论文部分内容阅读
摘要：文章分析了软土的特性，介绍了软土地层PCCP管施工的特点，阐述了软土PCCP管工程设计需重视镇墩的稳定性和空间转角不宜过大的问题，认为PCCP管作为一种综合优势明显的管材应有广阔的适用地域。
关键词：大口径PCCP管；软土；镇墩
中图分类号：TU43 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）01-0137-02
预应力钢筒混凝土管（PCCP管）最早问世于法国，上世纪40年代欧美国家竟相研制成功。目前大口径高工压PCCP管在欧美、中东等地区得到广泛地应用。PCCP管是由带钢筒的混凝土管芯、缠在管芯的预应力钢丝和钢丝外的水泥砂浆保护层构成的复合材料，管子的两端分别焊有钢制承口圈和插口圈，接口为柔性双胶圈密封接口。该管材综合发挥了钢材的抗拉、易密封及混凝土的抗压和耐腐蚀性能。具有使用寿命长、造价低、环保、运行安全可靠等优点，我国在90年代中期开始在给排水输送管线上使用。
本文分析了软土的特性，介绍了软土地层PCCP管施工的特点，阐述了软土PCCP管工程设计需重视镇墩的稳定性和空间转角不宜过大的问题，认为PCCP管作为一种综合优势明显的管材应有广阔的适用地域。
一、软土的特性及其承载力计算
软土是淤泥和淤泥质土的总称，它是在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成的。其特性是天然含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小。
软土的以上特性限制了PCCP钢砼管的大范围使用。PCCP钢筒管较之于其他管材笨重，如DN2000*5M型重达13吨，低地耐力强度（CU=8~15Kpa）、压缩性大(Cc=0.3~0.7)导致大型机械进退场施工、PCCP钢砼管二次运输、管槽开挖成型等比较困难。好在1米左右的表土抗压强度达30 Kpa采取措施能满足机械行走要求。
但只要扬长避短，科学设计，合理施工，PCCP钢筒管在软土地基情况下一样可以快速施工、畅行无阻。
DN2000型PCCP钢筒管要求成槽后的基础宽度为4M，深度为4.2M，上覆土1.5M。（如图1）由
fa=fak+γm(d-0.5)
fa=5.14CU 太沙基承载力公式
fa——修正后的软土地基承载力特征值
fak——软土地基承载力特征值
γm——槽基础以上土的加权平均重度
d——管槽深度
CU——不排水抗剪强度
当PK> fa时槽底需加固，当PK< fa无须加固，只需作简易垫层。
判断基坑是否隆起按下面验算：
NC*τ。+γ* t ≧1.6
γ(h+t)+ q
NC--承载力系数，管槽基础取NC=5.14
τ。--不排水抗剪强度Kpa
γ--土的重度kN/m3
t--支护钢板桩入土深度m
h--基坑开挖深度m
q--地面载荷（取20 Kpa）
这里γ(h+t)+ q是主动区载荷，NC*τ。+γ* t为被动区承载力
当PK+γ(h+t)+ q≧NC*τ。+γ* t时，管子不会上浮。
一般来说，基础上的PCCP钢筒管因有两侧水土的复合侧压力作用于槽底，形成被动土压力，此压力大于PK，不存在沉降的问题，管子反而会冒顶上浮，所以安管后须及时回填土抗浮。淤泥地层设计混凝土基础出发点是好的，但实践当中做不到，成槽没有那么多时间给你浇筑固结混凝土。基础是为了解决管路的沉降，通过上面的验算，不存在沉降的问题，管子冒顶上浮别因其自身重量而忽视，安管后及时回填显得尤为重要。
二、软土地基条件下安装PCCP管须解决的难点
淤泥软土地层施工存在以下困难：(1)地基承载力差，现场运输PCCP管存在问题；(2)成槽困难，基槽深达4.2m，易坍塌，土体周围不稳定、冒顶（底部凸起）两侧水土复合压力导致基坑凸起，采用井点降水能解决这一问题，但采用这一方案代价高、时间长；(3)钢砼转换处需缜密周到的处理，淤泥地层土与钢砼管间摩擦系数低，拐弯特别是空间转角大的地方，如与倒虹或管桥的连接段处理不当极易出现脱口、渗漏、涌水；(4)PCCP管下管后需快速进行接口胶圈试压，合格后覆土，否则基坑冒顶，管子容易跑偏、蛇行。
三、根据地质情况，施工因地制宜
