摘要：文章分析了軟土的特性，介紹了軟土地層PCCP管施工的特點(diǎn)，闡述了軟土PCCP管工程設(shè)計(jì)需重視鎮(zhèn)墩的穩(wěn)定性和空間轉(zhuǎn)角不宜過(guò)大的問(wèn)題，認(rèn)為PCCP管作為一種綜合優(yōu)勢(shì)明顯的管材應(yīng)有廣闊的適用地域。

關(guān)鍵詞：大口徑PCCP管；軟土；鎮(zhèn)墩

中圖分類(lèi)號(hào)：TU43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2009）01-0137-02

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP管）最早問(wèn)世于法國(guó)，上世紀(jì)40年代歐美國(guó)家竟相研制成功。目前大口徑高工壓PCCP管在歐美、中東等地區(qū)得到廣泛地應(yīng)用。PCCP管是由帶鋼筒的混凝土管芯、纏在管芯的預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絲外的水泥砂漿保護(hù)層構(gòu)成的復(fù)合材料，管子的兩端分別焊有鋼制承口圈和插口圈，接口為柔性雙膠圈密封接口。該管材綜合發(fā)揮了鋼材的抗拉、易密封及混凝土的抗壓和耐腐蝕性能。具有使用壽命長(zhǎng)、造價(jià)低、環(huán)保、運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)在90年代中期開(kāi)始在給排水輸送管線上使用。

本文分析了軟土的特性，介紹了軟土地層PCCP管施工的特點(diǎn)，闡述了軟土PCCP管工程設(shè)計(jì)需重視鎮(zhèn)墩的穩(wěn)定性和空間轉(zhuǎn)角不宜過(guò)大的問(wèn)題，認(rèn)為PCCP管作為一種綜合優(yōu)勢(shì)明顯的管材應(yīng)有廣闊的適用地域。

一、軟土的特性及其承載力計(jì)算

軟土是淤泥和淤泥質(zhì)土的總稱(chēng)，它是在靜水或非常緩慢的流水環(huán)境中沉積，經(jīng)生物化學(xué)作用形成的。其特性是天然含水量高、孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低、壓縮系數(shù)高、滲透系數(shù)小。

軟土的以上特性限制了PCCP鋼砼管的大范圍使用。PCCP鋼筒管較之于其他管材笨重，如DN2000*5M型重達(dá)13噸，低地耐力強(qiáng)度（CU=8~15Kpa）、壓縮性大(Cc=0.3~0.7)導(dǎo)致大型機(jī)械進(jìn)退場(chǎng)施工、PCCP鋼砼管二次運(yùn)輸、管槽開(kāi)挖成型等比較困難。好在1米左右的表土抗壓強(qiáng)度達(dá)30 Kpa采取措施能滿足機(jī)械行走要求。

但只要揚(yáng)長(zhǎng)避短，科學(xué)設(shè)計(jì)，合理施工，PCCP鋼筒管在軟土地基情況下一樣可以快速施工、暢行無(wú)阻。

DN2000型PCCP鋼筒管要求成槽后的基礎(chǔ)寬度為4M，深度為4.2M，上覆土1.5M。（如圖1）由

fa=fak+γm(d-0.5)

fa=5.14CU 太沙基承載力公式

fa——修正后的軟土地基承載力特征值

fak——軟土地基承載力特征值

γm——槽基礎(chǔ)以上土的加權(quán)平均重度

d——管槽深度

CU——不排水抗剪強(qiáng)度

當(dāng)PK> fa時(shí)槽底需加固，當(dāng)PK< fa無(wú)須加固，只需作簡(jiǎn)易墊層。

判斷基坑是否隆起按下面驗(yàn)算：

NC*τ。+γ* t ≧1.6

γ(h+t)+ q

NC--承載力系數(shù)，管槽基礎(chǔ)取NC=5.14

τ。--不排水抗剪強(qiáng)度Kpa

γ--土的重度kN/m³

t--支護(hù)鋼板樁入土深度m

h--基坑開(kāi)挖深度m

q--地面載荷（取20 Kpa）

這里γ(h+t)+ q是主動(dòng)區(qū)載荷，NC*τ。+γ* t為被動(dòng)區(qū)承載力

當(dāng)PK+γ(h+t)+ q≧NC*τ。+γ* t時(shí)，管子不會(huì)上浮。

一般來(lái)說(shuō)，基礎(chǔ)上的PCCP鋼筒管因有兩側(cè)水土的復(fù)合側(cè)壓力作用于槽底，形成被動(dòng)土壓力，此壓力大于PK，不存在沉降的問(wèn)題，管子反而會(huì)冒頂上浮，所以安管后須及時(shí)回填土抗浮。淤泥地層設(shè)計(jì)混凝土基礎(chǔ)出發(fā)點(diǎn)是好的，但實(shí)踐當(dāng)中做不到，成槽沒(méi)有那么多時(shí)間給你澆筑固結(jié)混凝土?；A(chǔ)是為了解決管路的沉降，通過(guò)上面的驗(yàn)算，不存在沉降的問(wèn)題，管子冒頂上浮別因其自身重量而忽視，安管后及時(shí)回填顯得尤為重要。

