陳 明，文建鵬，尹 華，柯杰貞

（1、深圳市勘察測繪院（集團(tuán)）有限公司 深圳 518028；2、中海中山天然氣有限責(zé)任公司 廣東中山 528403）

0 引言

地基的不均勻沉降是城市燃?xì)夤艿老到y(tǒng)破壞的常見因素之一，深基坑開挖、大量高層建筑、未按規(guī)定、規(guī)程降水及軟土地基自身性質(zhì)都會引發(fā)地基沉降。結(jié)合諸多工程事故，當(dāng)管線的沉降變形超過安全允許值時，將發(fā)生破壞。輕則影響生產(chǎn)、生活有序進(jìn)行，嚴(yán)重可能導(dǎo)致事故的發(fā)生，造成財產(chǎn)和生命安全隱患。

目前相關(guān)學(xué)者對于軟基處理作出了大量研究，陳維家等人［1］以珠海某堆場內(nèi)的深厚軟土地基處理工程為研究對象，旨在限制地基的位移變形，提升地基的承載力，降低差異沉降，使用預(yù)應(yīng)力管樁結(jié)合土工格室進(jìn)行軟基處理；姜興良等人［2］以航道駁岸軟基處理為工程背景，通過現(xiàn)場試驗，對施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，得出使用預(yù)制混凝土樁施工下，淤泥質(zhì)土側(cè)阻最大值為12 kPa；劉強(qiáng)等人［3］采取預(yù)成孔施工工藝，相比普通強(qiáng)夯置換法產(chǎn)生工后基礎(chǔ)沉降量大的問題，能有效加強(qiáng)范圍內(nèi)非淤泥質(zhì)土性狀；常永浩等人［4］探討了不同靜載試驗支墩地基的處理方式，進(jìn)行了超大噸位樁基靜載試驗技術(shù)分析并給出承載力特征及荷載傳遞規(guī)律；焦倓等人［5］比較預(yù)應(yīng)力管樁和素砼樁，得出水泥攪拌樁、預(yù)應(yīng)力管樁經(jīng)濟(jì)性較差，且施工條件要求較高；張秀勇等人［6］采用加設(shè)碎石墊層的碎石樁復(fù)合地基可以顯著改善深厚軟土地基的承載性能。王寶泉等人［7］系統(tǒng)研究了水泥樁復(fù)合地基的沉降及孔壓消散規(guī)律，得出3個試驗段的樁間土沉降、樁基沉降和樁體壓縮量，均依次呈遞減規(guī)律。

中山市軟土區(qū)域呈現(xiàn)空間分布大，變異性強(qiáng)，其力學(xué)特性中天然含水量顯著、抗剪差、孔隙率大、壓縮性大、承載力低，多數(shù)條件下呈流塑、軟塑狀態(tài)。

1 中山市天然氣管網(wǎng)工程中病害分析及處理措施

中山市域天然氣利用項目分二期進(jìn)行建設(shè)，現(xiàn)一期工程已經(jīng)完工并已經(jīng)投入使用，在使用過程中出現(xiàn)較多病害。為使天然氣管網(wǎng)工程能在今后正常、安全的使用，應(yīng)對中山市天然氣管網(wǎng)工程中現(xiàn)有病害進(jìn)行原因分析，并采取合理病害處理措施防止病害進(jìn)一步發(fā)展導(dǎo)致事故。

《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范：GB 50028—2006》［8］并未明確給出管道不均勻沉降地段的具體處理方法，因此因地適宜采取針對性措施 對存在燃?xì)夤艿赖能浲恋鼗M(jìn)行治理和防治。

現(xiàn)通過多次深入現(xiàn)場，展開了對中山市域天然氣管網(wǎng)工程的場站工程、線路工程的實地調(diào)查工作，并結(jié)合巖土工程專業(yè)知識對管網(wǎng)工程中存在的病害進(jìn)行原因分析。

1.1 病害1

江門調(diào)壓站建筑物與場地銜接處出現(xiàn)臺階開裂、抬升。表現(xiàn)為附近建筑物與站場場地銜接處出現(xiàn)較大差異沉降，最大沉降差接近40 cm，如圖1所示。

