及转弯加固处的施工设计方法
格瑞德集团公司 杨华英
摘要：文中介绍了2004年完成通水的广州市南洲水厂输水工程在穿越淤泥、鱼塘、过路
等特殊地质的处理施工方法，防止不均匀沉降等方面的设计关键技术。
一、工程概况
广州市南洲水厂输水工程输水量为110万m3/日，工程直径DN2200mm、工作压力0.6-0.8MPa，刚度7500N/m2,单线总长约22Km，玻璃钢管沿线分布在顺德及番禺境内。
本工程顺德境内的玻璃钢管单线总长2422.949m(双管)，共分4段，桩号分别为I 0+000.000~I 0+310.270、 II 0+000.000~ II 0+314.110、 III0+000.000 ~ III 0+867.259，IV 0+000.000~ IV 0+931.310 (见平面布置图及纵剖面图)。
管线地处珠江三角洲平原，南起顺德市西海取水泵站，经潭洲水道、碧桂路、陈村水道、市桥水道等，跨珠江后直达南洲水厂。玻璃钢管顺德段(双管并列)沿线多为果林场、花圃、鱼塘等，番禺段双管分开沿公路两侧铺设，地面高程一般标高在0.5- -3m之间， 个别地段标高在5m以上,相对较平坦。
地质钻孔勘探资料显示(钻孔与管线有所偏差，最远处相差100余m)，场地地层由人工填土层、耕植层、冲积层、残积层、基岩组成。其中人工填土层分布于场地表层，平均厚度约2~3.6m，由冲填土、杂填土及素填土组成，其承载力标准值一般f≤100KPa;耕植层厚度0.2m，同样-般f≤100KPa;冲积层又可分淤泥、淤泥质土、淤泥质粉砂、粉砂、粘土等亚层。其中淤泥、淤泥质土地勘资料建议f=40~45KPa;粉砂建议f=120~ 130KPa;粘土建议f=150~ 160KPa。残积层岩性主要为粉质粘土,建议f=180~ 200KPa;基岩为白垩系泥岩和粉砂岩,按其风化程度可分为全风化带、强风化带、中风化带，其总体强度相.对较高,建议f$>350KPa。
玻璃钢管沿线地下水位较高，顺德段距地面0.5 ~ 2m，场地地震基本烈度为VII度。
二、管道典型断面设计
根据本工程的地物、地貌、地形、地质等条件，玻璃钢管的布置以减少开挖、减少回填、减少弯点为原则，从而达到减轻地层荷载力、减少工程量，以利于快速施工、优质、经济的目的。
本工程顺德段沿线除林果场、花圃、鱼塘外，个别地段还有支线公路和靠近房屋的不利因素。
1、过果林场、花圃的一般地段
控制管顶最小覆土厚度1~ 1.2m，即最小开挖深度4~4.2m (地勘资料显示8m以内地层无明显变化，深挖不能改善地基承载条件)。
管顶覆土厚度主要取决地下水位(见表1)，其厚度应保证空管不产生上浮破坏。据相关资料计算,地下水位距地面0.5m,覆土厚度1.2m,可以满足要求，由于多数地段地下水位距地面在0.7m以上，覆土厚度1m即能达到要求。
参照相关规程及满足施工需要，确定玻璃钢管中心间距3500mm, 即两管间净距1219mm略大于管半径1141mm。
根据征地及地质条件，本工程一般只能布置为垂直开挖，其底部开挖净宽7700mm，即两管外侧净宽为960mm，略大于施工需要值800mm。基坑开挖过宽不仅增加工程量和投资，且对施工不利，会加大施工场地布置和支护及吊装难度。
个别地段人工填土层、耕植土层相对较厚时，可考上部斜坡开挖，以减少钢板桩支护压力。
基坑回填:顺德段管底基础为淤泥或淤泥质粉砂，前者具有高压缩性，后者具有液化性。其承载力标准值fr=40~45KPa，根本不能作为管道持力层。当开挖深4.2m时，估算基础面受力约60KPa左右，因此置换管底持力层，加速淤泥固结,提高其承载力是必要的。作法是:底部为200mm厚中粗砂过渡层(其细度模数应大于2，密实度大于90%,下同)、400mm厚灌砂碎石层、200mm厚砂垫层 (管周边防护层)。
福建省石狮市供水工程及其他工程实践经验表明，用砂和碎石置换基础
持力层后3--10天淤泥固结度基本可满足要求。玻璃钢管就位后中粗砂回填至管径70%高度，上部为夯填土层至地面。
2、过沟(塘)地段
顺德地段玻璃钢管将跨过数处沟(塘)，由于无实测水深及水流状态数据，本报告考虑两种处理方式:
浅沟(塘)可采取围堰抽水，斜边坡开挖、埋管、回填。开挖边坡取决于下部淤泥(淤泥粉砂)层的相关指标，-般坡度会缓于1: 2.开挖底宽为5700mm，回填分别为(自下而上) : 200mm厚中 粗砂层、400mm灌砂碎石层、C20钢筋混凝土底板厚150mm、中粗砂管底垫层200mm、中粗砂回填至管顶上100mm、上部 夯填砂包土、顶面保护层250mm厚M7.5浆砌块石，保护层视沟(塘)功用确定是否需要。
另一种形式为垂直开挖、钢板桩支护。回填层布置同上。开挖底宽为7700mm。考虑空管抗浮要求，管顶以上同填总厚不小于1500mm.此外也可采取将管拉固在钢筋混凝土底板之上,以满足抗浮要求,但管顶以.上覆土厚度仍需大于800mm.
