实例探讨市政道路软基施工处理

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【摘　要】 本文通过某工程案例主要探讨了市政主道路软基的择优处理方法及效果分析。希望能给同行参考价值。

【关键词】 道路 软基 管线 沉降 侧向位移

前言

在国内,目前城市主干道管线的软基处理基本上是借用高速公路的软基处理方法,并通过提高标准来解决管线的差异沉降问题,但这使得城市主道路的软基处理费用变得昂贵。因此,寻求解决城市主道路管线软基差异沉降问题的可靠、经济的方法具有重大的社会、经济效益。

1. 国内外城市管线软基处理现状

在管线工程中,市政给水管道通常安装在道路的一侧,由于软基的压缩沉降和侧向位移,致使管体产生纵向弯曲,甚至失稳,在最薄弱处产生破裂而漏水。软基造成的损坏主要有以下:

（1）在采用橡胶圈密封的承插口处,橡胶圈被挤出；在采用打口方式的承插口处,接口易松脱,从而发生漏水事故。

（2）造成钢管在焊接口处断裂,裂缝一般为环向,呈中间大两边小的形状。

（3）管道伸缩节的接头易被拉裂。

（4）阀门的法兰被拉裂或皮垫被损坏而造成漏水。

（5）在局部有大石块的管基或管渠交叉处,普通铸铁管或UPVC管易断裂。

表1为某市1996年～1998年中,因软土地区管道地基下沉或土体侧移而引起给水管道漏水事故情况的统计,说明软基是造成管道漏水事故的主要原因之一。

目前我国实际工程中常采用的处理方法有:

（1）深层搅拌法处理软基。如某大道安装DN1200预应力钢筋混凝土管时曾采用这种办法,取得了较好的效果。但这种方法的处理费用较高；

（2）塑料排水板排水固结法处理软基。如某大道部分路段和在建的前山沿河路。但若在软土深厚地区,工期又紧时,采用这种方法,总沉降、工后沉降及差异沉降都较大,无法达到预期的要求。

在国外,发达国家对城市管线早已采用共同沟技术,基本上不存在此类问题。

共同沟亦称“地下综合管廊”,即在地下建造集约化隧道,集电力、通讯、燃气、上下水等各种市政管线于一体,同时设置专门的检修口、吊装口和监测控制系统。早在19世纪,法国、英国、德国就开始建造共同沟。到20世纪,美国、西班牙、俄罗斯、日本、匈牙利等国也开始兴建共同沟。当今共同沟已被发达国家所普遍采用。国外共同沟建设的特点:一是立法优先,如共同沟的产权问题、地下空间有偿使用问题及对已建共同沟路段禁止开挖等问题都有法律规定。二是整体规划,必须将共同沟与地铁、地下综合体系等地下工程统一纳入城市地下空间规划。目前我国市政管线(网)的建设大都还是各自为政。由于在管理体制上存在条块分割、交叉重复、多头管理等问题,导致建设共同沟面临道路开挖难、执法管理难、资金落实难等层层阻碍,因此,短期内无法大范围实施。

2. 工程实例

2.1工程概况

某市政道路工程,全长4.71km,路面标准宽度50m,双向六车道,为城市一级主干道。其中软基路段长2.53km,几乎占全长的一半,软基处理是该工程最主要的分项控制工程之一,因此设置了若干试验段,实施动态设计和信息化施工。

2.2工程地质条件

该工程位于人工围海造田区,长期受潮汐影响。场地上部为人工填土,厚度仅0.5m左右；其下依次为淤泥、淤泥夹砂、粉质粘土、残积砾(砂)质粘性土。淤泥层厚10～15m,属高压缩性、低透水性、低强度的软弱土层,淤泥的主要物理力学指标为:含水量ω=62.1(%)、重度γ=15.9(kN/m3)、孔隙比e=1.69、塑性指数Ip=18.2、直剪(快剪)抗剪强度参数c=13.4(kPa)φ=1.9(°)、压缩系数a1-2=1.71(MPa-1)、渗透系数k=3.3(×10-7cm/s)、有机质含量3.2(%)。

2.3道路及管线布置

道路标准横断面及管线布置如图1所示。污水管、雨水管以及预留煤气管位布置在非机动车道下,交通信号电缆和路灯电缆布置在非机分隔带下,其余管线布置在人行道下。

Y—钢筋混凝土雨水管；M—预留煤气管位；W—钢筋混凝土污水管；N—电力电缆沟；G—交通信号电缆；d—路灯电缆；X—电讯管道

图1　道路标准横断面及管线布置

2.4软基处理方案

由于该道路工程为城市主干道,管线很多,雨、污水管道埋设较深(最深达7m),对沉降敏感,软基路段均为填方路堤,而且工期紧。因此软基处理需要解决的主要问题是:

2.4.1稳定问题:路基、路堤稳定,包括开挖管道时的路基、路堤稳定及桥台后高填方路堤的纵向稳定；

2.4.2沉降问题:路基(包括管道)的沉降和工后沉降。为了满足路基两侧的雨、污水深埋管基工后沉降≤10cm的要求,一般做法是对整个路基进行水泥搅拌桩复合地基处理。但为了在保证工程质量的前提下尽量降低造价,该工程提出了国内首创的中央机动车道下采用袋装砂井配合堆载预压排水固结处理；非机动车道及人行道下采用粉喷桩复合地基处理的设计方案。

