基于淤泥质土中的污水厂管道沉降控制措施研究

巫朝强

（江门市政企业集团有限公司 广东江门 529000）

基于淤泥质土中的污水厂管道沉降控制措施研究

巫朝强

（江门市政企业集团有限公司 广东江门 529000）

淤泥土质具有特殊的土体性质，其显著的沉陷性与湿软性为其内部埋设的给排水管道带来不良影响。在不良淤泥土体环境下，土体中的管道易发生沉降问题，使得管道连接部位松动，甚至出现断裂现象。必须加大对淤泥质土中管道沉陷控制力度，为管道功能的发挥提供有利条件。本文围绕该问题展开讨论，分析了淤泥质土中污水厂管道沉降控制措施。

淤泥质土；污水厂管道；沉降控制；措施分析

前言

我国东南沿海一带分布着大规模的淤泥质土层，该土体的特点为：硬度差、牢固性差、承载力不强、易沉陷。常规的给排水管道设置于此土体中，如不经过特殊处理，无论在管道埋设阶段，还是后期运行阶段都可能出现管道沉陷现象，管道由于无法被坚硬的土体有效支撑，在其内部水压的作用下，甚至出现局部错位、断裂等故障，影响水体的正常排放与运输。因此，淤泥质土必须经特殊的工艺处理，才能设置给排水管道，这样才能免除后续隐患问题。

1 工程概况

江门市棠下污水处理厂（首期）工程，新建d1000污水管道，起点接仁和路DN600污水管，其中经过仁和路、规划路、兴棠路，最终接入江沙路d1000污水干管。堡棠路新建设一个dn110压力污水临时管道，同污水公司连接起来，自东向西排入本期起点新建的d1000污水管道。

此工程d1000污水主管（W1-W40段）选择顶管施工技术，余下管道则选择了开挖施工技术。工程坐落在蓬江区棠下镇，管线处于交通便利地域，地貌为冲积平原、低山残丘地貌。管线经过的交通道路为：供幼儿园道路、城镇道路等，部分地区也有鱼塘、菜地等农业基础设施，周围交通较为便利。钻孔深度范围内，岩土层主要包括人工填土层、坡积层、残积层、第三系风化基岩等岩层。

2 淤泥质土中管道沉降机理分析

2.1 砂弧基础的压缩

砂弧地基简单说就是下管前在其下方设置中粗砂，达到某一厚度，管道放置其中，同时于管道两端填入同样级配的中粗砂，这样就会打造出砂弧地基，不仅可以有效支撑来自于上方应力，该力又能有效传递至下方持力基地。该砂基压实度通常以95%为标准。然而，现实操作中，基槽底部通常不够宽，导致碾压装置不能入槽，只有采取人工夯实法，无法有效夯实，同时，管道底部的砂体一般要在管道安装好后才回填，这其中必然存在三角空隙区，无法有效回填，不能达到塞满、填实的效果。这些都可能造成变形问题，如图1所示。

图1 砂弧地基剖面图

2.2 基槽土体的凸起

被挖掘的坑体需要被有效回填，然而，基坑底面的土体会慢慢向上堆积、凸起。导致这一问题的因素：①上覆土被移除，土体有一个回弹空间。一般来说，回弹量大小通常受到变形时间、土体硬度等影响。②土体失去压力，淤泥质土自身含有水分，地下水随之下渗，导致土内水分越来越多，最终土体急剧膨胀，引发管道断裂。③基坑支护构造变形，形成错位问题，基坑底部的土体由于受到挤压，最终向上凸起。

地基变形量通常利用下面的公式：s＝φss′，其中，s′代表理论计算结论，φs代表沉降计算经验系数。

2.3 沉降量的计算

管道沉降控制的有效措施之一就是采用预留沉降量法，然而，这其中最关键的是能准确计算出沉降量，前提是科学理解管道的沉降机理。参照相关研究发现，导致管道沉降的因素主要包括：基槽土体的凸起，砂弧基层的压缩、附加应力作用下的沉降问题等。

本文的污水厂管道，其上方载荷多数来自于覆盖土体，将该载荷视作从管道底部到地面上方的厚度，实际设计选择150°的砂弧充当地基，然而，现实发挥传力功能的只有管道两端的三角区，此时，实际的荷载宽：L＝2rsin75°＝1932mm。持力层顶端载荷来自于多方面，既包括管道自身的重量、土体的重量、管道中水体重量、砂石自重等，经计算得出，载荷总量为78.36kPa，土体持力层的自重力为48.42kPa，二者作差得出此处的附加应力为：30.12kPa。

