广东省佛山地质局 广东 佛山 528000
摘要：本文结合工程实例，就工程地质条件对管网铺设影响进行探讨，并提出相应对策，以供同仁参考。
关键词：地质条件；工程勘察；影响及对策
一、工程概况及勘察要求
某截污工程范围主要包括某涌沿线，并包含对某涌临近口岸大道处的暗涌进行截污工程的建设。本次截污工程需新建截污管约为4147m，其中管径为DN500的截污管约为382m，管径为 DN600的截污管约为1975m，管径为DN800的截污管约为1790m；管网的起点位置（X=2563395.809，Y=482368.343；X=2562882.310，Y=482411.780），终止位置（X=2563692.519，Y=485784.411；X=2563667.260，Y=485981.364），目前与其它管网的连接关系不详；涉及截污管处路面开挖与恢复；其它市政管线（供水、电力、通信、燃气、军用光纤等）迁改综合规划；对建设方提供的现状市政管线等资料进行复测；拟采用明挖或部分顶管施工方法埋管，埋管深度约2～4m，顶管管材采用Ⅲ级钢筋混凝土管，F型钢套环连接。
岩土工程勘察中根据拟建管道及构筑物的特征，依据有关规范，提出设计所需的各种物理力学性质指标及其技术参数(如沉井侧壁摩阻力)，并提出适宜的技术措施、合理的建议，满足工程及设计要求。
查明沿线地层结构，可能产生流砂、震动液化等不良地质分布、埋深和厚度；沟槽开挖施工采用板桩支护时，产生基底隆起的可能性；地下水、地表水对混凝土及钢结构的腐蚀性；穿越明（暗）浜的位置及深度；提供各层土的物理、力学性能指标，提供各土层渗透系数，并做场地地震液化判断。
顶管施工管道工程（原则上埋深≥3m考虑采用顶管），尚应查明场地内顶管沿线范围内的地下暗藏物与管线分布情况。提供沉井下沉摩阻力及水泥土搅拌桩围护结构的有关数据，并针对场地条件提供工作坑及接收坑合理结构形式分析。
二、工程地质概况
场地地处珠三角冲积平原，属第四系海陆交互相沉积第一阶地，水网密布，大部分位置地势低平，管道埋设中等，需要通过中途提升将污水汇集。
根据现场勘察结果，在钻孔深度控制范围内，某涌截污工程管网沿线之地基由人工填土(Qml)、第四系三角洲海陆交互相沉积层(Qmc)及下古近纪古新统莘庄村组（E1x）组成。第四系沉积层厚度变化较大，主要由粉质粘土、淤泥、淤泥质土、含砾中粗砂等组成，土层种类较复杂，层位不稳定，沿线大多软土发育；残积土层土质随原岩岩性不同而变化，以残积粉质粘土为主，残积砂质粘土次之；基岩埋藏深度较浅～中等，岩性主要为泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩及含砾长石石英砂岩等。
三、沿线软土层工程地质特征
某截污工程管网沿线在上更新统和全新统以来属珠江三角洲凹陷区，第四纪沉积层厚度浅～中等，为海陆交互相冲淤积层，土层种类较多，土的物理力学性质差，且差异性大，全线地表薄层硬壳层（粉质粘土层）之下均以淤泥、淤泥质土为主，而且具多层性，具高压缩性、承载力很低、抗剪强度低、强震时易产生变形使地基失稳等特性，属不良地质特殊性土层。
软土一般指天然含水量大、压缩性高、承载力低的一种流塑状态的粘性土，一般在静水或缓慢流水的还原环境中沉积，经生物、化学作用形成的。根据有关规范的规定，软土的划分标准采用天然含水量大于等于35%或液限、天然孔隙比大于或等于1.0、十字板剪切强度小于35kPa等三项指标，而且将珠三角地区普遍存在的淤泥、淤泥质土按定量指标划分为：当土的天然孔隙比大于1.5时，为淤泥；天然孔隙比大于等于1.0小于等于1.5时则为淤泥质土。软土的主要矿物为粘土矿物的高岭土及伊利石，高岭土及伊利石多为片状，具有较强的亲水性和表面活动性，沉积时多呈片堆组构，形成絮状结构，具较高灵敏度，受扰动后土的力学性质变化较大。