圖1 綜合樓與場地差異沉降Fig.1 Differential Settlement between Complex Building and Site

病害分析：江門調(diào)壓站由于軟土層較厚，建筑物用樁基基礎(chǔ)，嵌入中風(fēng)化巖層，在建廠時未采取軟基處理措施。而建筑物的荷載直接作用于樁基礎(chǔ)，樁基再將力傳遞到巖層中，隨著時間推移軟土產(chǎn)生較大累計沉降，這就導(dǎo)致建筑物與場地之間產(chǎn)生差異沉降。

建議措施：

⑴對于差異沉降不大地帶，對于開裂的臺階，建議注漿加固軟土，重新修筑臺階。

⑵對于差異沉降較大地帶，臺階相對于地面抬升25～40 cm，建議增補(bǔ)1～2 級臺階，或注漿加固軟土，重新修筑臺階。

1.2 病害2

古鎮(zhèn)門站場站圍墻與站場場地銜接處出現(xiàn)縫隙、差異沉降。在調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)古鎮(zhèn)門站場站圍墻與站場場地銜接處出現(xiàn)縫隙、差異沉降，場地標(biāo)高與原來位置相比有較大差距（沉降差約20～30 cm），如圖2所示。

圖2 圍墻與場地差異沉降Fig.2 Differential Settlement between Wall and Site

病害分析：古鎮(zhèn)門站建場時，場站圍墻基礎(chǔ)多用樁基+地梁，嵌入中風(fēng)化巖層，產(chǎn)生較小沉降，而場站場地地基沒有進(jìn)行處理，在外荷載以及自重應(yīng)力下隨著時間推移產(chǎn)生較大沉降。

建議措施：在有管線穿越地段，場站圍墻兩側(cè)建議采用采用管線兩側(cè)管樁托梁過渡，梁下鋼結(jié)構(gòu)支架支撐。

1.3 病害3

火炬調(diào)壓站多處出現(xiàn)不均勻沉降。在現(xiàn)場調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，火炬調(diào)壓站門衛(wèi)處與周圍場地發(fā)生較大的沉降差、工藝區(qū)構(gòu)件開裂以及工藝區(qū)構(gòu)件脫離等現(xiàn)象，如圖3所示。

圖3 城市雨水排澇泵站的信息化示意圖Fig.3 Informatization Diagram of Urban Rainwater Drainage Pump Station

圖3 基礎(chǔ)下沉導(dǎo)致工藝區(qū)部分構(gòu)件脫離Fig.3 Sinking of the Foundation Causes the Separation of Some Components in the Process Area

病害分析：火炬調(diào)壓站始建于2006 年，原來為農(nóng)地，小部分換填，工藝區(qū)和建筑用樁基礎(chǔ)。由于站場地基有較厚的淤泥（淤泥層平均厚度為24 m），建場時只采取了小部分換填措施，對淤泥層未采取有效的處理措施，在建場后軟土層在外荷載和自重應(yīng)力作用下發(fā)生固結(jié)沉降，導(dǎo)致有基礎(chǔ)和天然基礎(chǔ)銜接處出現(xiàn)差異沉降。

2 中山市天然氣管網(wǎng)工程地基處理方案研究

目前常用的軟基處理方法有：復(fù)合地基法、排水固結(jié)堆載預(yù)壓法、擠密砂樁法等。本節(jié)主要對堆載預(yù)壓法和復(fù)合地基法進(jìn)行分析。

堆載預(yù)壓法旨在加快地基的固結(jié)沉降效率，降低施工后沉降，增大填土荷載安全設(shè)計的方式，來提升地基的強(qiáng)度，該法適合大面積軟弱淤泥場地，優(yōu)勢在于價廉、有效、簡便和質(zhì)量比較容易得到保證。缺點是施工工期較長，堆卸材料的運輸與放置問題凸顯。復(fù)合地基法，在施工中靈活和廣泛使用，主要的復(fù)合地基處理方法有攪拌樁復(fù)合地基、擠密砂石樁復(fù)合地基、管樁復(fù)合地基等［9-10］。優(yōu)點在于施工工期比堆載預(yù)壓短，軟基處理效果好。

