浅谈钢带增强波纹管在吹填土地基的应用

黄 玮，颜 春

(1.广西钦州保税港区开发投资有限责任公司，广西 钦州 535008；2.广西交通科学研究院，广西 南宁 530007)

浅谈钢带增强波纹管在吹填土地基的应用

黄 玮1，颜 春2

(1.广西钦州保税港区开发投资有限责任公司，广西 钦州 535008；2.广西交通科学研究院，广西 南宁 530007)

人工吹沙填海形成的陆域属于欠固结的砂性地基，土质以中粗砂为主，地基具有地下水位高、地下水腐蚀性强、砂基含水率大、沉降未稳定等特点，采用何种适应性强、便于施工、耐久性好且兼具经济性的排水管道方案是吹填形成陆域基础设施建设的难题之一。文章以钦州保税港区一期雨水管道工程为实例，介绍了钢带增强波纹管使用于在吹填土地基的特点，为该种管材在类似地质环境条件中的推广应用提供参考。

吹填土；砂性地基；钢带增强；波纹管；应用

0 引言

近年来，随着北部湾经济区开放开发的迅猛发展，广西沿海地区实施了大量的填海造陆工程，其中大部分采用吹填海砂的造陆方式，形成的陆地为中粗砂为主，地基具有地下水位高、地下水腐蚀性强、砂基含水率大、沉降未稳定的特点[1]，在埋设深度较深、管道管径大的情况下，在吹填土砂性地基中采用何种适应性强、便于施工、耐久性好且兼具经济性的排水管方案，是广西沿海吹填陆域基础设施建设的难题之一。

钢带增强波纹管自2005年在国内开始推广使用，该管材以高密度聚乙烯(PE)为基体，用表面涂敷粘接树脂的钢带成型为波形作为主要支撑结构，并与聚乙烯材料缠绕复合成整体的双壁螺旋波纹管，具有环刚度高、柔韧性好、耐腐蚀性、结构重量轻、施工方便迅速、综合单价低等优点[2-4]，可以很好地应对上述吹填土地基的特殊地质情况。现结合钦州保税港区一期雨水管道工程实例，就钢带增强波纹管应用于吹填土地基的特点和经验总结如下：

1 项目工程地质概况及施工条件

1.1 工程地质概况

钦州保税港区规划面积10 km2，土地全部由吹填填海造陆形成，该园区的一期路网工程于2009年4月份开工、同年12月份竣工，其中雨水管道共约13 000 m，管径800～2 400 mm。该吹填陆域区域原地貌一般为海积漫滩，近岸多以淤泥滩为主，向外海逐渐过渡为砂质淤泥滩、砂质滩，经吹填施工后，形成的陆地场地较为平整，受工程成本限制，填海场地标高一般高出海域历史最高潮位约1 m，吹填土以中粗砂为主，吹填地基土层一般由吹填砂层和淤泥层组成，地基具有高含水率、高压缩性的特点，且场地临海，地下水位高、海水腐蚀性强。

1.2 施工条件

项目区域地下水位较高，管道开挖后，沟槽积水严重。由于该区域属临海区域，地下水与周边海域联通，很难实现降水。在沟槽积水情况下，对管底基础的处理、管道埋设及连接难度很大。由于场区内土质基本为吹填细沙，沟槽开挖后，坑壁稳定性较差，易造成沟槽垮塌。

施工期间须交叉进行地基处理、管道埋设和道路施工，雨季施工，施工难度大、工期非常紧张。

2 柔性塑料排水管材对比

针对本项目特殊地质情况和施工条件，由于吹填土地基的欠固结性及地下海水位高，管材需具备较好的适应变形能力及耐腐蚀能力，同时，考虑到基础处理的难度、过水能力、施工难度及工期要求，本项目不适于采用传统刚性的钢筋混凝土管(涵)方案，而是选用以高密度聚氯乙烯(HDPE)为原材料的新型柔性塑料管材，现结合吹填陆域砂性地基的特点，就常用的几种塑料管材比较分析如下：

(1)HDPE中空壁缠绕管

HDPE中空壁缠绕管是以原料生产矩形管坯，经缠绕焊接成型的一种管材，具有耐腐蚀性强、柔韧性好的特点，由于其独特的成型工艺，可生产口径达3 000 mm的大口径管，主要采用热熔连接方式，施工较便捷，可以很好地适应砂性地基的特殊地质情况。