沿线土层种类相对较多，主要不良地质现象及特殊性土层为高压缩性软弱土层的淤泥、淤泥质土，其埋藏浅，厚度变化大，工程性质差，其类型主要为淤泥质土，局部为淤泥，其下卧层为粉质粘土或含砾粗砂；属三角洲海陆交互相沉积，呈深灰色、灰色、灰黑色，流塑。普遍含粉砂和贝壳，局部为淤泥质土与极薄层粉砂互层，粉砂层结构不稳定，多交错呈不规则的尖灭层或透镜状夹层，含腐殖质，具腐臭味。
根据钻孔取样土工测试结果，本工程管网沿线淤泥质土、淤泥具有以下性质【主要为第（3）层淤泥、淤泥质土】：
（1）较高的含水量。根据土工测试资料统计，全线软土天然含水量ω0平均值68.9%，标准值72.20%，最高值96.5%。
（2）天然孔隙比大。据土工测试资料，第（3）层淤泥、淤泥质土的天然孔隙比e0=1.055～2.915，平均值1.949，标准值2.046。
（3）压缩性高。软土的孔隙比大决定了压缩性必然高。沿线主要软土的压缩系数av=0.68～3.50 MPa-1，平均1.74MPa-1，属高压缩性土层。
（4）凝聚力小，抗剪强度低。直接快剪凝聚力平均值6.0kPa，标准值5.5kPa，摩擦角平均值3.2度，标准值2.9度。土体抗剪切变形能力差，在施工过程中经常遇到开挖到一定深度后出现流变，造成开挖基坑失稳。
（5）固结系数小，渗透系数小。虽然软土的含水量高，但固结系数小、透水性差，特别是垂直透水性更差。按经验，主体软土的固结系数Cv=4.98E-04～2.26E-03cm2/s，平均1.00E-03cm2/s；渗透系数k20=2.10E-07～5.11E-07cm2/s，平均3.75E-07cm2/s，多为10-6～10-7数量级，渗透性等级属极微透水性。固结系数小，意味着土体完成固结沉降所需的时间较长，而透水性差，又大大地延长了土基固结的时间。
（6）强度低，灵敏度高。根据在沿线周边高速公路勘察中的静力触探孔试验成果，软土层的锥尖阻力qc=0.15～0.99MPa，平均值0.55MPa；侧壁阻力平均值fs=12.1kPa；软土层的原状土抗剪强度平均Cu =39.73kPa；重塑土抗剪强度平均Cuˊ=10.97kPa；灵敏度St结构性分类属中等灵敏～灵敏。
四、关于软土层物理力学性质指标统计中抗剪强度指标的探讨
从沿线软土土工测试结果看，软土中重要的抗剪强度指标—土的粘聚力c和土的摩擦角φ，均采用直接剪切试验（包括快剪、固结快剪）方法测定。该方法局限在于不能严格控制排水条件，测不出剪切过程中孔隙水压力的变化。对于淤泥、淤泥质土软土，土工测试的指标为：天然含水率ω0=36.2～96.5%，平均值68.9%，标准值72.2%；直接快剪试验凝聚力c=1.0～11.1kPa，平均值cm=6.0kPa，标准值ck=5.5kPa；摩擦角φ=1.0～7.3度，平均值φm=3.2度，标准值φk=2.9度；慢剪试验凝聚力c=8.1～34.8kPa，平均值cm=17.0kPa，标准值ck=14.5kPa，摩擦角φ=9.3～23.3度，平均值φm=15.8度，标准值φk=14.4度。
与广东省标准《建筑地基处理技术规范》（DBJ 15-38-2005）附录B的提供的指标比较，本场地含水量介于40～45%之间的淤泥质土的测试抗剪指标偏于保守。为方便设计单位更合理地选用上述指标，达到运行安全、经济合理的目的，现将广东省标准《建筑地基处理技术规范》（DBJ 15-38-2005）附录B的表B.0.3列出，供参考。
五、软土工程地质评价与整治建议
由于沿线属珠江三角洲凹陷区，第四系沉积层厚度较大，大部分为软土地段。软土以淤泥、淤泥质土为主，呈流塑状，具有天然含水量高、高压缩性、天然孔隙比大、固结系数小，渗透系数小及土的力学强度低等特点，工程性质差，尤其在地震作用及振动荷载作用下，易产生侧向滑移，不均匀沉降及蠕变等工程地质灾害，对管道埋置、管槽开挖及管道运行的稳定性具较大的影响。
