淺談鋼帶增強(qiáng)波紋管在吹填土地基的應(yīng)用

黃 瑋，顏 春

(1.廣西欽州保稅港區(qū)開(kāi)發(fā)投資有限責(zé)任公司，廣西 欽州 535008；2.廣西交通科學(xué)研究院，廣西 南寧 530007)

淺談鋼帶增強(qiáng)波紋管在吹填土地基的應(yīng)用

黃 瑋1，顏 春2

(1.廣西欽州保稅港區(qū)開(kāi)發(fā)投資有限責(zé)任公司，廣西 欽州 535008；2.廣西交通科學(xué)研究院，廣西 南寧 530007)

人工吹沙填海形成的陸域?qū)儆谇饭探Y(jié)的砂性地基，土質(zhì)以中粗砂為主，地基具有地下水位高、地下水腐蝕性強(qiáng)、砂基含水率大、沉降未穩(wěn)定等特點(diǎn)，采用何種適應(yīng)性強(qiáng)、便于施工、耐久性好且兼具經(jīng)濟(jì)性的排水管道方案是吹填形成陸域基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的難題之一。文章以欽州保稅港區(qū)一期雨水管道工程為實(shí)例，介紹了鋼帶增強(qiáng)波紋管使用于在吹填土地基的特點(diǎn)，為該種管材在類似地質(zhì)環(huán)境條件中的推廣應(yīng)用提供參考。

吹填土；砂性地基；鋼帶增強(qiáng)；波紋管；應(yīng)用

0 引言

近年來(lái)，隨著北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)開(kāi)放開(kāi)發(fā)的迅猛發(fā)展，廣西沿海地區(qū)實(shí)施了大量的填海造陸工程，其中大部分采用吹填海砂的造陸方式，形成的陸地為中粗砂為主，地基具有地下水位高、地下水腐蝕性強(qiáng)、砂基含水率大、沉降未穩(wěn)定的特點(diǎn)[1]，在埋設(shè)深度較深、管道管徑大的情況下，在吹填土砂性地基中采用何種適應(yīng)性強(qiáng)、便于施工、耐久性好且兼具經(jīng)濟(jì)性的排水管方案，是廣西沿海吹填陸域基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的難題之一。

鋼帶增強(qiáng)波紋管自2005年在國(guó)內(nèi)開(kāi)始推廣使用，該管材以高密度聚乙烯(PE)為基體，用表面涂敷粘接樹(shù)脂的鋼帶成型為波形作為主要支撐結(jié)構(gòu)，并與聚乙烯材料纏繞復(fù)合成整體的雙壁螺旋波紋管，具有環(huán)剛度高、柔韌性好、耐腐蝕性、結(jié)構(gòu)重量輕、施工方便迅速、綜合單價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)[2-4]，可以很好地應(yīng)對(duì)上述吹填土地基的特殊地質(zhì)情況。現(xiàn)結(jié)合欽州保稅港區(qū)一期雨水管道工程實(shí)例，就鋼帶增強(qiáng)波紋管應(yīng)用于吹填土地基的特點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

1 項(xiàng)目工程地質(zhì)概況及施工條件

1.1 工程地質(zhì)概況

欽州保稅港區(qū)規(guī)劃面積10 km2，土地全部由吹填填海造陸形成，該園區(qū)的一期路網(wǎng)工程于2009年4月份開(kāi)工、同年12月份竣工，其中雨水管道共約13 000 m，管徑800～2 400 mm。該吹填陸域區(qū)域原地貌一般為海積漫灘，近岸多以淤泥灘為主，向外海逐漸過(guò)渡為砂質(zhì)淤泥灘、砂質(zhì)灘，經(jīng)吹填施工后，形成的陸地場(chǎng)地較為平整，受工程成本限制，填海場(chǎng)地標(biāo)高一般高出海域歷史最高潮位約1 m，吹填土以中粗砂為主，吹填地基土層一般由吹填砂層和淤泥層組成，地基具有高含水率、高壓縮性的特點(diǎn)，且場(chǎng)地臨海，地下水位高、海水腐蝕性強(qiáng)。

