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中图分类号： TU471.8 文献标识码：A文章编号：
1. 工程概况
广州市西江引水工程规模350万m3/d，投资概算约90亿元。工程总体系统方案为：自佛山市三水区西江思贤滘下陈村附近的西江取水，经取水泵站加压后输送至鸦岗配水泵站，再通过配水泵站分别将原水输送至江村水厂、石门水厂和西村水厂。
西江引水工程管线线路长，该工程输水主管为PCCP管（预应力钢筒混凝土管Prestressed Concrete Cylinger Pipe），口径DN3600，双管并行。横跨三水、南海、广州三地，工程建设中遇到很多关键的技术难题。本文主要介绍软土地基处理的方案和在实施过程中的一些影响因素，以供国内输水工程借鉴和探讨。
2. 埋地管道软基处理方案
本工程埋地管道，由于管道埋设较深，管径较大(DN3600PCCP管)，双管同一基槽，管段本身自重大(约5米长单节管道最重约400kN)，当管道处于淤泥、淤泥质土时，由于淤泥、淤泥质土是在静水或缓慢流水环境中沉积的、天然含水量大、可压缩性高、承载力低、透水性较差的一种软型到流塑状态的饱和粘性土，当管线软基压缩沉降时，管体上部受覆土及车辆荷载或土体侧向位移的作用而产生纵向弯曲，致使管道失稳，在最薄弱处产生破裂而漏水。在给水管道工程实践中，软基对管道产生的损坏主要有：
①在采用橡胶圈密封的承插口处,往往是橡胶圈被挤出;在采用打口方式的承插口处,接口易松脱发生漏水事故。
②造成钢管在焊接口处断裂,裂缝一般为环向,呈中间大两边小的形状。
③管道伸缩节的接头易被拉裂。
④阀门的法兰被拉裂或皮垫被损坏而造成漏水。
为减少或避免软基对管道的损坏，管道地基处理可采用换填法，抛石挤淤法、挤密砂石桩法、木桩法、钢筋混凝土预制桩法、水泥土搅拌桩法，高压旋喷桩法等方法。
(1) 换填垫层法
换土垫层法是将基础下一定深度范围内的软弱土层全部或部分挖除，然后分层回填并夯实砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰等强度较大、性能稳定和无侵蚀性的材料。但换土深度较大时，经常出现开挖过程中因地下水位高而不得不采用降水措施；坑壁放坡占地面积大或需要基坑支护；但若换土垫层太薄，则其作用不甚明显，因此适用于管道下处理深度不应小于0.5米且在1.5米内软弱地基处理。
(2) 抛石挤淤法
抛石挤淤为强迫换土的一种形式，通过在软粘土中抛入较大的片石、块石，使片石、块石强行挤出软粘土并占据其位置，以此来提高地基承载力、减小沉降量，提高土体的稳定性。抛石挤淤法一般适用于厚为3~4m的软土层和常年积水且不易抽干的湖、塘、河流等积水洼地。
(3) 挤密砂石桩
振动挤密砂石桩复合地基是由砂石(包括砾石、卵石、碎石) 等散体材料组成的,利用振动或冲击的方式,在软弱地基中成孔后将这些材料振动挤压入土中,形成具有一定深度和较大直径的密实砂石桩与天然地基形成的人工地基。但由于砂石桩是由透水性良好的材料组成，它的设置大大缩短了周边土体地下水的渗流路径，使周边地下水位下降，因此会造成附近公路开裂或建筑物地基下沉等危害。所以仅适用于透水性差的软土地基和空旷地段的地基处理。
(4) 木桩法
由于木材长期置于水中有很高的耐久性和不易腐蚀的特点, 在给水工程中在条件许可的情况下采用木桩处理软弱地基不仅施工便捷, 而且费用也较为经济合理。施工速度快，所需要的施工场地小，当管道以下软土层不太厚时，木桩可以代替水泥搅拌桩使用。但木桩浪费森林资源，不利于环保，不宜大量使用。
(5) 钢筋混凝土预制小方桩