但该种管材的整体刚度相对较差，如需达到较高的环刚度，受管材结构工艺影响，须显著加大管材壁厚，HDPE材料用量增加将导致管材成本高，HDPE中空壁缠绕管一般生产的环刚度都在8 kN/m2以下。如排水管道需埋设在对环刚度要求高的主干道机动车道以下，HDPE中空壁缠绕管的使用受成本影响将受到限制。

(2)HDPE双壁波纹管

HDPE双壁波纹管属柔性管材，其外壁呈环形波纹状结构，管道对土壤负荷的抵抗力强，环刚度高，该种管材具有优异的化学稳定性、耐老化及耐环境应力开裂的性能，可抵御一定程度的地基不均匀沉降，管道接口为扩口连接，接口连接严密、无渗漏，施工便捷，可以较好地适用于填海陆域砂性地基的特殊地质情况。

由于HDPE双壁波纹管是挤出工艺制造，一般管径最大仅为1 200 mm，国内大多数厂家只能生产800 mm管径以内的该种管材，大管径成本过高，所以管径的限制导致该种管材无法在大管径排水管道中使用。

(3)钢带增强波纹管

钢带增强波纹管和其它柔性管一样具有柔韧性强、耐腐蚀好、重量轻、施工快等特性，此外，由于使用了钢带作为主要支撑结构，将钢的刚性和塑料的柔性两者结合，有效解决了柔性材料刚度不足的问题，其目前最小环刚度为8 kN/m2，最大管径可达3 000 mm。

3 选用钢带增强波纹管的理由

针对本项目高含水率、高压缩性、地下水位高、海水腐蚀性强的地质条件，通过上述比选，最后决定采用钢带增强波纹管作为雨水管管材，具体的理由如下：

(1)高环刚度。由于钢带增强波纹管使用了钢带作为主要支撑结构，有效解决了大部分管材都存在的没有柔性或刚性不足的问题，弥补了全塑料埋地排水管受环刚度限制且造价昂贵的缺点。

(2)柔韧性好。吹填砂地基土质差，即使进行软土处理后仍有一定的工后沉降发生，另外在地下水位高的沟槽基坑，由于处理不理想，管底基础可能会出现强度不匀的情况，在埋设时管道可能会发生预变形。管材选择时应选择对沉降敏感性低，又具有一定变形能力的管道，以避免不均匀沉降导致管道脆性断裂。钢带增强波纹管具有较好的柔韧性和抗变形能力。

(3)耐腐蚀性好。吹填场地地下水位较高，海水具有一定的腐蚀性，故管材的耐腐性要求高。钢带增强波纹管外层为聚乙烯材料，具有较强的耐腐蚀性高。

(4)结构重量较轻，施工方便迅速。吹填陆域场地承载力相对较低，选择重量轻的管材，才可以避免由于地基承载力不足所导致的地基土剪切破坏、大变形等情况发生。钢带增强波纹管作为聚乙烯和钢带结合的复合材料，自重较轻，在地基承载力较低的区域适应性较好。

(5)经济性较好。在同等管径和环刚度要求下，在塑料柔性管材中，钢带增强波纹管在大口径方面的综合单价最低，即使对比传统的钢筋混凝土管，钢带增强波纹管虽然材料单价较高，但无需进行复杂的基础处理，综合成本仍具备优势。

4 施工关键工序

4.1 开挖和支护

(1)强挖法

吹填砂基的开挖是施工难点之一，正常情况下，吹填土地基都会经过处理后才开挖埋设管线并在其上修筑道路等构造物。如地基处理(强夯、高真空击密、无填料振冲等)效果能深度达到5 m、砂土较密实、管道埋深在2.5 m范围内的情况下可采用强挖法，即直接开挖不支护，必要时采用简易砂袋护坡，短时间内不会塌坡且渗水较少。

(2)开水槽强夯法

若吹填砂表面较干燥，达到可修筑临时便道的强度要求，可在路两侧开挖2～3 m深的水槽，采用强夯或冲击压路机，将道路范围内的地表水快速排除，该方案可同时解决地基处理及浅层管道开挖的问题，但对于深层管道埋设及含泥量较大的区域效果不佳。

(3)真空降水法

黏土含量较高，可能会出现表面积水，或是降水导致地表水下渗形成较高的水位，甚至长时间在吹填区的表面形成大大小小的“池塘”。此类区域不处理机械无法进场开挖，此时可采用真空降水法，先用人工插管的方式进行，使土基形成一定强度以方便施工机械进场作业。