3、 过路地段
过路地段埋管，比较深挖、浅挖两种形式。当汽车在上部通行，要基本消除其动荷载，约需开挖总深度8m左右，即管顶以上5m左右，如此深挖从施工难度及经济效益两方面考虑均不适宜，因此还是按通常的开挖，回填形式较好。
本工程过路地段支护回填结构形式为:两侧垂直开挖、钢板桩支护，基坑回填依次为底部夯压木桩(直径φ 140 ~ 160mm，间距800mm梅花型布置，按每根桩压力45KN控制)，中粗砂层200mm、400mm厚灌砂碎石层、C20钢筋混凝土板厚150mm.管就位后中粗砂回填至管顶、编织袋装砂回填(基坑两侧亦填一层装砂编织袋)、夯填砂包土，然后恢复路面结构。管顶回填总厚不小于1600mm.
4、过楼房侧边地段
靠近楼房侧边地段考虑到管沟开挖可能使房屋产生沉降，因此在靠房屋边先打一定厚度水泥搅拌桩作支护，另一侧用钢板桩作支护。开挖时应分层均匀开挖，层高不宜大于1m.管沟开挖底宽7700mm,基坑回填依次为200mm厚中粗砂层、400mm厚碎石灌砂层、200mm厚中粗砂管底垫层，玻璃钢管安装就位后回填中粗砂至管径70%高度，上部为夯填土层。管顶回填总厚不小于1200mm。
5、玻璃钢管转弯加固处理
在管线水平转角大于10°，垂直转角大于7°处设混凝土镇墩。小于此角度可利用玻璃钢短管连接。考虑到顺德段管线较平缓，垂直转角均小于7° (过沟、 塘段除外)，故只设水平转弯镇墩，镇墩尺寸:宽度为6.7m,高度为3.281m,双管均匀布置(见图)，长度为弯头两端各伸出500mm即为πR a/180+1000,其中R为转弯半径-般为6600mm,a为转角。镇墩基础处理:考虑到淤泥层地基承载力较低，在底部夯压木桩，间距800mm梅花型布置。单桩承载力45KN,桩径φ140~φ160mm，后铺200mm厚中粗砂、400mm碎 石灌砂层、最后用100mm厚C10素砼垫层找平。为满足镇墩局部沉降要求，镇墩进出口用短管与玻璃钢管连接( 基础处理不一致处同此做法)。
6、排气阀井和排水阀井
管道沿线地形起伏，考虑到今后运行、检修需要，-般在管道隆起部位设有排气阀，管道下凹部位设有排水(泥)阀。
排气阀井为钢筋混凝土结构，其长为3100mm，宽为7500mm，顶部一般露出地面500mm,底板顶高程较管中心高程低1700mm,底板下基础处理从基坑起依次为: 200mm中 粗砂层、400mm厚碎 石灌砂、100mm厚C10素砼垫层。考虑到地基承载力较低,在底板底部夯压木桩，木桩:直径中140~ 160mm，间距800mm, 梅花型布置，单桩极限承载力45KN.
