熟的施工经验可以借鉴。所以该工程通过先期施工300米管线做为试验段，根据一系列的测量监测数据及施工过程中所发生的突发情况进行分析，以深入了解当地地质条件，充分暴露施工中可能存在的各种问题，继而确定合理施工工序，并验证设计方案是否可行，为后续的管线施工积累经验。
1施工概况
本工程为某岛屿新建主干道配套市政排水管网工程，管线埋深较大，且地下水位较高，沟槽开挖深度最大达7.5m，平均深度约6.2m，管径DN800-DN1000，管线施工面绝对标高为+2m，地下常水位平均标高约为+0.5m， 地下普遍存在深厚淤泥层，管线沟槽范围内采用水泥搅拌桩地基处理，桩径0.6m，间距1.4m，梅花型布置。排水管线位于道路土路肩内，管线南侧沿线平行布置有一新建电力隧道，隧道断面宽×高为8m×3m，其外墙距排水管线4.5m，埋深小于排水管线约0.5~1.0m，全线亦采用钢板桩支护施工。排水管线北侧平行敷设有一临时便道，路边距排水管道最小距离为5m平均距离约9.5m，便道顶面标高为+1m，坡比1:1.5，全线采用开山石及泥结碎石铺设，便道以北4m处为现有坑塘。此外，由于地下普遍存在淤泥层，按照设计要求管沟基础需抛填50cm片石，然后再铺设20cm中粗砂垫层，管顶500mm以内全部采用中粗砂回填，密实度≥95%，管顶500mm以上采用原土或外运素土回填，密实度不得＜90%。
管线布置示意图
2施工部署及施工流程
试验段内管线施工时采用了两套对比方案：①按照常规的先深后浅的原则 ，先施工排水管线，然后再施工南侧电力隧道。②先施工难度较大的电力隧道，然后再施工排水管线。
排水管线施工流程：材料进场→定位测量→沟槽支护及管沟开挖→管道安装→井室砌筑→灌水试验→管道隐蔽→钢板桩拔除→平整场地
3管道沉降及原因分析
按照两套对比方案施工后，我们进行了为期两个月的管道沉降连续监测，依据监测数据绘图如下，从上向下第一条线为设计标高线，第二条线为沉降一月后的管道标高线，第三条线为沉降两个月后的管道标高线。
其中WN3-WN8段为先施工排水管后施工电力隧道的管线沉降监测曲线，WN19-WN23段为先施工电力隧道后施工排水管的管线沉降曲线，从图中可以看出WN3-WN8段管道沉降量明显大于WN19-WN23段排水管道沉降量，WN21~WN23段沉降量明显大于WN19-WN21段管道沉降量。此外，从第一次和第二次沉降曲线可以看出，此地管道沉降存在均匀沉降和局部沉降。经分析其原因主要有以下几点：①电力隧道施工对管道沉降的影响；电力隧道埋深虽比排水管道小，但是由于支护开挖时基坑跨度较大，达10米，且此处地质较差，多为淤泥质土，极易发生钢板桩侧倾及基坑底涌等现象，从而导致周边地表沉降，而先行施工的排水管道正好处于电力隧道基坑底涌曲线范围内，从而造成已施工的排水管道短时间内出现较大沉降，如WN-WN5、WN6-WN8。而先施工电力隧道的区域，一旦电力隧道发生基坑底涌，也会导致后施工的排水管道发生沉降，究其原因主要为电力隧道施工时支护失稳及发生基底隆起的部位都是地质条件较差的地方，也是管线支护施工易发生基坑失稳的部位，且淤泥的运动是一个连续、缓慢的过程，并具有一定的惯性，一旦被电力隧道施工扰动后，要恢复到最初的稳定状态需要一个较长的过程，而管道施工时受工期的影响不可能等待较长时间。②管线下水泥搅拌桩的影响；水泥搅拌桩地基处理的原理为利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。