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不良地质条件下管道基础处理与施工 田晓伟

    1 湿陷性黄土的分布
    在我国,黄土广泛分布在华北、西北等地,且地层多、厚度大。在这些地区,一般气候干燥、降雨量少,蒸发量大,属于干旱、半干旱气候类型。黄土分布地区年平均降水量在250~500mm之间。
    由于各地黄土堆积环境、地理和气候条件不同,致使其在堆积黄土的物理、力学性质等方面都具有明显的差别,湿陷性有自西向东、自北向南逐渐减弱的规律。
    2 影响地基的几个因素
    2.1强度及稳定性。当地基的抗剪强度不足以支撑上部结构的自重及附加荷载时,地基就会产生局部或整体剪切破坏。
    2.2压缩及不均匀沉降。当地基由于上部结构的自重及附加荷载作用而产生过大的压缩变形时,特别是超过管道所能允许的不均匀沉降时,则会引起管道过量下沉,接口开裂,影响管道的正常使用。
    2.3地震造成的地基土沉陷以及车辆的振动和爆破等动力荷载可能引起地基土失稳。
    2.4地基渗漏量或水力比降超过容许值时,会发生水量损失或因潜蚀和管涌而可能导致管道破坏。
    当管道的天然地基存在上述四类问题之一或几个时,应采取适当的地基处理措施,以确保管道的安全正常运行。
    3 湿陷性黄土地基的处理方法
    湿陷性黄土层的管道基础处理方法很多,常用的方法有土或灰土垫层、砂或砂垫层、强夯法、重锤夯实法、桩基础、预浸法等。各种处理方法都有它的适用范围、局限性和优缺点。
    由于管线长,工程地质条件千变万化,而且机具、材料等条件也会因地区不同而有较大差别。因此,对每一具体线段都要进行细致分析,从地基条件、处理要求(包括处理达到的各项指标、处理范围)、工程费用、材料、机具等诸多方面进行考虑,以确定合适的地基处理方法。
    3.1灰土垫层
    灰土垫层常被用于非自重湿陷性黄土地区管道基础的处理。一般适用于处理1~4m厚的软弱土层。管道的基础是条形基础,作用于地基上的力也比其它建筑物小,而且是基槽开挖后埋入地下,表面的软弱土一部分已被去掉,所以在管道施工中常用灰土(或素土)垫层来处理湿陷性地区的管道基础,以提高承载力,减少沉降力。灰土垫层是将基础下面一定范围内的弱土层挖去,用一定体积比配合的灰土在最优含水量情况下分层回填夯实或压实。灰土垫层材料配比。灰土中石灰用量在一定范围内,其强度随灰土用量的增大而提高,但当超过一定限值后,强度则增加很小,并且有逐渐减小的趋势。1∶9灰土只能改善土和压实性能,2∶8和3∶7灰土一般作为最优含灰率,但与石灰的等级有关,通常应以CaO+MgO所含总量达到8%左右为最佳。
    灰土的质量检验。一般采用环刀取样,测定其干土重度。质量标准可按压实系数确定,一般为0.93~0.95.管道基础压实系数一般采用0.95,不得小于0.90。
    3.2素土垫层
    管径不大的管道基础常采用素土垫层。素土垫层的土料一般以粘性土为宜,夯(压)实施工时,应使土的含水量接近于最佳含水量,填土的夯(压)实应分层进行。
    3.3砂和砂石垫层
    砂垫层和砂石垫层材料透水性大,软弱土层受压后,垫层可作为良好的排水面,可以使基础下面的孔隙水压力迅速消散,加速垫层下软弱土层的固结和提高其强度,避免地基土塑性破坏。因此湿陷性黄土地基处理也可采用砂和砂石垫层。砂垫层的厚度一般根据垫层底面处的自重应力与附加应力之和不大于同一标高处软弱土层的容许承载力来计算。
    δc+δz≤R
    式中δc—垫层底面处土的自重应力,kPa;
    δz—垫层底面处土的附加应力,kPa;
    R—垫层底面处软弱土层修正后容许承载力,kPa。
    具体计算时,一般可根据砂垫层的容许承载力确定垫层基础宽度,再根据下卧土层的承载力确定出砂垫层的厚度。
    砂垫层的宽度除应满足应力扩散的要求外,还要根据垫层侧面的容许承载力来确定,防止垫层向两边挤动。砂、砂土垫层的材料宜采用级配良好,质地坚硬的粒料,其颗粒的不均匀系数不小于10。
    管道基础砂垫层以中粗砂为好,也可掺加一定数量的碎卵石。关于质量检查,用容积不小于200 cm3的环刀压入垫层土取样,测定其干土重度,以不小于砂料在中密状态时的干土重度数为合格。
    3.4强夯法
    强夯法处理地基具有效果显著、设备简单、施工方便、适用范围广、经济易行和节省材料等优点。对湿陷性黄土地基的加固有较好的效果,在管道施工中,若遇到湿陷性黄土层厚、湿陷性变形大,且管道自重大,对管道的安全性要求高的情况下,也可用强夯法来处理基础。
    3.5注意事项
    管道地基处理不同于其它建筑工程,大部分地基处理方法的加固效果并不是施工结束后就能全部发挥,还需要在施工完成后经过一段时间才能逐步体现出来,另一方面,每一线段的地基处理存在它的特殊性,而且地基处理效果大都是隐蔽工程,很难直接检验其处理效果。这就要求在地基处理施工过程中和施工完成之后注意下面几点:
    (1)在地基处理施工中,只了解如何施工是不够的,还必须了解所采用处理方法的原理、技术标准和质量要求。
    (2)作好监测工作,以保证施工的正常进行,通过观察收集数据为下一阶段的工作提供可靠的依据。
    (3)采用可行的检测手段来检验处理效果。 
    (4)通过分析可获得必要的参考值,可以验证设计,必要时进行设计修改,也可通过分析获得宝贵的经验。
    
    作者简介
    田晓伟(1981.4-),男,陕西省岐山县人,本科学历,水利助理工程师,岐山县渭河综合治理工程项目建设办公室工作。

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