排水(泥)阀井为钢筋混凝土圆形结构，排水(泥)管设在供水.管底部，直径为φ400mm(内径) ，先穿过干井，然后至湿井。干井内径02800mm，壁厚250mm,湿井内径中1600mm,壁厚250mm.干、湿井顶板应高出地面S00mm，底板下基础处理同排气阀井。为满足排气阀井和排水阀井局部沉降要求，排气阀井和排水阀井进出口用短管与玻璃钢管连接。
三、玻璃钢管施工中应注意的事项
1、原材料的检查检测
玻璃钢管的原材料应有出厂合格证，监理还应定期和不定期抽检。回填砂的细度模数需严格把关，不能小于2;碎石的含泥量不能超标。
木桩的材质必须良好，以保证压桩不会劈裂折断，直径大小头不能偏差过多，一般应在20%以内，管顶上部回填土不能用淤泥或淤泥质粉砂。.
2、施工协作配合
南洲水厂输水工程具有工程规模大、工期紧、工程质量要求高的特点，因此各施工工序的良好配合十分重要，其中尤其是土建施工与管道安装的良好配合是保证工期和质量的关健之一。土建施工单位往.往希望随挖、随填、随安装，而安装单位则希望一次安装段落尽量长一些;土建单位希望24小时随叫随装，以免出现边坡塌方或雨天降低垫层质量等事故，而安装单位则希望尽量在白天安装。建议在开工前土建施工单位与管道安装单位签订较细的施工配合协议。
3、施工场地布置及注意事项
由于本工程征地宽度仅17.5m,施工场地布置存在一定难度。弃土、管道及其配件、砂石料、木桩等的堆放与施工道路的布置存在矛盾，且物资的堆放与道路均不能离管沟太近(这也是设计中管沟不宜深挖和两管间间距应尽量小原因之一)。建议在弃土与道路分两侧布置的前题下，大量的砂石料或备用材料需临时征地堆放，待装管道应随运随装，必要时堆放在管沟或已回填管顶地面上。各种阀井、镇墩处需扩大临时征地。施工道路应尽量布置在征地线外边侧。合理的选用管道吊装设备也十分重要，既要能单侧吊装双管，又要尽量减轻管沟支护板桩所受的动荷载。
基础是淤泥或淤泥质粉砂的管沟,开挖后的支护将是施工的难点之一，需做好加支撑的准备。钢梁支撑或框架支撑都会影响管道吊装。
一般可采取选择合适位置先将管道吊入沟内， 然后在沟内水平搬移就位(这也需要土建施工与管道安装密切配合)。
淤泥透水性差，挖坑排水一般效果不佳，但又是必要的，管沟开挖时需作好选点布坑。管沟开挖时应预留20 ~ 30cm保护层采用人工开挖,避免机械开挖对淤泥的扰动,破坏淤泥结构,使其丧失承载力。人工开挖时,施工人员应踩在木板.上,边挖边退。管沟开挖到设计高程应及时铺填过渡砂层，以防止淤泥表面析水，影响其承载力。
施工中应密切监测砂、碎石垫层及管周边回填砂的质量，相应指标不能放宽。
从管道就位即应开始进行管道的沉降及变形观测，从而连续动态地掌握相关数据。
阀井和镇墩下部的桩基不仅是为了提高承载力，更主要是解决基础不均匀沉降和满足抗震要求。基础木桩的连接和偏斜在施工中容易被忽视，应予以注意。
四、结论
1、顺德段管基为淤泥和淤泥质粉砂,地勘资料建议承载力f=40~4SKPa,因此需进行强化处理。咨询意见,在满足施工、运行、维修的前提下，基坑以浅、窄为原则。建议基坑底宽7700mm,管顶覆土深度1200 ~1600mm.基础处理以置换为主,个别交叉及建筑物下部增设木桩以满足不均匀沉降和抗震要求。
2.采取管顶覆土厚度1.5m,两管中心间距5m,工程量、投资及施工场地布置难度会有所增加,但也是可行的(具体设计详见第二方案)。
五、建议
1.建议在全线玻璃钢管铺设前,选定100~120m管段作为先期实验段,在实验中完善施工工艺及流程,检测管道沉降及管底淤泥层的固结(水性态和相关数据。
2、玻璃钢管的分段试压是保证质量的重要环节之一，本工程淤泥地段试压靠背墩的选点将有困难，建议提前予以考虑。
3、建议随时监测水质变化情况，以防生化污染，降低管壁糙率，影响管道过流能力。
4、建议在地下水位较高的管段布设地下水位监测井，以利于动态掌握其变化情况。
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