2.1 場站工程地基處理方案分析探討

根據(jù)地質(zhì)條件，場地地層中有較厚的流塑狀態(tài)的淤泥，擾動后的強(qiáng)度較低，易產(chǎn)生變形，未經(jīng)處理不能直接作為擬建建筑物的地基。方案1：考慮場站工期較長時，宜采用堆載預(yù)壓排水固結(jié)法對整個場站進(jìn)行排水固結(jié)；方案2：若現(xiàn)場條件不允許采用堆載預(yù)壓排水固結(jié)法或真空預(yù)壓堆載預(yù)壓法時，可以考慮采用復(fù)合地基如水泥土攪拌樁（或CFG 樁、管樁）做專項設(shè)計；對于擬建建筑區(qū)與非建筑區(qū)過渡地帶宜采取水泥土攪拌樁（或CFG 樁、管樁）過渡，減小不均勻沉降。站場地基處理建議如表1所示。

表1 場站地基處理建議Tab.1 Suggestions for Foundation Treatment of Stations

場站內(nèi)防止管網(wǎng)沉降措施

⑴對場站內(nèi)不同功能區(qū)域采用不同的軟基處理方法以減少沉降，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全的目的。

⑵對于不同基礎(chǔ)之間應(yīng)設(shè)置過渡帶減少不均勻沉降，以減少甚至消除安全隱患。

⑶盡量減少或禁止重車在場站內(nèi)任意行駛。

⑷在場站工程周邊新建建筑物或其他工程，應(yīng)分析新建工程對場站工程的影響，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

⑸建立合理完善的監(jiān)測系統(tǒng)，將監(jiān)測結(jié)果及時、準(zhǔn)確反饋給業(yè)主、設(shè)計單位，及時采取相應(yīng)措施。

2.2 線路工程地基處理方案分析探討

從中山市域在役天然氣管線現(xiàn)狀來看，線路工程無明顯病害且地域覆蓋范圍較大，所以不需要整體的地基處理，但為防止線路工程出現(xiàn)定向鉆、頂管穿越工程處管道因沉降嚴(yán)重不均導(dǎo)致管道懸空、變形以及鋪管地段發(fā)生沉降嚴(yán)重不均導(dǎo)致管道懸空、變形等現(xiàn)象，提供以下可供參考的建議。

2.2.1 直埋管線基礎(chǔ)處理措施建議

在進(jìn)行管溝開挖地段，建議采用機(jī)械開挖，并輔以人工開挖。開挖深度在3 m 以內(nèi)建議開挖邊坡放坡（根據(jù)當(dāng)?shù)貛r土工程施工經(jīng)驗，開挖建議采用如下施工參數(shù)）；管道開挖超過3 m 時，建議采取支護(hù)措施確保溝壁的穩(wěn)定。管道3 m內(nèi)最陡邊坡坡度如表2所示。

表2 管道開挖3 m內(nèi)最陡邊坡坡度Tab.2 The Steepest Slope within 3 Meters of Pipeline Excavation

⑴對地質(zhì)條件較差，無法開挖成形的地段，建議對管溝溝底的軟土地基進(jìn)行處理。對溝底局部進(jìn)行碎石、“塘渣”等材料換填處理。

⑵管道通過土質(zhì)較穩(wěn)定的地段，可用明挖排水溝降水，能滿足一般管道施工的要求。

⑶管道通過淤泥層較厚極不穩(wěn)定、管溝難以成型的淤土段，可采用截水板樁墻，輔以降、排水措施開挖管溝。另外，由于地基承載力低，可采用樹枝、毛竹編制板等材料，在垂直管道方向鋪墊，其上鋪墊300 mm碎石或粘土等材料夯實，以滿足管道施工的要求。在深厚淤泥地段可采用剛性樁托起管道，并在“軟硬”土層交界處采用柔性過渡段的方法處理。

⑷ 施工單位應(yīng)該根據(jù)軟土段天然氣管道敷設(shè)困難的實際情況采取相應(yīng)行之有效的施工措施。在施工過程中如原狀土遭到擾動管道周圍土體有可能成為流塑狀。此時應(yīng)清除流塑狀土體、排除溝內(nèi)積水，及時回填。直埋管線基礎(chǔ)處理措施如表3所示。