1.2 施工條件

項(xiàng)目區(qū)域地下水位較高，管道開(kāi)挖后，溝槽積水嚴(yán)重。由于該區(qū)域?qū)倥R海區(qū)域，地下水與周邊海域聯(lián)通，很難實(shí)現(xiàn)降水。在溝槽積水情況下，對(duì)管底基礎(chǔ)的處理、管道埋設(shè)及連接難度很大。由于場(chǎng)區(qū)內(nèi)土質(zhì)基本為吹填細(xì)沙，溝槽開(kāi)挖后，坑壁穩(wěn)定性較差，易造成溝槽垮塌。

施工期間須交叉進(jìn)行地基處理、管道埋設(shè)和道路施工，雨季施工，施工難度大、工期非常緊張。

2 柔性塑料排水管材對(duì)比

針對(duì)本項(xiàng)目特殊地質(zhì)情況和施工條件，由于吹填土地基的欠固結(jié)性及地下海水位高，管材需具備較好的適應(yīng)變形能力及耐腐蝕能力，同時(shí)，考慮到基礎(chǔ)處理的難度、過(guò)水能力、施工難度及工期要求，本項(xiàng)目不適于采用傳統(tǒng)剛性的鋼筋混凝土管(涵)方案，而是選用以高密度聚氯乙烯(HDPE)為原材料的新型柔性塑料管材，現(xiàn)結(jié)合吹填陸域砂性地基的特點(diǎn)，就常用的幾種塑料管材比較分析如下：

(1)HDPE中空壁纏繞管

HDPE中空壁纏繞管是以原料生產(chǎn)矩形管坯，經(jīng)纏繞焊接成型的一種管材，具有耐腐蝕性強(qiáng)、柔韌性好的特點(diǎn)，由于其獨(dú)特的成型工藝，可生產(chǎn)口徑達(dá)3 000 mm的大口徑管，主要采用熱熔連接方式，施工較便捷，可以很好地適應(yīng)砂性地基的特殊地質(zhì)情況。

但該種管材的整體剛度相對(duì)較差，如需達(dá)到較高的環(huán)剛度，受管材結(jié)構(gòu)工藝影響，須顯著加大管材壁厚，HDPE材料用量增加將導(dǎo)致管材成本高，HDPE中空壁纏繞管一般生產(chǎn)的環(huán)剛度都在8 kN/m2以下。如排水管道需埋設(shè)在對(duì)環(huán)剛度要求高的主干道機(jī)動(dòng)車道以下，HDPE中空壁纏繞管的使用受成本影響將受到限制。

(2)HDPE雙壁波紋管

HDPE雙壁波紋管屬柔性管材，其外壁呈環(huán)形波紋狀結(jié)構(gòu)，管道對(duì)土壤負(fù)荷的抵抗力強(qiáng)，環(huán)剛度高，該種管材具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、耐老化及耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂的性能，可抵御一定程度的地基不均勻沉降，管道接口為擴(kuò)口連接，接口連接嚴(yán)密、無(wú)滲漏，施工便捷，可以較好地適用于填海陸域砂性地基的特殊地質(zhì)情況。

由于HDPE雙壁波紋管是擠出工藝制造，一般管徑最大僅為1 200 mm，國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠家只能生產(chǎn)800 mm管徑以內(nèi)的該種管材，大管徑成本過(guò)高，所以管徑的限制導(dǎo)致該種管材無(wú)法在大管徑排水管道中使用。

(3)鋼帶增強(qiáng)波紋管

鋼帶增強(qiáng)波紋管和其它柔性管一樣具有柔韌性強(qiáng)、耐腐蝕好、重量輕、施工快等特性，此外，由于使用了鋼帶作為主要支撐結(jié)構(gòu)，將鋼的剛性和塑料的柔性兩者結(jié)合，有效解決了柔性材料剛度不足的問(wèn)題，其目前最小環(huán)剛度為8 kN/m2，最大管徑可達(dá)3 000 mm。

