市政管網(wǎng)工程中巖土勘察分析

李志文

（中恩工程技術(shù)有限公司，廣州 510670）

1 引言

隨著工業(yè)化和城市化建設(shè)的不斷推進(jìn)，市政管網(wǎng)工程作為城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)部分，在維系城市功能運(yùn)轉(zhuǎn)和經(jīng)濟(jì)民生中發(fā)揮著舉足輕重的作用[1]。然而，市政管網(wǎng)工程由于跨越地貌單元眾多、地形條件復(fù)雜多變等因素[2]，其工程建設(shè)難度較大。巖土勘察工作是工程建設(shè)的首要環(huán)節(jié)，可為工程的設(shè)計(jì)、施工奠定可靠的資料基礎(chǔ)[3-4]。本文基于荔灣區(qū)花地河以東片區(qū)配套公共管網(wǎng)完善工程，采用鉆探技術(shù)為主，輔以現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)等綜合勘察手段，對(duì)沿線區(qū)域內(nèi)的工程地質(zhì)特點(diǎn)和巖土工程條件進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)地基土的承載力、基坑開挖及管道施工方案進(jìn)行分析。此外，梳理了市政管網(wǎng)工程的施工過程中的一些注意事項(xiàng)，以期為類似管網(wǎng)工程項(xiàng)目提供技術(shù)參考。

2 工程概況及勘察方法

2.1 工程概況

荔灣區(qū)花地河以東片區(qū)（鶴洞路以北）配套公共管網(wǎng)完善工程位于廣州市荔灣區(qū)沖口街道、白鶴洞街道及花地街道。工程片區(qū)屬于市中心，居民區(qū)集中，交通便利。本工程設(shè)計(jì)擬建管道建設(shè)項(xiàng)目可完善該區(qū)域管道系統(tǒng)，利于切實(shí)提高居民的生活水平和質(zhì)量。

2.2 勘察方法

本次勘察采用鉆探技術(shù)為主，輔以現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)等綜合勘察手段，包括鉆孔取土、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、土工試驗(yàn)、易溶鹽分析及水質(zhì)分析。根據(jù)CJJ 56—2012《市政工程勘察規(guī)范》[5]、GB 50021—2001 《巖土工程勘察規(guī)范》[6]、GB 50026—2020《工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)》[7]、JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》[8]等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合地層資料確定布孔間距、分布和鉆孔深度。詳細(xì)勘察項(xiàng)目及方法見表1。

表1 勘察項(xiàng)目及方法

3 場(chǎng)地工程地質(zhì)特點(diǎn)

3.1 地質(zhì)構(gòu)造與地層巖性

本工程區(qū)域位于瘦狗嶺斷裂以南構(gòu)造區(qū)，即廣從斷裂以西、廣三斷裂以北的廣花凹陷盆地（四級(jí)構(gòu)造單元）的南西部，擬建場(chǎng)地未發(fā)現(xiàn)有斷裂構(gòu)造通過，場(chǎng)地穩(wěn)定。根據(jù)野外鉆探揭露，場(chǎng)地內(nèi)地層主要有第四系人工堆積層填筑土（Q4ml）、第四系沖洪積層（Q4al+pl）、殘積層（Qel）及下伏基巖白堊系泥質(zhì)粉砂巖（K）。地質(zhì)層組基本特征見表2。

表2 地質(zhì)層組基本特征

3.2 不良地質(zhì)及特殊性巖

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，場(chǎng)地內(nèi)的特殊性巖土主要有3 種，分別為人工填土、軟土淤泥質(zhì)土、殘積層粉質(zhì)黏土。

1）人工填土為路基填筑土，呈稍壓實(shí)狀態(tài)，但其成分不均勻。擬建場(chǎng)地人工填土主要由砂夾少量碎石等組成，碎石比例占10%，粒徑約2～3 cm，部分鉆孔頂部含25 cm 混凝土路面，0.25～3.8 m 為路基填砂。

2）軟土淤泥質(zhì)土，具有觸變性、流變性、高壓縮性、低透水性、低強(qiáng)度和不均勻性。由于軟土層塑性區(qū)的擴(kuò)大或強(qiáng)度降低而使建于其上的管道產(chǎn)生附加下沉或側(cè)向滑移，容易引起地面沉降變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等。

