溝槽軟土基礎(chǔ)開挖及穩(wěn)定性分析

張鵬飛

（山西省漳河水利工程建設(shè)管理局，山西 長治 046000）

溝槽軟土基礎(chǔ)開挖及穩(wěn)定性分析

張鵬飛

（山西省漳河水利工程建設(shè)管理局，山西 長治 046000）

軟土土質(zhì)溝槽開挖不妥，常出現(xiàn)邊坡滑坡、塌方以及基礎(chǔ)不均勻沉降等問題。為保障管線質(zhì)量及施工安全，制定了完善的溝槽開發(fā)方案及基礎(chǔ)處理方案。提高了管線工程溝槽開挖、支護的安全性、經(jīng)濟性，加強了溝槽的穩(wěn)定性，保障了工程的進度和質(zhì)量。

軟土基礎(chǔ)；溝槽開挖；穩(wěn)定性

軟土土質(zhì)屬管線工程中常見的土質(zhì)類型，它給管線溝槽的開挖施工帶來了不同程度的危害，比如溝槽開挖過程中出現(xiàn)的邊坡滑坡、塌方及基礎(chǔ)處理不妥導(dǎo)致的基礎(chǔ)不均勻沉降等。為保障施工安全及質(zhì)量，需要制定完善的溝槽開發(fā)方案及基礎(chǔ)處理方案，以保證施工的進度、安全及質(zhì)量。

1 軟土基礎(chǔ)物理性能及破壞機理

1.1 物理性能

軟土主要由天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的淤泥沉積物及少量腐殖質(zhì)組成，具有以下物理性能。

軟土的壓縮系數(shù)一般在0.5～2.0 MPa-1之間，最大可達4.5 MPa-1；軟土的天然含水量大于30%，順河段或穿河段軟土的含水量變化幅度更大，有時可達70%或200%；軟土的空隙比大，天然空隙比大于1，順河段或穿河段甚至達50～60；透水性低，其中垂直方向的滲透系數(shù)一般約為10-7～10-9 cm/s，水平方向約為10-4～10-5 cm/s；抗剪度低，軟土的內(nèi)摩擦角接近于零。

1.2 破壞機理

軟土不良的工程力學(xué)特性，有著極大的破壞作用。

軟土基礎(chǔ)的高壓縮性。在順河段、穿河段壓縮性分布不均，導(dǎo)致基礎(chǔ)不均勻沉降、承載力消失，影響管道安裝穩(wěn)定，容易造成管道的脫節(jié)。

軟土基礎(chǔ)的剪切破壞。基礎(chǔ)的抗剪強度難以滿足管道及其附屬建筑物所增加的靜、動荷載，造成剪切破壞，形成相鄰基礎(chǔ)局部隆起；溝槽兩岸軟土承載力無法滿足軟土自身及設(shè)備的重力，造成局部或者大范圍的垮塌、滑坡。

高空隙比和含水率。使軟土基礎(chǔ)在承載過程中發(fā)生排水固結(jié)，造成不均勻沉降，使管道及附屬建筑物局部產(chǎn)生過高的剪切應(yīng)力，造成管道和建筑物的破壞。

2 溝槽地質(zhì)處理及施工方案

2.1 溝槽開挖及支護

溝槽斷面的選取，需考慮以下因素：土的種類、地下水位、管道斷面的尺寸、管道埋深、溝槽開挖方法及施工環(huán)境等[1]。輸水管道的溝槽開挖斷面常用的形式有直槽斷面、梯形槽斷面、混合槽斷面和聯(lián)合槽斷面等，其中聯(lián)合槽適用于同時將兩條或兩條以上的管道安裝在同一溝槽內(nèi)[2]。溝槽斷面尺寸的影響因素有開挖深度、底槽寬度、槽邊坡坡度及槽層與層之間留臺寬度[3]。開挖深度是根據(jù)設(shè)計圖紙中管線埋深確定的，槽深決定邊坡坡比及機械開挖方式。開挖深度加大，土體穩(wěn)定性降低，需加大坡比或者修筑馬道進行二次開挖，輸水管道溝槽開挖的深度最大可達7～8 m[4]。

針對軟土土質(zhì)的溝槽開挖，主要保障邊坡穩(wěn)定，防止崩塌、滑坡的發(fā)生。常用的施工方案有放大邊坡大開挖、加大邊坡修筑馬道二次開挖、槽壁支撐等。