(4)钢板桩法

采用板桩、土钉墙、地下连续墙、锚杆、内支撑等防护是一些建筑基坑中采用较多的方法，但对于长距离、小断面、高水位的砂基坑管沟开挖，大都不适用或不经济，此类方法中钢板桩具有较大的操作性，能起到很好的支挡作用，但费用较高。

4.2 基底处理及回填

钢带增强波纹管要求管底采用柔性基础，柔性基础一般为20 cm左右的中粗砂垫层，对于吹填形成的陆域而言，其土质为中粗砂，能满足柔性基础的材料要求，但需要保证其一定的密实度及平整度。对于基坑底的处理及回填可分以下两种情况：

(1)分层夯实回填

水位以上，采用羊脚夯等小型压实设备，按要求分层夯实，具体流程详见相应施工规范，密度要求及检测方法参见相关的路基规范及设计参数，本文不做详细的描述。由于管底砂的密实性决定了柔管管土作用的效果，因此管底下部砂的回填应充分密实，必要时采用水密法或振动水密法。

(2)振动水密法

在水位下，一般沟槽开挖应采用降水措施，防止管底受水浸泡，但吹填土地基基本很难在抽干沟底水的情况下实施安装，现场采用类似振动水冲的方法密实砂土，用小型振动设备(如在勾机头上加装振动棒)分层振捣砂层，密实底部及各回填层，一定程度提高管底的承载力及回填砂的密实度，虽砂层含水量饱和，但较密实，能保证管底的承载能力及管周的砂土密实性。

4.3 管道的吊装及安装

由于场区内土质主要为吹填砂，沟槽开挖后，稳定性较差，且项目工期紧，沟槽内存在积水，为保证接口的严密性，需在沟槽上完成接口施工，再整体吊装。钢带增强波纹管质轻、接口少，施工安装方便、快捷。

钢带增强波纹管单节管长较长，一般为12～15 m，接口少，一般可以将三节管在坑外热熔，通过三台吊车吊装，吊装到位后，基底可用砂袋调整纵坡，平面定位可视情况采用钢筋条垂直打入作为侧向约束。回填应按要求保证密实，埋设的管材通过砂的流动性及自身纵向柔性可以有一定程度的自适应调整，使管底的柔性基础与管材密实无脱空，虽然有可能产生一定的纵向预变形，但这正是钢带增强管的优势。此类钢塑复合管能很大程度消除水下施工导致的管道纵向预变形及施工初期逐级加载产生的不均匀沉降，而其较高的环刚度在柔性管结构设计中有较多的安全富余。

5 结语

(1)本项目自2009年年底投入使用后，总体运营情况良好，埋设有雨水管道的路面未出现明显的下沉、波浪，说明管道承载能力及抗变形能力符合预期。钢带增强波纹管具有高环刚度、柔韧性好、耐腐蚀性好及施工便捷、综合成本较低等特点。针对吹填砂地基地下水位高、基坑沟槽开挖困难、基坑管底强度承载力和平整度差的特殊地质情况，选用钢带波纹管是较适宜的方案。

(2)依据吹填土地基的特性，有针对性总结一些关键施工工序，指导钢带增强波纹管的开挖埋设及安装，以降低施工难度、提高施工质量的可控性，为该种管材在类似项目上的推广应用提供参考。

[1]文海家，严春风，汪东去.吹填软土的工程特性研究[J].重庆建筑大学学报，1992，21(2)：79-83.

[2]李艳玫，时志洋.钢带增强塑料埋地管的发展与应用[J].化学建材，2006，22(6)：18-20.

[3]张玉川.新产品-钢带增强聚乙烯螺旋波纹管[J].特种结构，2005(3)：30-34.

[4]郑皓匀，何龙新.新型钢带增强聚乙烯(PE)螺旋波纹管的应用[J].城市道桥与防洪，2007(6)：137-139.

[5]吴精华.埋地排水用钢带增强聚乙烯螺旋波纹管产品标准与工艺质量控制[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

黄 玮(1981—)，工程师，硕士研究生，主要从事广西北部湾临海产业园区基础设施开发建设工作；颜 春(1977—)，高级工程师，博士研究生，主要从事道路工程科研课题研究、项目咨询、公路及市政工程设计等工作。

U615.3

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.07.018

1673-4874(2015)07-0079-04

2015-06-02