浅谈天津滨海新区软土地质

浅谈天津滨海新区软土地质
市政排水管道的施工
作者：苏强
【摘要】本文针对天津市滨海新区软土地质的特点，结合两年来在此地区的施工经验。分析总结了在不同情况下进行市政管道施工的方法，为类似地质条件下进行市政管道施工提供借鉴。
【关键词】软土地质 地下水 管道
1、前言
随着国家对滨海新区开发力度的加大，此区域内市政工程亦随之大范围的开展。作为市政工程配套设施中的排水管道工程，在整体施工中扮演着重要的角色。一般来讲每个市政工程首先要进行施工的即为排水管道工程，它施工进度的快慢、施工质量的好坏，直接影响后期的道路施工。
滨海地区属于华北平原东部滨海平原地貌，海相与陆相交互沉积地层，地层中主要为淤泥质土与粉质沉积粘土混杂为主，间或有海相沉积流沙层出现。区域内地下水位较高，一般在地表下0.5~1.5m左右。此类地质对排水管道（以下简称管道）的施工来说是较为不利的。鉴于此，为了保证管道施工能够在总体工程初期顺利进行，为后续工作的跟进打好基础。本人结合两年来在滨海新区进行管道施工的经验，对此区域地质条件下的管道施工方法进行了简要分析。
2、施工难点
根据滨海新区的普遍地质特点，管道施工的难点主要有以下几点：
（1）地下水位高：此问题直接影响沟槽的整体稳定性及沟槽基础的稳固程度。排水措施不到位的话容易对管道施工过程中造成很大麻烦。
（2）地层土质差：淤泥质土的地层，对沟槽的开挖和成槽都有较大的影响，如果处理不到位的话很容易造成滑坡和“包饺子”等质量事故。
（3）流沙层较多：此类地质对管道施工危害最大，一般出现在埋深较大的管道施工中，容易通过支护桩缝隙挤入槽内，且清理起来难度很大。如果流动量较大时还容易出现沟槽外部土体的沉陷。
3、施工方法的选择
根据不同的地质地层情况及现场施工环境要求，管道主要分为明开施工和非开挖施工。
明开主要是在周边场地开阔，地质条件良好且管道埋深不大的条件下进行。明开施工为目前普遍采取的施工方案，其工艺简单、施工过程中易于根据地质情况变化及地下障碍物的位置变化，及时调整施工方案。但此方法容易受到周边环境的影响，如临近建筑物的管道施工，过路、过河的管道施工，埋深较大的管道施工等。
非开挖施工目前主流的施工方法主要为顶管，此工艺开挖面小、占地少、施工速度快。但相对造价较高，且受流沙地质或无法确定准确位置的地下构筑物等客观因素影响较大，因此适合于地质及地下障碍物情况清楚的过河、过路等不宜明开施工的管道工程。
本文重点介绍常规的明开管道施工方法。
4、施工工艺
明开施工管道的主要施工工艺流程如下：
施工准备→排水→开挖支护→管道基础→管道安装→回填
4.1施工准备
熟悉设计图纸，对管道的线由进行实地放样，调查沿线的地质、构筑物、场地及水文情况，根据掌握的现场情况与设计图纸进行综合考虑，制定可行的施工方案。
4.2排水
鉴于滨海新区地下水位较高的情况，大部分管道施工中均需要进行排水工作。排水的方法一般为明排法、大口井法、轻型井点法等几种。施工中主流采用明排法与大口井法。
4.2.1明排法
明排法系指通过排水沟和截流沟将地下水和地表水汇集到集水井中，由水泵排走的方法。明排水适用于排除地表水及沟槽深度较浅的地下水。
槽内排水沟一般设置在沟槽的两侧，槽内面积大的可在中间增加盲沟。为了保证水流能够顺利排出，每隔50~80m设置一道集水井，集水井采用干砖砌筑，井底标高一般低于基坑1m左右。基坑边截流沟与坑内排水沟类似，距离基坑边约1m左右，通过设置一定的纵坡或间隔设置集水井将积水排出。
4.2.2大口井法