2.1.1 放大邊坡大開挖

特點是施工技術(shù)含量低；增大開挖量，增加工程投資；需要征用大量土地堆放棄淤。2.1.2 加大邊坡修筑馬道二次開挖

主要用于開挖溝槽深度較大，軟土土質(zhì)相對較好的情況。特點是施工技術(shù)含量低；施工危險性較大，大型設(shè)備需要站立在馬道進行二次開挖，容易造成上下邊坡的滑坡；需征用大量土地堆放棄淤；后期土地恢復(fù)成本較大。

2.1.3 槽壁支撐

槽壁支撐方式，須依據(jù)土質(zhì)、工期、施工季節(jié)、地下水位、溝槽深度、開挖寬度及施工環(huán)境等因素確定。屬臨時性支護，地下工程施工完成后槽壁支護體系即需要拆除[5]。

支撐可以減少開挖方量，縮小占地面積、減少拆遷、保證施工安全。缺點是增加施工投資、延長工期，不同的支撐方案投資額相差較大，應(yīng)合理分析實際情況，選擇合適的支撐方式。

槽壁支撐種類：稀撐又稱斷續(xù)式水平支撐，將若干撐板豎貼溝槽槽壁，豎梁靠在撐板上，橫撐撐在豎梁上。適用于黏性土且無地下水，開挖深度比較大，地面上構(gòu)筑物臨近溝槽等情況[6]。橫板密撐又稱連續(xù)式水平支撐。支撐方式和稀撐基本相同，但撐板呈水平緊密排列。適用于土質(zhì)較差，有輕度流砂，挖掘深度3～5 m的溝槽開挖。立板密撐又稱垂直支撐，支撐與拆除都比較方便。鋼軌抗滑樁，樁柱穿過滑坡體深入滑床，以支擋滑體的滑動力，穩(wěn)定邊坡。用于溝槽邊坡中上部，對失穩(wěn)部分進行抗滑處理。鋼板樁支撐，指溝槽開挖前，將鋼板樁打入地基內(nèi)防止開挖后邊坡坍塌的措施。適用于溝槽開挖深度較大、地下水位較高的情況。拉森鋼板樁，是一種新型材料，用于水利工程的溝槽開挖，比普通的鋼板樁支護性能好，適用于溝槽邊坡土質(zhì)為流態(tài)的情況。

2.2 鋼板樁支護施工

鋼板樁支護施工特點是施工簡便、工序單一；施工快捷、工期較短；現(xiàn)場簡潔、工作面少，后期土地恢復(fù)簡單；適用于含水量大的淤泥～飽和軟塑黏土。采用鋼板樁進行施工，進度快，投資少，能確保工程質(zhì)量和施工安全。

2.2.1 鋼板樁的檢查

對全部鋼板樁進行外觀檢查，不符合要求的鋼板樁要矯正，嚴重不符合的禁止使用。

對打入鋼板樁有影響的焊接件及外漏的鋼板頭應(yīng)予以割除；若鋼板樁表面有較為嚴重的銹蝕，應(yīng)測量其實際斷面厚度，必要時在計算中要進行折減。

2.2.2 鋼板樁的吊運及堆放

鋼板樁裝卸采用兩端吊，每次起吊的鋼板樁根數(shù)不能太多，注意保護鋼板樁的鎖口免受損傷。鋼板樁堆放的順序、位置、方向和平面布置均應(yīng)便于施工。

2.2.3 施工工藝流程

放線確定管基線，確定打樁位，鋼板樁打入，豎向圍檁支撐，水平圍檁支撐，開挖、基礎(chǔ)處理和回填，支撐圍檁拆除，拔樁。

2.2.4 鋼板樁施工

基線確定，施工員定出管中心軸線，預(yù)留出工作面，確定鋼板樁施工位置。

定樁位，按施工規(guī)范要求標明鋼板樁的樁位，用撒灰道確定。鋼板樁施打采用單獨打入法，利用反鏟鏈接打樁設(shè)備，吊升第一支鋼板樁，準確對準樁位，振動打入土中，使樁端進入選定的持力層中。吊下一個鋼板樁，卡好企口，振動打入土中，直至溝槽兩側(cè)鋼板樁帷幕完成。最后施打內(nèi)側(cè)工字鋼加密樁。