3 選用鋼帶增強(qiáng)波紋管的理由

針對(duì)本項(xiàng)目高含水率、高壓縮性、地下水位高、海水腐蝕性強(qiáng)的地質(zhì)條件，通過(guò)上述比選，最后決定采用鋼帶增強(qiáng)波紋管作為雨水管管材，具體的理由如下：

(1)高環(huán)剛度。由于鋼帶增強(qiáng)波紋管使用了鋼帶作為主要支撐結(jié)構(gòu)，有效解決了大部分管材都存在的沒(méi)有柔性或剛性不足的問(wèn)題，彌補(bǔ)了全塑料埋地排水管受環(huán)剛度限制且造價(jià)昂貴的缺點(diǎn)。

(2)柔韌性好。吹填砂地基土質(zhì)差，即使進(jìn)行軟土處理后仍有一定的工后沉降發(fā)生，另外在地下水位高的溝槽基坑，由于處理不理想，管底基礎(chǔ)可能會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度不勻的情況，在埋設(shè)時(shí)管道可能會(huì)發(fā)生預(yù)變形。管材選擇時(shí)應(yīng)選擇對(duì)沉降敏感性低，又具有一定變形能力的管道，以避免不均勻沉降導(dǎo)致管道脆性斷裂。鋼帶增強(qiáng)波紋管具有較好的柔韌性和抗變形能力。

(3)耐腐蝕性好。吹填場(chǎng)地地下水位較高，海水具有一定的腐蝕性，故管材的耐腐性要求高。鋼帶增強(qiáng)波紋管外層為聚乙烯材料，具有較強(qiáng)的耐腐蝕性高。

(4)結(jié)構(gòu)重量較輕，施工方便迅速。吹填陸域場(chǎng)地承載力相對(duì)較低，選擇重量輕的管材，才可以避免由于地基承載力不足所導(dǎo)致的地基土剪切破壞、大變形等情況發(fā)生。鋼帶增強(qiáng)波紋管作為聚乙烯和鋼帶結(jié)合的復(fù)合材料，自重較輕，在地基承載力較低的區(qū)域適應(yīng)性較好。

(5)經(jīng)濟(jì)性較好。在同等管徑和環(huán)剛度要求下，在塑料柔性管材中，鋼帶增強(qiáng)波紋管在大口徑方面的綜合單價(jià)最低，即使對(duì)比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土管，鋼帶增強(qiáng)波紋管雖然材料單價(jià)較高，但無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的基礎(chǔ)處理，綜合成本仍具備優(yōu)勢(shì)。

4 施工關(guān)鍵工序

4.1 開(kāi)挖和支護(hù)

(1)強(qiáng)挖法

吹填砂基的開(kāi)挖是施工難點(diǎn)之一，正常情況下，吹填土地基都會(huì)經(jīng)過(guò)處理后才開(kāi)挖埋設(shè)管線并在其上修筑道路等構(gòu)造物。如地基處理(強(qiáng)夯、高真空擊密、無(wú)填料振沖等)效果能深度達(dá)到5 m、砂土較密實(shí)、管道埋深在2.5 m范圍內(nèi)的情況下可采用強(qiáng)挖法，即直接開(kāi)挖不支護(hù)，必要時(shí)采用簡(jiǎn)易砂袋護(hù)坡，短時(shí)間內(nèi)不會(huì)塌坡且滲水較少。

(2)開(kāi)水槽強(qiáng)夯法

若吹填砂表面較干燥，達(dá)到可修筑臨時(shí)便道的強(qiáng)度要求，可在路兩側(cè)開(kāi)挖2～3 m深的水槽，采用強(qiáng)夯或沖擊壓路機(jī)，將道路范圍內(nèi)的地表水快速排除，該方案可同時(shí)解決地基處理及淺層管道開(kāi)挖的問(wèn)題，但對(duì)于深層管道埋設(shè)及含泥量較大的區(qū)域效果不佳。