大口井在天津地区应用比较广，降水深度超过6m的沟槽普遍用大口井降低地下水。大口井能够有效降低地下水位，降低开挖支护的难度，且有利于基槽内部的施工。尤其是在海滨地区，地下流沙多发地质的基槽施工难度很大，降水后能够很好的解决这个问题，效果好的甚至能够直接放坡开挖而不会产生滑塌。
大口井应在挖土前打好抽水，抽水比挖土提前时间量根据土质确定，渗透系数小时应增加提前时间。大口井井距及深度，可根据经验设置为开槽深度加4~6m，井间距8~15m。打降水井时打设观测井，基槽较长时亦可利用临建降水井进行观测，待观测水位降至基坑下0.5m即可进行开挖。施工期间抽水不得间断，直至沟槽回填完毕为止。完工后的大口井必须用砂石回填。
大口井的抽水设备采用潜水泵，井筒采用无砂混凝土管，凿孔的方法一般采用钻机钻孔法，井筒外侧使用石屑作为滤料。
在流沙层较多的地段采用大口井降水时，钻孔过程注意避免因流沙的作用塌孔，并且在下管时将管道外包土工布滤层，避免孔内淤积流沙，堵塞井孔。
4.3开挖支护
开挖支护为整个管道工程的重要环节，如果对基槽处理不好，很容易影响后期管道的正常施工，更严重的可能会危害到施工人员的安全。因此在施工前期根据管道的设计情况以及现场地质情况合理制定开挖或支护措施尤为重要。
根据地质情况，如果管道埋深不大，开挖范围内的土质较好，地下水位相对较低的，可进行放坡明挖施工。放坡明开挖土的边坡根据现场的土质及挖深，施工期限、地下水位等情况综合确定，一般土质较好的情况下设置为1:1.5。明开挖土较深时可设中间平台。
如果施工范围内土质较差，且管道埋深大时应考虑进行支护。沟槽支护常规采用工字钢，打设方法为一丁一顺、密排、一丁两顺、平打等，具体方法选择应根据稳定性计算确定。钢桩之间必须通过槽钢等焊接为一个整体，增大受力面，俗称为“腰梁”。槽深大于5m或现场土质较差时应当进行水平支撑，保证基坑的整体稳定性。支撑材料选择双拼工字钢或钢管均可，支撑两端位于腰梁之上，保证其作用力均匀分布到钢桩上。支护方案应当经过稳定性验算校核，深度大于5m的支护应当进行五人以上的专家论证。
挖土时采用挖掘机配合人工进行，当基槽深度较大时应考虑使用长臂挖机等特种机械。要对沟槽进行支护的，应采用“随挖随支”或“先支后挖”的方法确保支撑不变形，杜绝一次性挖到基底再进行支撑。挖至设计槽底高程时应配合人工进行清槽，不得超挖扰动基底。
沟槽挖出的土要尽量运出现场，如因场地限制无法运出的，应将土倒至沟槽边10m之外，防止因槽边堆载造成的沟槽失稳。
4.4管道基础
根据不同的管道埋深及管材要求，管道的基础一般为砂石基础与混凝土基础两种。
3.4.1砂石基础
砂石基础铺设前应对槽底进行检查，不得有积水和软泥，如槽底弹软应采取换填等措施进行处理，待达到设计地基承载力后方可进行基础施工。
施工时先在基底铺设一层沙砾或碎石，碎石粒径为5~40mm，上面再铺2cm砂垫层（中、粗砂），总厚度依照设计或标准图集要求执行。为了避免管道安装后产生沉降，影响管内底高程，需预先将垫层高程适当抬高30~50mm。垫层铺设后用振动平板夯夯1~2遍。
管底与垫层接触两侧的腋角，必须用砂填充夯实，必要时分层夯。填料需与管底紧密接触，不得采用其他材料进行填充。填筑厚度符合设计或标准图集要求。
一般砂石基础施工时，容易忽视腋角部位的重要性，往往待管道安装完毕后一次性将剩余基础部分填筑完毕。使腋角底部填料与管道接触部分出现空洞，使管道受力不均匀。因此在腋角部分施工时应当进行分层施工，切实保证填料与管道的接触紧密。
4.4.2混凝土基础
混凝土基础一般标号为C15，以采用低稠度混凝土为宜，平基部位最好采用干硬性混凝土，在地下水位下施工不宜用大坍落度混凝土。
一般小管径的管道可一次性进行基础浇筑，当管径大于600mm以上时应当分两次浇筑。