3）殘積層粉質(zhì)黏土，遇水易軟化、崩解，當(dāng)以此層作為持力層時(shí)，應(yīng)考慮地層的擾動(dòng)及水位變化對(duì)承載力的降低，設(shè)計(jì)施工時(shí)需加強(qiáng)防護(hù)。

3.3 水文地質(zhì)

場(chǎng)地沿線多為道路、居民區(qū)，地表水系不發(fā)育。地下水類型主要為上層滯水、砂層孔隙水兩種。上層滯水主要賦存于填土的中下部，填土下部地層為粉質(zhì)黏土，為相對(duì)不透水層，受場(chǎng)地附近地表水及降雨的補(bǔ)給，蒸發(fā)是其主要排泄方式。本次勘察揭露的填土中黏粒含量較高，為弱～中透水。實(shí)測(cè)鉆孔地下水初見水位埋深1.60～2.10 m，標(biāo)高4.36～18.66 m；測(cè)得鉆孔地下穩(wěn)定水位埋深為1.20～1.80 m，穩(wěn)定水位標(biāo)高為4.79～19.06 m。根據(jù)本地區(qū)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，地下水位年變化幅度約1.00～2.00 m。

根據(jù)場(chǎng)地地貌變化和相關(guān)規(guī)范，均勻分布地采取8 件地下水試樣以及相應(yīng)地表土試樣，并分別進(jìn)行水質(zhì)和土壤腐蝕性分析。檢測(cè)結(jié)果顯示，本研究場(chǎng)地環(huán)境類型屬Ⅱ類，場(chǎng)地水、土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。

3.4 場(chǎng)地地震效應(yīng)

根據(jù)GB 50032—2003《室外給水排水和燃?xì)鉄崃こ炭拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》[9]和GB 18306—2015《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》[10]，擬建場(chǎng)區(qū)位于廣州市荔灣區(qū)，其抗震設(shè)防烈度為7 度，地震設(shè)計(jì)分組為第一組，場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度為0.10g。根據(jù)場(chǎng)地巖土層分布情況及場(chǎng)地剪切波速估算結(jié)果，其等效剪切波速值Vse為103.79～192.06 m/s。根據(jù)本次鉆探揭露，并結(jié)合本工程的具體情況，場(chǎng)地內(nèi)部分地段分布有流塑狀淤泥質(zhì)土的軟土地段，因此屬建筑抗震不利地段。同時(shí)，場(chǎng)地揭露有飽和砂土細(xì)砂，根據(jù)液化判別表，液化等級(jí)輕微～中等。根據(jù)JGJ 83—2011《軟土地區(qū)巖土工程勘察規(guī)程》相關(guān)條文，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為7 度時(shí)，臨界等效剪切波速大于90 m/s 時(shí)，可不考慮震陷影響。根據(jù)工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，軟塑粉質(zhì)黏土的等效剪切波速值大于90 m/s，因此，設(shè)計(jì)時(shí)可不考慮軟土震陷影響。

4 巖土工程條件

4.1 工程環(huán)境

擬建工程位于廣州市荔灣區(qū)市區(qū)附近，適合各種機(jī)械進(jìn)場(chǎng)并進(jìn)行施工作業(yè)。場(chǎng)地現(xiàn)狀多為道路、居民區(qū)，地勢(shì)起伏較小，施工之前必須詳細(xì)查明地下管線的平面分布位置及埋深位置，并做好遷移工作，因管道多位于公路和居民區(qū)，施工前應(yīng)做好防護(hù)工作，防止對(duì)過往車輛和人員造成危害。此外，管道施工時(shí)須防止產(chǎn)生廢水、廢渣噪聲等對(duì)周圍環(huán)境造成污染。

4.2 地基均勻性

通過地質(zhì)情況分析，本研究場(chǎng)地主要為沖洪積平原地貌單元。場(chǎng)地巖土種類較多，其中填筑土稍壓實(shí)狀態(tài)，均勻性差，厚度不一，強(qiáng)度不均；淤泥質(zhì)土連續(xù)性差，均勻性一般，厚度不一；細(xì)砂連續(xù)性差，均勻性一般，厚度不一；粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土連續(xù)性較差，均勻性一般，厚度不一；其余各土層本身在空間上分布總體較穩(wěn)定，但局部起伏較大，各層承載力及壓縮性存在較大差異。綜合分析擬建工程區(qū)域地基屬不均勻地基。