表3 直埋管線基礎(chǔ)處理措施建議Tab.3 Suggestions on Foundation Treatment Measures for Directly Buried Pipelines

2.2.2 定向鉆、頂管施工處理措施建議

⑴管道沿線經(jīng)過的公路等在實施穿越時，建議設(shè)混凝土套管保護(hù)。

⑵管道穿越已建公路設(shè)計技術(shù)措施。避免從管樁穿越。非管樁段的公路穿越，可采用頂管或定向鉆穿越方式。定向鉆穿越由于穿越處管道埋設(shè)較深，道路沉降對管道影響可忽略。

⑶掌握土層特點，揚(yáng)長避短，盡可能利用軟土地區(qū)普遍存在的“硬殼層”，穿越河渠地段施工混凝土壓重塊防止管道上浮。

⑷管道穿越擬建公路設(shè)計技術(shù)措施。穿越處管道應(yīng)加大埋設(shè)深度，同時采取加箱涵或套管等預(yù)保護(hù)措施。箱涵底部換填一定厚度的級配碎石以增強(qiáng)地基強(qiáng)度。應(yīng)考慮允許箱涵有一定的沉降，管道與箱涵間充沙保護(hù)，并依靠沙的流動性作為沉降后空間的補(bǔ)充。

⑸ 管道采用定向鉆方式穿越河流時的技術(shù)措施。①宜選擇軟弱土進(jìn)行穿越；②管線設(shè)計和施工中應(yīng)考慮采用適當(dāng)?shù)沫h(huán)保措施及防軟土震陷處理措施；③穿越場區(qū)應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計；④定向鉆穿越設(shè)備下的地基建議采用深層攪拌樁或高壓旋噴樁或石灰樁法處理。

3 結(jié)語

3.1 結(jié)論

⑴中山市域天然氣管網(wǎng)工程中場站工程存在的病害主要是由于不同基礎(chǔ)型式過渡段產(chǎn)生過大的差異沉降（例如工藝設(shè)備區(qū)、放空管線、建筑物等與周圍地基間的差異沉降），造成管道、法蘭等局部應(yīng)力過大導(dǎo)致管道開裂、法蘭泄露等事故。場站工程建議處理方案：場站工程場區(qū)整體采用堆載預(yù)壓法、復(fù)合地基等方法進(jìn)行地基處理，工藝設(shè)備區(qū)以及建、構(gòu)筑物等仍然采用樁基礎(chǔ)，并在不同基礎(chǔ)之間設(shè)置過渡區(qū)。

⑵從在役天然氣管線目前狀況來看，線路工程無明顯病害且地域覆蓋范圍較大，所以不需要整體的地基處理，但為防止線路工程出現(xiàn)定向鉆、頂管穿越工程處管道因沉降嚴(yán)重不均導(dǎo)致管道懸空、變形以及鋪管地段發(fā)生沉降嚴(yán)重不均導(dǎo)致管道懸空、變形等現(xiàn)象，提出了相關(guān)建議措施。

3.2 建議

⑴對于中山市天然氣管網(wǎng)工程中待建的二期工程、三期工程，在場站工程、閥井工程以及線路工程選址和選線時，盡可能避免軟弱土層合理利用較好土層，從源頭上減少軟基危害。

⑵建設(shè)單位應(yīng)高度重視管線沿線的詳勘工作、明確每個規(guī)劃作業(yè)點以及管線沿線的交通條件、作業(yè)條件和管線施工方法（挖埋或頂管），以便在設(shè)計階段提出有針對性的處理方案。

⑶對于正在建或已建工程，建立場區(qū)安全預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)，實現(xiàn)全天候、不間斷、全自動安全監(jiān)測，做到實時分析，及時預(yù)報，自動報警，使場區(qū)安全得到真正保障。

⑷加強(qiáng)中山市天然氣管網(wǎng)工程軟土地基沉降研究，完善天然氣管網(wǎng)工程沉降理論；建立中山市天然氣管網(wǎng)工程軟土地基沉降數(shù)據(jù)庫。