利用以上数据来计算得出管道沉降量：

根据地基的相关规程，其压缩层计算深度需要达到：

利用上面两个公式能够求得：沉降计算深度Hi＝4.5m，沉降量s＝6.4cm。在此基础上也要将基槽土体的凸起，砂弧基层的压缩等纳入考虑范围，根据以往的施工经历，最终得到的沉降量为8.2cm。

3 管道沉降控制措施

该污水厂所处地域相对开阔，淤泥中管道标高基本相同，然而，由于污水厂内部地形起伏不平，其地下淤泥土层高度差异明显，多位于管道以下3～5m处。各类管道都处于不均匀土层内部，需要积极处理地基，否则将造成严重的沉降问题，根据管道的形状、特点采取如图2的处理方法。

图2 管道回填施工图

图2为管道回填施工图，根据管道埋设的相关规程，实施常规施工，不对淤泥软土层进行特别的地基加固，仅设置普通的配砂垫层，实际管道敷设时，提升管道位置，并预置一定的沉降量，该沉降量会利用科学的公式计算得出。管道成功铺设后，再进行回填，一切施工程序合格基础上，有效连接构筑物与管道，二者连接的位置安装橡胶接头，以此提供弹性度，其弹性度能够有效适应沉降，经过以上改良设计，最终看到污水厂中管道处于正常工作状态，没有出现任何的断裂、漏水问题。

多数地下管道工程中，如果遇到软土或其他承载力较差的淤泥土，由于其土体中水位较高，影响了其自身的牢固度与承载力，此时多选择桩基施工法，来提高地基的承载能力，为了控制变形问题，通常选择端承桩，控制构筑物的沉降，然而，构筑物并非独立存在的，而是连有各类管道，为了预防二者连接处发生错位、裂开、脱扣等问题，可以将伸缩接头安装于接口位置，形成一定的伸缩度，从而有效应对管道变形问题。

（1）换填砂石法。通常适合淤泥深度在2m以内的情况，将淤泥排除，用硬质的砂石填补，以此来加固地基，前提是淤泥深度有限，否则将增加成本。

（2）木桩施工法。通常选择松木作为施工木桩，同样适合小规模工程项目，将其应用于大规模工程项目，对木材需求量上升，不仅破坏环境，也增加了造价。

（3）水泥土搅拌桩施工。具有特殊的适用性，尤为适合开阔的地域、规模较大的管道施工项目，在淤泥土处理方面发挥有效功能，不会对四周环境带来太大影响，然而，工期较长，进程慢。通常要在搅拌桩形成28d才能检测其承载力，再决定能否达到设计标准。采用此方法来牢固土体，能够保持土体原始重量，也不会对其他软土层带来沉降问题，同时实现原土体的充分使用，该方法适合用在复合地基中，使用效果较好，然而，成本却高昂，通常适合用在埋藏较深、厚度较厚的淤泥土层。

（4）高压旋喷桩法。此方法的实际运用原理同上述方法大致相同，由于其施工器械体积小，可以灵活用在狭窄区，然而，成本投入也较大。

无论选择哪一种控制技术，都必须从两大方面出发，首先要适合施工地区的实际条件，要结合淤泥质土层的深度、厚度，管道质量等，其次则要考虑成本因素，须本着经济合理的原则来科学控制管道沉降。

4 总结

淤泥质土内管道容易出现沉降问题，有必要对沉降机理进行深入分析，采用科学的计算公式，结合工程实际来加强地基处理，采用科学合理的方法来控制管道沉降问题，其中重点控制差异性沉降，有效协调好管道同构筑物之间的连接，以此来有效应对变形，同时需注意基坑挖开以后，必须及时设下管道，防止基坑长时间暴露，以此来防范基槽土体的凸起引发的沉降问题。

[1]吴为义，孙宇坤，张士乔.承插口给水排水管道的竖向位移（沉降）计算[J].特种结构，2011，20（3）：22～24.

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[3]崔晋豫，丁峰.不均匀地基沉降引起的给水管道爆裂[J].青岛建筑工程学院学报，2011，20（3）：22～24.

TU992.05

A

1673-0038（2015）52-0188-02

收稿日期：2015-12-10