当沟槽深度大于2m时，浇筑混凝土应用串筒或溜槽进行浇筑，混凝土浇筑后应注意养护，待混凝土标号达到5Mpa时方可铺管。
当混凝土基础分两次浇筑时应当重点注意两次结合面的处理。有时平基与管座浇筑时间间隔较长，造成平基表面被泥土污染，应在浇筑管座前仔细清理基础表面的杂物，并进行冲洗凿毛，切实保证两次浇筑混凝土的整体性。
4.5管道安装
所有管材进场后应进行外观检验，查看是否有外观质量缺陷，对不合格的应退回厂家，严禁使用。
下管前对管道基础进行检查，保证基础尺寸及高程的正确。然后精确放样并明确标示管道中线，必要时可多放一条参考线，以便符合安装后管道的轴线准确性，随时作出调整。
污水管道、雨污水合流管道、倒虹吸管等管道需在安装完毕后进行严密性检验，具体操作方法及要求详见《天津市市政工程施工技术规范（排水工程部分）》（DB29-76-2004）中6.7项。
不同的管材有不同的安装要求，具体安装方法见规范要求，不做赘述。
4.6管道回填
管道回填前应对管道和构筑物进行检查，待全部合格且构筑物的强度达到设计要求时方可进行。
回填材料一般为级配碎石、石屑或是原土。级配碎石、石屑主要用于路基范围内的管道包管回填，原土回填主要用于道路以外的管道回填，或者是沟槽内包管以上至地面部分的回填。原土回填时要选择含水量小的粘性土，不得使用淤泥、沼泽土等腐殖质含量大的土，以便保证密实效果。
回填前首先将槽内的杂物、淤泥、积水清除干净，并保证其排水的通畅。
回填时必须分层并始终保持管道两侧或构筑物四周的高度相等使其受压均匀。两侧的高差不得大于20cm，回填每层厚度不宜大于30cm。包管回填采用小型机具进行夯实，达到设计要求压实度后方可进行下一层回填。回填至管道顶以上50cm后即可采用重型压实机具进行回填。回填施工应连续进行，不得间断，尤其是在雨季，更要做好防排水工作。
进行支护的沟槽回填时应回填至支撑位置时再进行支撑拆除工作，拆撑自下而上分步拆除，严禁一次性将支撑全部拆除后回填。
回填用料及拆下的支撑等材料应避免堆存在沟槽附近，随填随运，随拆随运。
5、施工过程的质量控制及注意事项
管道施工中重点控制沟槽的整体稳定，这是保证管道后续施工顺利进行的前提。在施工之前要仔细调查现场的地质情况与地勘报告的符合性，确保设计依据准确。然后根据管道的设计资料与现场情况相结合，制定管道沟槽的施工方法。放坡明挖的需要根据地质情况设置好放坡坡率。沟槽支护要制定专项施工方案报监理审批，方案中要通过计算验证支护措施的安全性，一般采用“理正”基坑计算软件。施工过程中严格按照制定的专项方案进行施工，不得偷工减料改变打入型式。另外在焊接腰梁时如果型钢打设不顺直，造成腰梁与部分型钢间有空隙，用钢楔子将空隙填满，使型钢整体受力。
管道回填过程中应严格控制回填材料的层厚，因为管道周边无法使用大型压实机具进行压实，如果一次性回填过厚无法保证压实度要求，容易造成工后回填材料的沉降，对管道以上的构筑物造成影响。因此在管道回填过程中不能因为抢工期等借口就忽视了逐层压实的重要性。另外在管道两侧“下料”时，应当使用挖掘机将填料送至管侧，不得用装载机或自卸车在沟槽外倾倒。
6、结束语
滨海地区的管道主要施工特点为沟槽开挖难度大、地下水位高、槽底土质软等。施工中应当围绕这几个方面多下功夫，精心施工、精细施工，多注意细节问题的处理，有效推动施工质量与施工进度。

参考文献：
《天津市市政工程施工技术规范（排水部分）》 天津市建设管理委员会 2004年8月出版
 

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