4.3 各土層巖土性能

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)及野外原位測(cè)試研究分析，其場(chǎng)地內(nèi)各地層的工程特性指標(biāo)及建議值如表3 所示。

表3 各地層工程特性指標(biāo)建議值

填筑土均勻性較差，性質(zhì)穩(wěn)定性一般，填筑土主要為路基填土，考慮到填筑土的結(jié)構(gòu)物較雜，擾動(dòng)后穩(wěn)定性較差，基槽開挖時(shí)應(yīng)采取一定的支擋措施，以防基槽側(cè)壁垮塌而造成安全事故的發(fā)生。

第四系沖洪積層由淤泥質(zhì)土、細(xì)砂、粉質(zhì)黏土組成。其中淤泥質(zhì)土呈流塑狀態(tài)，強(qiáng)度低，壓縮性高，易觸變，屬于軟弱地基土，未經(jīng)處理不能作為擬建構(gòu)筑物基礎(chǔ)持力層或下臥層使用。細(xì)砂呈稍密狀態(tài)，具有較高強(qiáng)度及承載力，可作為構(gòu)筑物基礎(chǔ)持力層。粉質(zhì)黏土呈可塑狀態(tài)，具中等強(qiáng)度及中等壓縮性，為場(chǎng)地內(nèi)一般地基土，可作為管道基礎(chǔ)持力層。

殘積層粉質(zhì)黏土，巖芯較散，多為土柱狀，分布連續(xù)較好，埋深較大，承載力相對(duì)較高，可作為管道基礎(chǔ)持力層，但須注意有遇水易軟化的特性。

5 施工方案分析與評(píng)價(jià)

5.1 地基土承載力分析評(píng)價(jià)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，擬建管道采用明挖施工方式。根據(jù)勘察結(jié)果，淤泥質(zhì)土屬松軟地層，工程性能差，不能直接作為擬建管道的基礎(chǔ)持力層或下臥層，建議選擇細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、殘積層粉質(zhì)黏土地層作為基礎(chǔ)的持力層。

如管底設(shè)計(jì)高程位于粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土中，其承載力較高且無軟弱下臥層時(shí)，建議采用天然地基淺基礎(chǔ)方案。此外，通過勘察發(fā)現(xiàn)軟土層厚度較厚（1.50～16.80 m），如管底設(shè)計(jì)高程位于淤泥質(zhì)土等軟弱土層中時(shí)，當(dāng)軟弱土層厚度小于3.0 m時(shí)，可采用換填，軟弱土層厚度大于3.0 m，可采用地基加固處理，如水泥土攪拌樁、旋噴樁、CFG 樁等。

對(duì)于地下水豐富地段及填土、軟土地段，可采用鋼板樁、水泥攪拌樁或高壓旋噴樁等進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，以保證施工安全；對(duì)管底持力層強(qiáng)度不足或力學(xué)性能差異大的地段，應(yīng)進(jìn)行人工加固處理，可采用換填墊層、水泥土攪拌樁、旋噴樁、CFG 樁等，以人工地基或復(fù)合地基作為管道基礎(chǔ)持力層。

5.2 基坑開挖與支護(hù)方案分析評(píng)價(jià)

勘察結(jié)果顯示，本工程可采用鋼板樁或排樁等支護(hù)型式。根據(jù)場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件，建議基坑開挖時(shí)在基坑內(nèi)設(shè)置集水井與明溝，通過水泵向基坑外排水，基坑止水可結(jié)合支擋措施共同考慮。

基坑開挖前應(yīng)對(duì)基坑圍護(hù)方案、止水、防水措施進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，表4 展示了有關(guān)基坑開挖用于穩(wěn)定性計(jì)算和支護(hù)設(shè)計(jì)的巖土技術(shù)建議參數(shù)。

表4 支護(hù)設(shè)計(jì)巖土技術(shù)參數(shù)建議表

5.3 管道施工方案選擇與評(píng)價(jià)