PCCP管的安装工序：定位测量、基槽开挖、垫层、安管、对接、接口胶圈试压、接头间隙填注水泥砂浆（内外抹口）、覆土、试压、交付，其工序较多。
解决PCCP管于软土地层施工的关键在一个“快”字，要与塌方赛跑，步步争先、处处主动、流水作业、工序衔接紧密。
施工灰线侧PCCP管采取滚动运输方式，利用挖土机扒斗上缠橡胶点推PCCP管滚动前行（防止破坏PCCP管砼体），履带吊机沿沟槽下管时下垫基路钢板，防止60吨履带吊下陷，成槽考虑用钢板桩支护，桩长达到9m以上、插入比0.8，两倍的槽深度，钢板桩支护到位后，再行开挖，土方位于施工另侧，上加顶撑。设计管道基础为颗粒级配良好的粗砂+石渣+有沙土工布80KN/m,由于有沙土工布在淤泥上没有持力强度，在淤泥上施工较麻烦，将土工布改为有持力强度的竹或扁板垫底、上铺砂石垫层30cm，方法虽土，但行之有效。淤泥地层透水性差，槽底长时间不会渗水。但有些持力层较差地质用预制墩座+间隔布置石渣、砂石、石块为行之有效的好方法。
四、设备布置要合理，预防塌方有技巧
地面承载强度在30Kpa时均适宜PCCP管的施工，软土地层转角处镇墩提供的后背力有限，不能抵御管道工压情况下的推力，实践中浙江台州二期供水、宁波白溪引水均出现镇墩移位、钢筒脱节的问题。在软土地质环境下，后背力要达到近千千牛顿，非采用桩基做镇墩复合结构不可。
在淤泥土质施工中有两大难题须克服：塌方和机械设备入泥不能自拔。PCCP管安装前首先充分认识难点，重点解决淤泥承载力差、易塌方等实际问题，实时投入设备和附件，备好组合钢板供履带吊行走，备足钢板桩用于成槽支护，型钢用于成槽支撑；合理制定履带吊、打桩机、挖掘机的行走线路，淤泥堆放在作业面的另侧。
在施工过程中以管线为轴线、间距3.6～4米打钢板桩，纵向距离视具体地质情况而定，容易塌方的区域钢板桩的施打采取咬合的形式增强其刚度及抗剪能力。一边排放待装管、打桩机、履带吊，一边堆泥土，前面一台打桩机打钢板桩，中间一台挖掘机开槽，另一台挖掘机在对侧倒运泥土，重型机械设备行走时下垫组合路基钢板，组合钢板搁于钢板桩之上，一方面组合钢板增强了钢板桩的抗张力，另一方面钢板桩增强了组合钢板的承载力，两者相得益彰，重型机械设备行走作业不易产生塌方和安全事故。
安管后，土方回填要及时，淤泥回填比设计标高高50cm，用挖机抓斗平整压实，分层夯实的设计要求于此不很实际，因其不能碾压也不好碾压，淤泥回填后自身有个重塑的过程，会自行密实，勿用多虑，后期的环刀取样会验证密实度满足要求。
五、空间转角不宜大，延接钢管加翼环
软土地基的地质条件下往往河道较多，线路不易取直，此时钢混转换接头转角的设计施工至关重要：按照常理软土地基使用PCCP管为使用大忌，转角不宜过大，尽量不要设计空间转角（即3维方位角），原于钢混转换接头如出现空间转角受力较复杂，应力大，通水之后容易脱节。如某段PCCP钢筒给水管工作压力0.4 Mpa，则水产生的径向推力FW=0.4*106*3.14*2=2400KN；钢土摩擦力不会高于顶管顶力700KN，如转角θ过大（≥150）镇墩、钢管不延长，钢混转换接头脱节漏水不足为怪。镇墩必须采取结构性措施，保证其后背力，如采取桩基加固，拖管加长为管径的10倍，上加混凝土翼环更好。
六、实例及结语
台州二期引水工程全长32公里，有16公里使用PCCP—E 管，其中6.5公里为东南沿海软土地基，其重量大如每根D2000型PCCP管5m长重达13吨，地基承载力为3～5T、地貌为海积平原，地势平坦，表面为耕植粘土（mQ34），厚度一般0.8～1m，其下为淤泥（mQ24）、局部为淤泥质粘土（mQ24）、流塑、具高压缩性，物理力学性质差，厚度3～10m，透水性能差。使用杭州腾龙管业有限公司生产PCCP管，该工程通过以上的施工方法取得了良好的效果，通水近一年，管线未出现沉降、结垢，运行稳定。但有空间转角的接口处出现脱节渗漏的现象，通过对镇墩的加固，接口重新处理，未再出现问题。
对地面承载强度小于30Kpa的淤泥质地基可以采用专用PCCP顶管顶进的施工方法，杭州七格污水处理工程使用该工艺。
参考文献
[1]《地基基础设计规范》GB50007-2002.