袋装砂井的直径为70mm,间距为1.2m,三角形布置,水泥土搅拌桩直径为500mm,间距1.0m,三角形布置,袋装砂井和水泥土搅拌桩均穿过淤泥层和淤泥夹砂层,进入粉质粘土层,砂垫层厚0.5m,一层单向土工格栅加筋。即约40%的路基采用粉喷桩处理,约60%的路基采用袋装砂井排水固结处理。因为粉喷桩处理的单价约32元/延米,而袋装砂井排水固结处理的单价约3.5元/延米,仅为粉喷桩处理的约十分之一。因此,软基处理费用可节省一半左右,超过1000万元。

2.5观测仪器布置

为了检验这种“中间软、两边硬”的地基处理方案的可行性,在路中心、两种处理方法交界处的两侧、路肩以及坡脚处埋设了总沉降盘、分层沉降盘、孔隙水压力计、测斜管、土压力盒和水位计进行观测。

3. 现场观测成果和分析

填土路堤下,软基的变形是相当复杂的。它的变形性状除了与软土本身的特性有关外,还受到填土形状、填土速度、软基处理方法等因素的影响。特别是软土具有结构性。灵敏度越高,其结构性越强。这使得高灵敏度的软土的变形性状在结构破坏前后表现出较大的不同。以下对代表性断面K5+640的观测成果加以分析。

3.1总沉降观测成果和分析

图2为K5+640断面各测点历时527天总沉降～时间过程线。其中袋装砂井配合堆载预压处理段内最大的总沉降量发生在路中心处,达1269mm,粉喷桩处理段内最大的总沉降量为254mm,约为路中心最大沉降量的20%,远小于袋装砂井配合堆载预压处理段的总沉降量。

根据各测点总沉降数据以时间为参数绘得路断面的弯沉盆曲线如图3所示。由图可见,两侧粉喷桩处理区的沉降量明显小于中部袋装砂井配合堆载预压处理区的沉降量。加荷历时527天时,袋装砂井处理部分的最大差异沉降为455mm,袋装砂井和粉喷桩交界处的最大差异沉降为717mm。

差异沉降随着填土高度的增加而增大,逐渐反映到路堤填土的表面,初期在交界带出现较细的纵向裂缝,最后导致路堤开裂。这反映出了这种处理方法存在的问题。产生这种现象的主要原因是:在同一断面采用不同的软基处理方法,使得同一断面不同处理段的地基压缩模量明显不同,粉喷桩处理段的模量明显大于袋装砂井处理段的模量。在上部填土荷载的作用下,袋装砂井处理段和粉喷桩处理段之间产生了较大的差异沉降。

3.2侧向位移观测成果和分析

土体侧向位移速率的大小是控制路堤地基稳定的指标之一,其变化规律可以监测地基各层土体的侧向变形发展情况,并可以计算因侧向位移而引起的附加沉降量。本工程特别关注中部排水固结区向两侧粉喷桩处理区的侧向位移。

图4为该断面袋装砂井与左侧、右侧的粉喷桩交界处的侧向位移随深度变化曲线,由图可以看出,断面中部排水固结处理区向两侧粉喷桩处理区的侧向位移较大。观测结果表明:加荷历时435天时,左侧交界处最大侧向位移达到241.16mm,右侧交界处最大侧向位移达到222.46mm,最大侧向位移均发生在地表以下5～6m深的淤泥层中。如此大的侧向位移表明了中部排水固结处理区的软弱土体向两侧流动挤压,特别是在管道基坑开挖过程中,由于开挖产生的高差会进一步加大侧向位移,严重影响粉喷桩的稳定性。在本工程施工过程中曾发生此类现象,造成施工单位暂停管道基坑的开挖。

表2列出了沉降和侧向位移的实测值与常用公式计算值及有限元计算结果。路中排水固结区的沉降计算值与实测沉降量比较接近；两侧水泥土搅拌法处理区的实际沉降量明显大于计算值,主要是由于水泥土搅拌法的施工质量难以控制；侧向位移的计算值与实测值比较接近。

结语

通过对该工程实例的研究分析表明,这种在同一断面的不同部位采用不同的软基处理方法(中间为排水固结法处理,两侧为水泥土搅拌法处理),能显著提高管道地基的承载力并满足管道对沉降的要求,大幅降低造价。但是还存在一些问题:采用这种方案使得同一断面的地基土模量不同,中间软,两侧硬,在荷载作用下,中间软的部分沉降大,两侧硬的部分沉降小,导致在两种处理方法的交界处产生较大的差异沉降,造成交界处路堤开裂。同时中间软的土体向两侧流动,挤压两侧的粉喷桩,导致产生较大的侧向位移。鉴于粉喷桩抗水平剪切的能力差,所以在管线开挖施工中容易引起粉喷桩因受剪失去稳定,因此,需要进一步改进设计,寻求更合理、经济的城市主干道软基处理方案和施工方法。

（作者单位：龙海市市政工程处）