二、軟土地基條件下安裝PCCP管須解決的難點(diǎn)

淤泥軟土地層施工存在以下困難：(1)地基承載力差，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸PCCP管存在問(wèn)題；(2)成槽困難，基槽深達(dá)4.2m，易坍塌，土體周?chē)环€(wěn)定、冒頂（底部凸起）兩側(cè)水土復(fù)合壓力導(dǎo)致基坑凸起，采用井點(diǎn)降水能解決這一問(wèn)題，但采用這一方案代價(jià)高、時(shí)間長(zhǎng)；(3)鋼砼轉(zhuǎn)換處需縝密周到的處理，淤泥地層土與鋼砼管間摩擦系數(shù)低，拐彎特別是空間轉(zhuǎn)角大的地方，如與倒虹或管橋的連接段處理不當(dāng)極易出現(xiàn)脫口、滲漏、涌水；(4)PCCP管下管后需快速進(jìn)行接口膠圈試壓，合格后覆土，否則基坑冒頂，管子容易跑偏、蛇行。

三、根據(jù)地質(zhì)情況，施工因地制宜

PCCP管的安裝工序：定位測(cè)量、基槽開(kāi)挖、墊層、安管、對(duì)接、接口膠圈試壓、接頭間隙填注水泥砂漿（內(nèi)外抹口）、覆土、試壓、交付，其工序較多。

解決PCCP管于軟土地層施工的關(guān)鍵在一個(gè)“快”字，要與塌方賽跑，步步爭(zhēng)先、處處主動(dòng)、流水作業(yè)、工序銜接緊密。

施工灰線側(cè)PCCP管采取滾動(dòng)運(yùn)輸方式，利用挖土機(jī)扒斗上纏橡膠點(diǎn)推PCCP管滾動(dòng)前行（防止破壞PCCP管砼體），履帶吊機(jī)沿溝槽下管時(shí)下墊基路鋼板，防止60噸履帶吊下陷，成槽考慮用鋼板樁支護(hù)，樁長(zhǎng)達(dá)到9m以上、插入比0.8，兩倍的槽深度，鋼板樁支護(hù)到位后，再行開(kāi)挖，土方位于施工另側(cè)，上加頂撐。設(shè)計(jì)管道基礎(chǔ)為顆粒級(jí)配良好的粗砂+石渣+有沙土工布80KN/m,由于有沙土工布在淤泥上沒(méi)有持力強(qiáng)度，在淤泥上施工較麻煩，將土工布改為有持力強(qiáng)度的竹或扁板墊底、上鋪砂石墊層30cm，方法雖土，但行之有效。淤泥地層透水性差，槽底長(zhǎng)時(shí)間不會(huì)滲水。但有些持力層較差地質(zhì)用預(yù)制墩座+間隔布置石渣、砂石、石塊為行之有效的好方法。

四、設(shè)備布置要合理，預(yù)防塌方有技巧

地面承載強(qiáng)度在30Kpa時(shí)均適宜PCCP管的施工，軟土地層轉(zhuǎn)角處鎮(zhèn)墩提供的后背力有限，不能抵御管道工壓情況下的推力，實(shí)踐中浙江臺(tái)州二期供水、寧波白溪引水均出現(xiàn)鎮(zhèn)墩移位、鋼筒脫節(jié)的問(wèn)題。在軟土地質(zhì)環(huán)境下，后背力要達(dá)到近千千牛頓，非采用樁基做鎮(zhèn)墩復(fù)合結(jié)構(gòu)不可。

在淤泥土質(zhì)施工中有兩大難題須克服：塌方和機(jī)械設(shè)備入泥不能自拔。PCCP管安裝前首先充分認(rèn)識(shí)難點(diǎn)，重點(diǎn)解決淤泥承載力差、易塌方等實(shí)際問(wèn)題，實(shí)時(shí)投入設(shè)備和附件，備好組合鋼板供履帶吊行走，備足鋼板樁用于成槽支護(hù)，型鋼用于成槽支撐；合理制定履帶吊、打樁機(jī)、挖掘機(jī)的行走線路，淤泥堆放在作業(yè)面的另側(cè)。