作者简介：顾永明，男，江南工程管理股份有限公司工程师，研究方向：项目管理。
关键词：大口径PCCP管；软土；镇墩
中图分类号：TU43 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）01-0137-02
预应力钢筒混凝土管（PCCP管）最早问世于法国，上世纪40年代欧美国家竟相研制成功。目前大口径高工压PCCP管在欧美、中东等地区得到广泛地应用。PCCP管是由带钢筒的混凝土管芯、缠在管芯的预应力钢丝和钢丝外的水泥砂浆保护层构成的复合材料，管子的两端分别焊有钢制承口圈和插口圈，接口为柔性双胶圈密封接口。该管材综合发挥了钢材的抗拉、易密封及混凝土的抗压和耐腐蚀性能。具有使用寿命长、造价低、环保、运行安全可靠等优点，我国在90年代中期开始在给排水输送管线上使用。
本文分析了软土的特性，介绍了软土地层PCCP管施工的特点，阐述了软土PCCP管工程设计需重视镇墩的稳定性和空间转角不宜过大的问题，认为PCCP管作为一种综合优势明显的管材应有广阔的适用地域。
一、软土的特性及其承载力计算
软土是淤泥和淤泥质土的总称，它是在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成的。其特性是天然含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小。
软土的以上特性限制了PCCP钢砼管的大范围使用。PCCP钢筒管较之于其他管材笨重，如DN2000*5M型重达13吨，低地耐力强度（CU=8~15Kpa）、压缩性大(Cc=0.3~0.7)导致大型机械进退场施工、PCCP钢砼管二次运输、管槽开挖成型等比较困难。好在1米左右的表土抗压强度达30 Kpa采取措施能满足机械行走要求。
但只要扬长避短，科学设计，合理施工，PCCP钢筒管在软土地基情况下一样可以快速施工、畅行无阻。
DN2000型PCCP钢筒管要求成槽后的基础宽度为4M，深度为4.2M，上覆土1.5M。（如图1）由
fa=fak+γm(d-0.5)
fa=5.14CU 太沙基承载力公式
fa——修正后的软土地基承载力特征值
fak——软土地基承载力特征值
γm——槽基础以上土的加权平均重度
d——管槽深度
CU——不排水抗剪强度
当PK> fa时槽底需加固，当PK< fa无须加固，只需作简易垫层。
判断基坑是否隆起按下面验算：
NC*τ。+γ* t ≧1.6
γ(h+t)+ q
NC--承载力系数，管槽基础取NC=5.14
τ。--不排水抗剪强度Kpa
γ--土的重度kN/m3
t--支护钢板桩入土深度m
h--基坑开挖深度m
q--地面载荷（取20 Kpa）
这里γ(h+t)+ q是主动区载荷，NC*τ。+γ* t为被动区承载力
当PK+γ(h+t)+ q≧NC*τ。+γ* t时，管子不会上浮。
一般来说，基础上的PCCP钢筒管因有两侧水土的复合侧压力作用于槽底，形成被动土压力，此压力大于PK，不存在沉降的问题，管子反而会冒顶上浮，所以安管后须及时回填土抗浮。淤泥地层设计混凝土基础出发点是好的，但实践当中做不到，成槽没有那么多时间给你浇筑固结混凝土。基础是为了解决管路的沉降，通过上面的验算，不存在沉降的问题，管子冒顶上浮别因其自身重量而忽视，安管后及时回填显得尤为重要。
二、软土地基条件下安装PCCP管须解决的难点
淤泥软土地层施工存在以下困难：(1)地基承载力差，现场运输PCCP管存在问题；(2)成槽困难，基槽深达4.2m，易坍塌，土体周围不稳定、冒顶（底部凸起）两侧水土复合压力导致基坑凸起，采用井点降水能解决这一问题，但采用这一方案代价高、时间长；(3)钢砼转换处需缜密周到的处理，淤泥地层土与钢砼管间摩擦系数低，拐弯特别是空间转角大的地方，如与倒虹或管桥的连接段处理不当极易出现脱口、渗漏、涌水；(4)PCCP管下管后需快速进行接口胶圈试压，合格后覆土，否则基坑冒顶，管子容易跑偏、蛇行。
三、根据地质情况，施工因地制宜
PCCP管的安装工序：定位测量、基槽开挖、垫层、安管、对接、接口胶圈试压、接头间隙填注水泥砂浆（内外抹口）、覆土、试压、交付，其工序较多。