(3)真空降水法

黏土含量較高，可能會(huì)出現(xiàn)表面積水，或是降水導(dǎo)致地表水下滲形成較高的水位，甚至長(zhǎng)時(shí)間在吹填區(qū)的表面形成大大小小的“池塘”。此類區(qū)域不處理機(jī)械無(wú)法進(jìn)場(chǎng)開(kāi)挖，此時(shí)可采用真空降水法，先用人工插管的方式進(jìn)行，使土基形成一定強(qiáng)度以方便施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)作業(yè)。

(4)鋼板樁法

采用板樁、土釘墻、地下連續(xù)墻、錨桿、內(nèi)支撐等防護(hù)是一些建筑基坑中采用較多的方法，但對(duì)于長(zhǎng)距離、小斷面、高水位的砂基坑管溝開(kāi)挖，大都不適用或不經(jīng)濟(jì)，此類方法中鋼板樁具有較大的操作性，能起到很好的支擋作用，但費(fèi)用較高。

4.2 基底處理及回填

鋼帶增強(qiáng)波紋管要求管底采用柔性基礎(chǔ)，柔性基礎(chǔ)一般為20 cm左右的中粗砂墊層，對(duì)于吹填形成的陸域而言，其土質(zhì)為中粗砂，能滿足柔性基礎(chǔ)的材料要求，但需要保證其一定的密實(shí)度及平整度。對(duì)于基坑底的處理及回填可分以下兩種情況：

(1)分層夯實(shí)回填

水位以上，采用羊腳夯等小型壓實(shí)設(shè)備，按要求分層夯實(shí)，具體流程詳見(jiàn)相應(yīng)施工規(guī)范，密度要求及檢測(cè)方法參見(jiàn)相關(guān)的路基規(guī)范及設(shè)計(jì)參數(shù)，本文不做詳細(xì)的描述。由于管底砂的密實(shí)性決定了柔管管土作用的效果，因此管底下部砂的回填應(yīng)充分密實(shí)，必要時(shí)采用水密法或振動(dòng)水密法。

(2)振動(dòng)水密法

在水位下，一般溝槽開(kāi)挖應(yīng)采用降水措施，防止管底受水浸泡，但吹填土地基基本很難在抽干溝底水的情況下實(shí)施安裝，現(xiàn)場(chǎng)采用類似振動(dòng)水沖的方法密實(shí)砂土，用小型振動(dòng)設(shè)備(如在勾機(jī)頭上加裝振動(dòng)棒)分層振搗砂層，密實(shí)底部及各回填層，一定程度提高管底的承載力及回填砂的密實(shí)度，雖砂層含水量飽和，但較密實(shí)，能保證管底的承載能力及管周的砂土密實(shí)性。

4.3 管道的吊裝及安裝

由于場(chǎng)區(qū)內(nèi)土質(zhì)主要為吹填砂，溝槽開(kāi)挖后，穩(wěn)定性較差，且項(xiàng)目工期緊，溝槽內(nèi)存在積水，為保證接口的嚴(yán)密性，需在溝槽上完成接口施工，再整體吊裝。鋼帶增強(qiáng)波紋管質(zhì)輕、接口少，施工安裝方便、快捷。