但是由于水泥搅拌桩在实际应用中抵抗剪力的能力差，一旦电力隧道及排水管道的支护基槽发生失稳，如钢板桩侧倾、基坑底涌等现象，在剪力作用下管道下打设的水泥搅拌桩将被很大程度的破坏，无法给管道提供足够的承载力，从而造成管道沉降。③施工便道的影响。由于便道受力后会以一定的扩散角将荷载传至路面以下的周边土体，本工程的便道高于开挖面1米，路基材料为密度较大的开山石及泥结碎石，坡比为1:1.5，且距排水管线较近，当排水管线施工完毕后，如便道仍通行车辆，则路面的自身重量及路面荷载会以一定的的扩散角向四周传递，经计算，当便道边距管中距离小于6.2~8.1m时便会传至管道上方（管道中心以上），则管道便会受到向下的荷载及向南的侧推力，发生一定程度的沉降及侧向位移。但本工程中排水管线北侧的便道是电力隧道、现场土方车辆及管线施工的重要通行道路，在试验段施工期间，此路一直未封闭交通，故便道对管道沉降有较大影响。④沟槽的回填及钢板桩的拔除。污水管沟夯填中粗砂、土方的密实度大于周边土壤、淤泥的天然密实度，形成了密度差，造成管道及沟底淤泥负载较大，且沟底地基条件较差即遇到淤泥时，均按图纸要求进行了抛石处理，而沟底淤泥为流塑状态，故当管沟钢板桩拔除时，由于缺少了钢板桩对回填土及管道、抛石的支挡作用，管道及其上方回填土、管底抛石会对管底及周边淤泥进行挤压，而周边土体由于承载力较差，从而导致管道及上方土体下沉并向四周扩散，直至周边土体及淤泥受挤压后反作用力逐步增大，能够抵消掉管道及其上方回填土、管底抛石对管底及周边淤泥的挤力后才停止沉降。同理，当电力隧道北侧支护发生偏移时，受上述作用力的影响，管底淤泥会优先被用于填充因钢板桩偏移而形成的空隙，造成管道沉降。
以上是管道沉降的几个主要原因，鉴于此，在不改变设计的情况下我们在施工中主要采取了以下措施：①工序組织时不按照“先深后浅”的原则进行，而是先施工风险较大的电力隧道，然后再施工排水管道。电力隧道施工过程中应采取严格的防范措施，避免周边地面沉降或被扰动，一旦发生此种情况，则需对管线下桩基进行检测、加固。②对施工便道的设置进行调整，尽量设置在排水管道8.5m之外，如受现场场地影响无法外迁，则需将管道施工工序尽量后置，并在施工完排水管道后封闭该段便道交通。③钢板桩在拔桩之前需对沟槽周边土体进行喷浆加固，并合理安排拔桩顺序及拔桩方法④因管道位于绿化带下，对压实度没有过高的要求，因此和设计进行了沟通，对位于绿化带下的管道除管顶500mm以内部分需按照规范进行夯填外，其余部分均进行虚填，并预留一定的沉降量。⑤在后续施工中继续进行管道沉降监测，并针对监测数据进行进一步的分析，以期不断完善施工中存在的问题。
4结语
经过试验段的施工总结，我们对此地的地质特性及施工特点有了深入了解，对后续的管线施工和类似工程有一定的指导意义。
【作者简介】
1.杜君为，男，汉族，2008年毕业于河北建筑工程学院给排水专业，获工学学士学位，现就职于天津二十冶建设有限公司，从事项目施工、技术管理工作，助理工程师。
2.刘汉友，男，汉族，1989年毕业于二十冶职工中等专业学校，至今一直就职于天津二十冶建设有限公司，从事项目施工、技术管理工作，助理工程师。
3.郑应涛，男，汉族，2008年毕业于长春工程学院建筑环境与设备工程专业，获工学学士学位，现就职于天津二十冶建设有限公司，从事项目施工、技术管理工作，助理工程师。
4.邸月超，男，汉族，2004年毕业于河北工程大学，获工学学士学位，现就职于天津二十冶建设有限公司，从事项目施工、技术管理工作，助理工程师。