在施工過(guò)程中以管線為軸線、間距3.6～4米打鋼板樁，縱向距離視具體地質(zhì)情況而定，容易塌方的區(qū)域鋼板樁的施打采取咬合的形式增強(qiáng)其剛度及抗剪能力。一邊排放待裝管、打樁機(jī)、履帶吊，一邊堆泥土，前面一臺(tái)打樁機(jī)打鋼板樁，中間一臺(tái)挖掘機(jī)開(kāi)槽，另一臺(tái)挖掘機(jī)在對(duì)側(cè)倒運(yùn)泥土，重型機(jī)械設(shè)備行走時(shí)下墊組合路基鋼板，組合鋼板擱于鋼板樁之上，一方面組合鋼板增強(qiáng)了鋼板樁的抗張力，另一方面鋼板樁增強(qiáng)了組合鋼板的承載力，兩者相得益彰，重型機(jī)械設(shè)備行走作業(yè)不易產(chǎn)生塌方和安全事故。

安管后，土方回填要及時(shí)，淤泥回填比設(shè)計(jì)標(biāo)高高50cm，用挖機(jī)抓斗平整壓實(shí)，分層夯實(shí)的設(shè)計(jì)要求于此不很實(shí)際，因其不能碾壓也不好碾壓，淤泥回填后自身有個(gè)重塑的過(guò)程，會(huì)自行密實(shí)，勿用多慮，后期的環(huán)刀取樣會(huì)驗(yàn)證密實(shí)度滿足要求。

五、空間轉(zhuǎn)角不宜大，延接鋼管加翼環(huán)

軟土地基的地質(zhì)條件下往往河道較多，線路不易取直，此時(shí)鋼混轉(zhuǎn)換接頭轉(zhuǎn)角的設(shè)計(jì)施工至關(guān)重要：按照常理軟土地基使用PCCP管為使用大忌，轉(zhuǎn)角不宜過(guò)大，盡量不要設(shè)計(jì)空間轉(zhuǎn)角（即3維方位角），原于鋼混轉(zhuǎn)換接頭如出現(xiàn)空間轉(zhuǎn)角受力較復(fù)雜，應(yīng)力大，通水之后容易脫節(jié)。如某段PCCP鋼筒給水管工作壓力0.4 Mpa，則水產(chǎn)生的徑向推力FW=0.4*106*3.14*2=2400KN；鋼土摩擦力不會(huì)高于頂管頂力700KN，如轉(zhuǎn)角θ過(guò)大（≥150）鎮(zhèn)墩、鋼管不延長(zhǎng)，鋼混轉(zhuǎn)換接頭脫節(jié)漏水不足為怪。鎮(zhèn)墩必須采取結(jié)構(gòu)性措施，保證其后背力，如采取樁基加固，拖管加長(zhǎng)為管徑的10倍，上加混凝土翼環(huán)更好。

六、實(shí)例及結(jié)語(yǔ)

臺(tái)州二期引水工程全長(zhǎng)32公里，有16公里使用PCCP—E 管，其中6.5公里為東南沿海軟土地基，其重量大如每根D2000型PCCP管5m長(zhǎng)重達(dá)13噸，地基承載力為3～5T、地貌為海積平原，地勢(shì)平坦，表面為耕植粘土（mQ34），厚度一般0.8～1m，其下為淤泥（mQ24）、局部為淤泥質(zhì)粘土（mQ24）、流塑、具高壓縮性，物理力學(xué)性質(zhì)差，厚度3～10m，透水性能差。使用杭州騰龍管業(yè)有限公司生產(chǎn)PCCP管，該工程通過(guò)以上的施工方法取得了良好的效果，通水近一年，管線未出現(xiàn)沉降、結(jié)垢，運(yùn)行穩(wěn)定。但有空間轉(zhuǎn)角的接口處出現(xiàn)脫節(jié)滲漏的現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)鎮(zhèn)墩的加固，接口重新處理，未再出現(xiàn)問(wèn)題。

對(duì)地面承載強(qiáng)度小于30Kpa的淤泥質(zhì)地基可以采用專(zhuān)用PCCP頂管頂進(jìn)的施工方法，杭州七格污水處理工程使用該工藝。

參考文獻(xiàn)

[1]《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002.

作者簡(jiǎn)介：顧永明，男，江南工程管理股份有限公司工程師，研究方向：項(xiàng)目管理。