目前解决软土地基问题一般采用桩基础、将软土全部换填或进行软土地基处理等三种方式，前两种耗资巨大且不利于环保，软基处理便成为相对经济而又可靠的软土地基处理方式。
①换填法：对于浅层较薄软土（一般不大于2m）、清除软土不会造成管槽坑壁失稳、土方量较小者可采用换土处理，换填材料采用中粗砂、石屑等。
②木桩加固：当基础之下软弱土层超过3m难以清除时，可采用机械压入松木桩加固处理，压入木桩长度根据地质资料进行确定。根据地方施工经验，尚可考虑抛石挤淤法或钢筋混凝土预制短桩替代木桩加固，供方案比选。
③复合地基加固：主要是针对管道基底下存在厚度较大的软土地段，根据场地软土性质、工程水文地质及现场施工条件，可考虑采用水泥土喷浆搅拌法（简称湿法）、振冲碎石桩及CFG（水泥、粉煤灰、碎石桩）桩等方法处理措施，形成复合地基，以达到提高地基承载力、减少地基沉降量的目的。首先考虑应采用水泥土喷浆搅拌法，该法具有施工速度快、设备轻便、便于移动、方法容易掌握、处理深度较大等特点；竣工后沉降较小、排水固结时间短，施工技术成熟，能较好地解决沉降过大问题。但往往受到施工面过窄等限制；也可采用高压喷射注浆法进行处理。具体施工应根据现场条件确定。
根据区域地质资料及本次勘察资料，全线范围未发现岩溶、土洞、滑坡、崩塌或采空区等不良地质现象，未发现膨胀土等其它特殊性岩土。
六、管槽开挖、顶管、沉井基坑开挖支护结构形式建议
本工程污水管网覆盖面积广，管道的埋设基本沿现有河涌进行，设计地面标高（珠江基准高程）0.50～-2.00m。依据设计方案，在管槽开挖施工时，开挖深度较小时及场地许可时，可采用排水放坡开挖施工，但应注意浅层淤泥产生的侧向滑移、不均匀沉降及蠕变等地质灾害，以及第（5）层含砾粗砂产生的管涌现象；对管槽开挖深度较大时或受周边环境限制时（如施工面过窄等），应采取必要的支护措施，建议采用拉森钢板桩、水泥土喷浆搅拌桩或旋喷桩进行支护、截水，钢板桩等入土深度应符合规范要求。砂土层厚度大、地下水丰富地段应适当进行止水。当管线附近有房屋或其它建筑设施时，须采取必要的保护措施，并加强监控。
本工程管道埋藏深度较浅，管道大部分置于填土、粉质粘土、淤泥、淤泥质土、含砾粗砂及残积土中，易于顶管施工。顶管施工对管材的强度、刚度、耐震动、耐冲击等方面的性能要求比较高，根据已有的工程经验及工程实例，顶管管材采用Ⅲ级钢筋混凝土管，F型钢套环连接。
顶管穿越可采用掘进式顶管工艺、土压平衡式顶管工艺和泥水平衡式顶管工艺，顶管施工中遇两种土质差异较大时，应调整顶管方法。
由于顶管工作井、接收井一般情况下采用沉井结构。沉井结构施工过程中的基坑开挖建议：
（1）采用排桩或拉森钢板桩支护，排桩之间采用旋喷桩进行止水。支护结构应进入隔水层足够深度为宜，以满足止水和支护结构稳定的嵌固要求。
（2）建议进行坑内排水。根据附近场地现场抽水试验施工经验，第（5）层含砾粗砂的井点降水影响半径约100m，渗透系数5×103cm/s。
（3）沉井基础施工过程中，建议对沉降、变形及地下水的水位变化等进行监测，以便发现问题能及时处理，避免事故发生。
参考文献
[1]《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001，2009年版）.
[2]《市政工程勘察规范》（CJJ56-2012）.
[3]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）.
[4]《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）.
[5]《给水排水工程顶管技术规程》（CECS 246-2008）.
论文作者:袁丽云
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/4
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