鋼帶增強(qiáng)波紋管單節(jié)管長(zhǎng)較長(zhǎng)，一般為12～15 m，接口少，一般可以將三節(jié)管在坑外熱熔，通過(guò)三臺(tái)吊車吊裝，吊裝到位后，基底可用砂袋調(diào)整縱坡，平面定位可視情況采用鋼筋條垂直打入作為側(cè)向約束?；靥顟?yīng)按要求保證密實(shí)，埋設(shè)的管材通過(guò)砂的流動(dòng)性及自身縱向柔性可以有一定程度的自適應(yīng)調(diào)整，使管底的柔性基礎(chǔ)與管材密實(shí)無(wú)脫空，雖然有可能產(chǎn)生一定的縱向預(yù)變形，但這正是鋼帶增強(qiáng)管的優(yōu)勢(shì)。此類鋼塑復(fù)合管能很大程度消除水下施工導(dǎo)致的管道縱向預(yù)變形及施工初期逐級(jí)加載產(chǎn)生的不均勻沉降，而其較高的環(huán)剛度在柔性管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有較多的安全富余。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)本項(xiàng)目自2009年年底投入使用后，總體運(yùn)營(yíng)情況良好，埋設(shè)有雨水管道的路面未出現(xiàn)明顯的下沉、波浪，說(shuō)明管道承載能力及抗變形能力符合預(yù)期。鋼帶增強(qiáng)波紋管具有高環(huán)剛度、柔韌性好、耐腐蝕性好及施工便捷、綜合成本較低等特點(diǎn)。針對(duì)吹填砂地基地下水位高、基坑溝槽開(kāi)挖困難、基坑管底強(qiáng)度承載力和平整度差的特殊地質(zhì)情況，選用鋼帶波紋管是較適宜的方案。

(2)依據(jù)吹填土地基的特性，有針對(duì)性總結(jié)一些關(guān)鍵施工工序，指導(dǎo)鋼帶增強(qiáng)波紋管的開(kāi)挖埋設(shè)及安裝，以降低施工難度、提高施工質(zhì)量的可控性，為該種管材在類似項(xiàng)目上的推廣應(yīng)用提供參考。

[1]文海家，嚴(yán)春風(fēng)，汪東去.吹填軟土的工程特性研究[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，1992，21(2)：79-83.

[2]李艷玫，時(shí)志洋.鋼帶增強(qiáng)塑料埋地管的發(fā)展與應(yīng)用[J].化學(xué)建材，2006，22(6)：18-20.

[3]張玉川.新產(chǎn)品-鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管[J].特種結(jié)構(gòu)，2005(3)：30-34.

[4]鄭皓勻，何龍新.新型鋼帶增強(qiáng)聚乙烯(PE)螺旋波紋管的應(yīng)用[J].城市道橋與防洪，2007(6)：137-139.

[5]吳精華.埋地排水用鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與工藝質(zhì)量控制[J].新型建筑材料，2006(12)：29-31.

Discussions on the Application of Steel-belt Reinforced Bellows in Dredger Fill Foundation

HUANG Wei1，YAN Chun2

(1.Guangxi Qinzhou Bonded Port Zone Development and Investment Co.，Ltd.，Qinzhou，Guangxi，535008；2.Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

The land formed from blowing sand and reclamation belongs to underconsolidated sandy ground，its soil is basically the medium and coarse sand，and its foundation has the characteristics such as high underground water level，high underground water corrosion，large water content of sand base，and unstable settlement，thus what kind of drainage pipe program with strong adaptability，easy construction，good durability and good economy shall be used is one of difficult problems for land infra-structure construction by hydraulic reclamation.Taking Phase I rainwater pipeline project of Qinzhou Bonded Port Zone as the example，this article introduced the characteristics of using the steel-belt rein-forced bellows in the dredger fill foundation，thereby providing the reference for the promotion and ap-plication of such pipe under similar geological environment conditions.

Dredger fill；Sandy foundation；Steel-belt reinforcement；Bellows；Application

黃 瑋(1981—)，工程師，碩士研究生，主要從事廣西北部灣臨海產(chǎn)業(yè)園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施開(kāi)發(fā)建設(shè)工作；顏 春(1977—)，高級(jí)工程師，博士研究生，主要從事道路工程科研課題研究、項(xiàng)目咨詢、公路及市政工程設(shè)計(jì)等工作。

U615.3

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.07.018

1673-4874(2015)07-0079-04

2015-06-02