豎向圍檁。為加強鋼板樁墻的整體剛度，沿每一施工循環(huán)段鋼板樁墻全長設(shè)置圍檁，在鋼板樁墻內(nèi)側(cè)，間隔打入某型工字鋼的加密樁作為豎向圍檁，頂部與鋼板樁齊平。

橫向圍檁。為防止圍檁與開挖、管道安裝形成交叉影響，在工字鋼兩端做好卡口，卡在樁頂對兩側(cè)鋼板樁墻支撐。開挖、回填，圍檁完成后即開始進行降排水、淤泥開挖、基礎(chǔ)處理、管道安裝和初步回填作業(yè)。橫向圍檁拆除，管道安裝、回填等以上工序完成后，在橫向圍檁上連接鋼絲繩，用長臂挖掘機拆除橫向圍檁。

鋼板樁拔除，利用打樁機振動錘產(chǎn)生的振動擾動土質(zhì)，將鋼板樁拔除。

格柵石籠施工和回填施工等緊后工序。

2.3 軟土基礎(chǔ)處理

分析管道溝槽基礎(chǔ)穩(wěn)定性的因素，有土體的物理性質(zhì)、軟弱層厚度、軟弱層地基承載力等。針對軟土等不良工程力學(xué)特性，處理方法有換填墊層法、擠淤置換法、強夯法、強夯置換法、高壓噴射注漿法、灰土擠密樁等。

換填墊層法，將軟土基礎(chǔ)開挖到設(shè)計底高程以下10～20 cm，回填抗剪強度較高、壓縮性較小的材料，如碎石、石渣等。將換填段分層碾壓夯實。特點是投資較少，適用面廣、施工簡便，且能有效的形成雙基礎(chǔ)，擴散基底壓力，減少沉降。

擠淤置換法，通過拋大量片石或夯實回填碎石置換淤泥，達到增加地基承載力，防止剪切破壞等效果。特點是工期較短，工序簡便。

強夯法，采用重型夯錘從高處自由下落，軟土基礎(chǔ)在沖擊力下密實，從而提高基礎(chǔ)承載力。適用范圍碎石土、砂土、濕陷性黃土，特點施工簡便，施工周期長。

強夯置換法，采用邊填碎石邊夯實的辦法形成軟土、碎石及碎石墊層的復(fù)合地基。主要適用于黏性土、淤泥等。特點是施工簡便，適合連續(xù)作業(yè)。

高壓噴射注漿法，利用高壓噴射設(shè)備，在地基中通過高壓噴射流沖擊基礎(chǔ)，用漿液置換軟土，形成高強度復(fù)合基礎(chǔ)。特點是基礎(chǔ)適用性強，工期較短，但其工程投資較高，不利于大范圍作業(yè)。

灰土擠密樁，采用沉管法、沖擊法在基礎(chǔ)中設(shè)置灰土樁，在成樁過程中擠密樁間土，由擠密的樁間土、灰土樁形成復(fù)合基礎(chǔ)，極大的提高了承載力。特點基礎(chǔ)改善好，但適用性較小，工程投資大，工期較長。

3 結(jié)語

應(yīng)用溝槽開挖、支護及基礎(chǔ)處理技術(shù)，增強管線工程溝槽的穩(wěn)定性。管線工程應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際情況，在軟土地質(zhì)相對好的工作面采用換填墊層法；在土質(zhì)相對較差、承載力相對不足的工作面采用強夯置換法；在土質(zhì)非常差、幾乎沒有承載力的淤泥土質(zhì)段采取了擠淤置換法，以保障工程的進度和質(zhì)量。

［1］李良訓(xùn).市政管道工程［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998：131-160.

［2］徐桂弘.管道溝槽邊坡穩(wěn)定性研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2007：59-71.

［3］徐松，王新浩，杜鵬.淤泥質(zhì)黏土條件下PCCP管道的施工技術(shù)［J］.水利建設(shè)與管理，2012（6）:20-21+15.

［4］王明新，曲林.淺議市政給水管道溝槽開挖及回填問題［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（21）:139.

［5］范士強，鄺興云.溝槽開挖管道施工技術(shù)分析［J］.科技致富向?qū)В?013（14）:402-403.

［6］曹擁軍，劉玉敏.PCCP管敷設(shè)施工技術(shù)研究［J］.石油和化工設(shè)備，2011（6）:34-36.

U175.2

C

1004-7042（2017）09-0022-02

張鵬飛（1991-），男，2013年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利水電工程專業(yè)，助理工程師。

2017-07-19；

2017-08-24