解决PCCP管于软土地层施工的关键在一个“快”字，要与塌方赛跑，步步争先、处处主动、流水作业、工序衔接紧密。
施工灰线侧PCCP管采取滚动运输方式，利用挖土机扒斗上缠橡胶点推PCCP管滚动前行（防止破坏PCCP管砼体），履带吊机沿沟槽下管时下垫基路钢板，防止60吨履带吊下陷，成槽考虑用钢板桩支护，桩长达到9m以上、插入比0.8，两倍的槽深度，钢板桩支护到位后，再行开挖，土方位于施工另侧，上加顶撑。设计管道基础为颗粒级配良好的粗砂+石渣+有沙土工布80KN/m,由于有沙土工布在淤泥上没有持力强度，在淤泥上施工较麻烦，将土工布改为有持力强度的竹或扁板垫底、上铺砂石垫层30cm，方法虽土，但行之有效。淤泥地层透水性差，槽底长时间不会渗水。但有些持力层较差地质用预制墩座+间隔布置石渣、砂石、石块为行之有效的好方法。
四、设备布置要合理，预防塌方有技巧
地面承载强度在30Kpa时均适宜PCCP管的施工，软土地层转角处镇墩提供的后背力有限，不能抵御管道工压情况下的推力，实践中浙江台州二期供水、宁波白溪引水均出现镇墩移位、钢筒脱节的问题。在软土地质环境下，后背力要达到近千千牛顿，非采用桩基做镇墩复合结构不可。
在淤泥土质施工中有两大难题须克服：塌方和机械设备入泥不能自拔。PCCP管安装前首先充分认识难点，重点解决淤泥承载力差、易塌方等实际问题，实时投入设备和附件，备好组合钢板供履带吊行走，备足钢板桩用于成槽支护，型钢用于成槽支撑；合理制定履带吊、打桩机、挖掘机的行走线路，淤泥堆放在作业面的另侧。
在施工过程中以管线为轴线、间距3.6～4米打钢板桩，纵向距离视具体地质情况而定，容易塌方的区域钢板桩的施打采取咬合的形式增强其刚度及抗剪能力。一边排放待装管、打桩机、履带吊，一边堆泥土，前面一台打桩机打钢板桩，中间一台挖掘机开槽，另一台挖掘机在对侧倒运泥土，重型机械设备行走时下垫组合路基钢板，组合钢板搁于钢板桩之上，一方面组合钢板增强了钢板桩的抗张力，另一方面钢板桩增强了组合钢板的承载力，两者相得益彰，重型机械设备行走作业不易产生塌方和安全事故。
安管后，土方回填要及时，淤泥回填比设计标高高50cm，用挖机抓斗平整压实，分层夯实的设计要求于此不很实际，因其不能碾压也不好碾压，淤泥回填后自身有个重塑的过程，会自行密实，勿用多虑，后期的环刀取样会验证密实度满足要求。
五、空间转角不宜大，延接钢管加翼环
软土地基的地质条件下往往河道较多，线路不易取直，此时钢混转换接头转角的设计施工至关重要：按照常理软土地基使用PCCP管为使用大忌，转角不宜过大，尽量不要设计空间转角（即3维方位角），原于钢混转换接头如出现空间转角受力较复杂，应力大，通水之后容易脱节。如某段PCCP钢筒给水管工作压力0.4 Mpa，则水产生的径向推力FW=0.4*106*3.14*2=2400KN；钢土摩擦力不会高于顶管顶力700KN，如转角θ过大（≥150）镇墩、钢管不延长，钢混转换接头脱节漏水不足为怪。镇墩必须采取结构性措施，保证其后背力，如采取桩基加固，拖管加长为管径的10倍，上加混凝土翼环更好。
六、实例及结语
台州二期引水工程全长32公里，有16公里使用PCCP—E 管，其中6.5公里为东南沿海软土地基，其重量大如每根D2000型PCCP管5m长重达13吨，地基承载力为3～5T、地貌为海积平原，地势平坦，表面为耕植粘土（mQ34），厚度一般0.8～1m，其下为淤泥（mQ24）、局部为淤泥质粘土（mQ24）、流塑、具高压缩性，物理力学性质差，厚度3～10m，透水性能差。使用杭州腾龙管业有限公司生产PCCP管，该工程通过以上的施工方法取得了良好的效果，通水近一年，管线未出现沉降、结垢，运行稳定。但有空间转角的接口处出现脱节渗漏的现象，通过对镇墩的加固，接口重新处理，未再出现问题。
对地面承载强度小于30Kpa的淤泥质地基可以采用专用PCCP顶管顶进的施工方法，杭州七格污水处理工程使用该工艺。
参考文献
[1]《地基基础设计规范》GB50007-2002.
作者简介：顾永明，男，江南工程管理股份有限公司工程师，研究方向：项目管理。