軟土地基地下混凝土管道基礎(chǔ)沉降問題及控制措施

柯毓嫻

（上海建科工程項目管理公司， 上海 200032）

本工程管線為大型娛樂項目基礎(chǔ)設(shè)施的雨污水系統(tǒng)和動力管線等。全部管道基本在同一平面的不同標高。其中雨污水管道位于最低層，管道最深處標高約在－4 m。根據(jù)地勘報告，本工程屬淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和黏質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。本項目的自然標高約為 4.5 m，即開挖深度約為 8.5 m；雨污水管道及雨污水檢查井均采用工廠預制的鋼筋混凝土管和井。雨水管道外徑為φ2 030、內(nèi)徑為φ1 650 等。

由于本工程管道基坑開挖大多位于上海典型淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土土層，土層土質(zhì)不均，平均厚度在 3.23 m 左右，流塑狀態(tài)。因此，軟土區(qū)域管道施工沉降不可避免。根據(jù)以往上海地區(qū)市政施工經(jīng)驗，管道沉降基本在 10 cm～30 cm 的范圍內(nèi)。要保證工程的使用功能不受影響，關(guān)鍵是除了要控制管道、管道與井的不均勻沉降外，還要注意管道的流水方向，避免坡度變反形成倒泛水。

1 實際施工中管道差異沉降情況

按施工圖紙完成管道敷設(shè)并驗收通過的雨水管道，經(jīng)第三方監(jiān)測，多處發(fā)生管道與檢查井接口出現(xiàn)開裂。經(jīng)分析，導致開裂的原因是由于管道與檢查井間的差異沉降所致。

為查明上述接口的變形和開裂原因，業(yè)主委托第三方，對雨水井 DMH#J22 和 DMH#J23 之間的布點觀測，采集沉降數(shù)據(jù)。根據(jù)第三方觀測數(shù)據(jù)，觀測點 W7 累計沉降 163 mm；W6 和 W7 之間 5.8 m 的距離，差異沉降達 60 mm(1∶97)。根據(jù)觀測結(jié)果顯示，最大的差異沉降靠近檢查井口。

2 地基承載力驗算

2.1 主要計算參數(shù)

預制混凝土排水管外徑 2.03 m；預制混凝土排水管內(nèi)徑；鋼筋混凝土管壁厚 0.19 m；鋼筋混凝土管壁厚 0.19 m；混凝土排水管底埋深 8.5 m；混凝土排水管內(nèi)水充盈率 80%；條形基礎(chǔ)厚度 0.2 m；地下水位埋深 1.0 m；淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土地基承載力特征值 55 kPa；土的自重；18 kN/m3；鋼筋混凝土自重 26 kN/m3；地面堆積荷載 Q2 為 10 kN/m2；地面人群載荷Q3 為 3.5 kN/m2。

2.2 荷載值計算

預制鋼筋混凝土管自重：N1=3.14×(1.0152－0.8252)×26=28.5 kN/m

管溝回填土自重：N2=18×1×2.8+8×(7.5×2.8－3.14×1.0152)=192.52 kN/m

鋼筋混凝土基礎(chǔ)自重：N3=2.8×0.2×26=14 kN/m

鋼筋混凝土管內(nèi)水重(按充盈率 80% 計算)：Q3=3.14×0.825×80%×10=17.1 kN/m

基底平均壓力：S標準=N1+N2+N3+Q1+0.7×(Q2+Q3)=(28.5+192.52+14+17.1)/2.8+0.7×(10+3.5)=99.5 kPa