研究工程設(shè)計(jì)資料，管道埋深基本小于4 m，考慮到管線埋深較淺，當(dāng)管道穿過的地層主要為填筑土或淤泥質(zhì)土層時(shí)，地層不穩(wěn)定，為方便處理軟土地基，可采用明挖方式施工。對(duì)管道下部地層為淤泥質(zhì)土可進(jìn)行換填等方式加固地基，為保障施工安全，開槽施工時(shí)，應(yīng)采用鋼板樁或排樁支護(hù)。

6 設(shè)計(jì)施工注意事項(xiàng)

6.1 地下水、地表水對(duì)管道設(shè)計(jì)和施工的影響

根據(jù)設(shè)計(jì)提供的管道埋深，管道部分處于地下水水位以上，部分處于地下水位以下。水位埋深較大的地段，地下水對(duì)工程施工影響較?。还艿捞幱诘叵滤灰韵碌囟?，填筑土未完成自重固結(jié)，均一性差，淤泥質(zhì)土流塑狀，施工時(shí)易產(chǎn)生涌泥等現(xiàn)象。因此，在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)、施工中，必須重視地下水的影響，并考慮地下水的水壓力及浮托作用。設(shè)計(jì)及施工時(shí)，應(yīng)考慮管溝開挖可能降低地下水水位及地下水水位的下降對(duì)周邊環(huán)境及建筑物造成不利影響。

6.2 修建工程對(duì)周邊環(huán)境的影響

1）對(duì)道路影響：擬建管道大部分位于道路上車流量大，給施工進(jìn)出該地段帶來一定影響，同時(shí)施工會(huì)對(duì)交通造成一定影響。建議施工前做好交通疏導(dǎo)方案，以防止交通阻塞，若開挖條件不允許可考慮采用頂管施工。

2）對(duì)地下管線的影響：沿線部分地段埋有地下管線，包括自來水、電力、通信、燃?xì)獾裙芫€，管線較為復(fù)雜，部分鉆孔施工時(shí)因此有所移動(dòng)。設(shè)計(jì)與施工時(shí)應(yīng)收集沿線地下管線資料，并與其相應(yīng)部門協(xié)商聯(lián)系，建議在探明管線位置后，采取相應(yīng)的措施后再予施工。

3）對(duì)居民生活影響：擬建管道位于城市中心，人口密集。由于行人較多，施工時(shí)對(duì)居民生活將造成一定影響，施工時(shí)應(yīng)及時(shí)與各社區(qū)單位協(xié)調(diào)，建議采用小型破土設(shè)備破土后采用人工開挖的方式進(jìn)行施工，并對(duì)施工區(qū)域做好維護(hù)措施，防止發(fā)生意外事故。局部管線靠近居民住宅及商鋪，管道設(shè)計(jì)及施工時(shí)應(yīng)考慮對(duì)住宅及商鋪等既有建筑物的影響，采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

4）對(duì)生態(tài)環(huán)境影響：擬建管道工程對(duì)環(huán)境的影響主要有3點(diǎn)，分別是大氣污染、水質(zhì)污染和噪聲污染。地基處理過程中應(yīng)采取措施避免揚(yáng)塵對(duì)大氣造成污染。在地基處理過程中，可能由于膠結(jié)材料（水泥、石灰）來不及膠結(jié)，隨地下水流失，造成地下水水質(zhì)污染。此外施工過程中泥漿的隨意排入地面水體，易造成水質(zhì)變化，增加水體沉積物。抽取的地下水如果隨意排放，特別是排入生活用水水源，也有可能造成水源污染。應(yīng)采取措施避免施工過程中產(chǎn)生的噪聲對(duì)附近居民的影響。

7 結(jié)語(yǔ)

本文以荔灣區(qū)公共管網(wǎng)完善工程為例，介紹了市政管網(wǎng)工程中巖土勘察的關(guān)鍵技術(shù)，包括對(duì)地質(zhì)條件、巖土工程條件和施工方案分析評(píng)價(jià)。此外，對(duì)設(shè)計(jì)施工中所應(yīng)注意的事項(xiàng)進(jìn)行梳理，以期對(duì)后續(xù)類似工程勘察設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。