土平均重度：γm=((1×18)+(7.7×8))/8.7=9.15 kN/m3

修正后的地基承載力特征值：Fα=Fαk+ηd×γm×(d－0.5)=55+1×9.15×(8.7－0.5)=130.03 kPa

地基承載力驗算：Pk=S標準=99.5 kPa＜Fα=130.03 kPa，滿足。

3 管道下土體沉降問題

3.1 坑底土體回彈變形

溝槽(基坑)開挖后，坑底土體存在回彈現(xiàn)象。一般每挖深 1 m，回彈量就至少有 10 mm；開挖約 8 m 深度，回彈量一般有 100 mm。具體回彈多少與開挖寬度和圍護樁插入深度有關(guān)。管道施工完成后的土方回填，回彈的坑底土方受壓產(chǎn)生壓縮變形。面積越大回彈壓縮越大；回彈壓縮變形一般在10% 左右。

3.2 溝槽(基坑)圍護形式影響沉降量

拉森樁、型鋼等圍護形式拔出時對土體擾動大。拔出速度越快、拔樁越早，沉降值及速率越大。本工程溝槽(基坑)開挖面基本處于第③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層中。該層土為第四紀 Q42、濱?！珳\海相沉積物，呈飽和、流塑狀，高等壓縮性，其中 5 m～8 m 的深度段，分布有第③夾層灰色黏質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。而 GC-3a 標大量管道和雨水存蓄河道、箱涵及蓄水池開挖深度在 5 m～8 m，土體受擾動后靈敏性更高，更易產(chǎn)生土體變形沉降。擾動的土體一般要 6～9 個月才能減少徐變。

3.3 后期變形

經(jīng)過真空預壓+PVD 塑料排水板處理過的場地，尤其是處理時間不長、土體未充分沉降的場地，遺留的塑料排水板與設(shè)計采用 GJBT—975《市政排水管道工程及附屬設(shè)施》中的礫石砂基礎(chǔ)形成了一個排水通道，導致溝槽(基坑)回填后，坑底土體中的水通過這個通道排到管道溝槽或基坑內(nèi)，使得坑底土體前期沉降變大。

4 建議與措施

(1)根據(jù)前期沉降的規(guī)律預計后期沉降值，并考慮采用對土體擾動小的溝槽(基坑)圍護方案，采取降低土體隆起的坑底加固措施。對采用 GJBT 975《市政排水管道工程及附屬設(shè)施》管道基礎(chǔ)方案的柔性基礎(chǔ)，不利于控制差異沉降，不便于封閉坑底，容易與塑料排水板形成排水通道，將地下水引入坑內(nèi)，而且容易產(chǎn)生檢查井與管道間的不均勻沉降。如果采用 PSAR—D—01—1992《上海市排水管道通用圖》(第一冊)即剛性的基礎(chǔ)，雖然荷載增大，絕對沉降變大了，但是差異沉降會減少，有利于滿足使用功能。

(2)上海每年的地面自然沉降為 10 mm～20 mm，單純控制絕對沉降是無意義的?，F(xiàn)場的開挖、回填和插拔鋼板樁等對土體的擾動，加劇了土體的沉降。為保證管道的使用功能不受影響，控制不均勻沉降是關(guān)鍵。

(3)礫石砂和黃砂基礎(chǔ)與真空降水預壓遺留的塑料排水板形成的新的排水通道，不但加速了坑底軟弱土層的短期沉降，還擴大了遠期總的沉降值。這樣既不利于降低管道的整體沉降，也不利于控制管道的差異沉降。

(4)如果要減少土體的總體沉降值，可以采取 SMW 工法溝槽(基坑)圍護、坑底打木樁/小方樁、鋼筋混凝土基礎(chǔ)、在圍護型鋼拔出后形成的孔洞內(nèi)灌注濃稠水泥漿等措施。

(5)根據(jù)經(jīng)驗，可以進行一定的拋高，盡量減少差異沉降和接近設(shè)計標高。

參照文獻：

[1]GB 50007—2011,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[2]DGJ 108—11—2010,地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[3]DG/TJ 08—40—2010,地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[4]DBJ 08—220—1996,市政排水管道工程施工及驗收規(guī)程[S].

[5]PSAR—D—01—1992,上海市排水管道通用圖》(第一冊)[S].