钢筋混凝土预制小方桩复合桩基是指桩基采用钢筋混凝土预制小方桩、考虑基础承台下地基土与预制方桩共同作用的低承台摩擦桩基,是介于天然地基上的浅基础与常规低承台摩擦桩基之间的一种地基基础型式。预制小方桩复合桩基施工速度快，容易保证工程质量，造价较低。当软土层厚度较大时，可代替水泥搅拌桩使用但若施工场地下有较多块石、障碍物或有3m以上硬隔层时不宜采用。
(6) 水泥搅拌桩法
水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，通过特制的搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，使软土硬结而提高地基强度。适合于持力层埋藏较深的地基，施工时对周围建筑物的影响很小，无振动、无噪音、无污染。但桩机较大，所以所需的施工场地大；桩体成桩固结时间较长，所以所需工期长。
(7) 高压喷射注浆法（旋喷桩）法
高压喷射注浆法是用高压水泥浆通过喷管由水平方向的喷嘴喷出，形成喷射流，以此切割土体并与土拌和形成水泥土加固体的地基处理方法。高压旋喷桩桩机小，它不仅适用于场地狭窄或地处陡坎坡地不宜强夯处理等场合,而且对于中、小型结构地基和既有建筑物地基的加固也是一种切实可行的方法。但高压旋喷桩的费用高，每延米所需费用相当于同一桩径的水泥土深层搅拌桩的4倍左右，且施工工艺要求严格。所以一般在软土层厚≥5m且施工场地狭窄，空间矮小，无法采用水泥土深层搅拌桩法情况下使用。
根据以上分析，管道软基处理方法的选择，必须根据管材、土质情况、施工场地、施工工期和对地面交通的影响等，选择不同的地基处理方法。西江工程地质条件复杂多变，管道基坑开挖深、宽度大，根据管底以下软土层的厚度不同，分别采用不同的处理方法。管道基础下软土层较薄，在1.0m以内采用换填法处理；软土层在1.0m~2.0m时，采用抛石挤淤的方法处理；软土层厚大于2.0m时，主要采用水泥搅拌桩或高压旋喷桩处理。其中高压旋喷桩仅在三水大桥、北环桥底、华南三期桥底等施工场地狭窄，空间高度小，无法采用水泥搅拌桩施工的地段使用。而在一些地质情况复杂、变化较大的地区，出现设计的基础处理形式与现场地质条件不相适应的情况，如在施工过程中发现槽底下仍有软土层而设计为天然地基的地段，则采用预制桩或木桩复合地基加固处理。
3. 施工质量对管道基础的影响
由于施工与设计的衔接、施工现场特殊情况等种种原因，施工过程中在施工质量控制上出现的问题，会直接影响地基处理的效果。因此以下问题应在施工过程中给予重视，及时发现及时解决，避免影响工程质量。
（1）管道基础的砂石垫层密度不足引起沉降
砂石垫层的密度大小会受砂石材料的级配、施工工艺和施工条件等因素的影响。在施工过程中，由于受管沟开挖深度，支护结构和地下水的影响，很难采用大型的振动、碾压设备，使管道基础的砂石垫层密度得不到保证；安装管道的吊索拆卸时会拖拉松散砂石垫层；管道安装后底部的填充，由于操作空间的影响，砂石垫层填充的密实度较低，管道在欠密实的砂石垫层上搁置，管道与垫层的接触是从点、线开始，待管道发生一定的沉降量后才逐步形成面的接触，这时管道容易受到较大的不均匀支承力，甚至产生不均匀沉降。PCCP管有别于其它的承插管，其承插口之间允许的公差（空隙）小，允许的偏转角小。当管道不均匀沉降大，引起偏转角大时，细小的橡胶圈的膨胀率不能达到密封的效果而会出现渗漏。砂石垫层的密实与否对大管径、质量重的管道影响很大。在本工程中，为减少砂石垫层密度不足的影响，在管底下设置砼垫层和管座，增加整體刚度将管道以上的荷载分散压到下部的基础上，从而减小管道的沉降量及相互的影响。
（2）搅拌桩或旋喷桩处理软弱地基的质量效果差引起沉降
搅拌桩或旋喷桩均属柔性桩，稳固性差，自身强度较低，压缩变形量较大。它的施工质量受人为的因素和地下水的有机质含量影响较大，施工时注浆压力、注浆量、旋转速度和提升速度等参数都影响软弱地基的处理效果，若质量控制不好承载力达不到要求，压缩沉降量无法控制，影响桩体成桩质量，因此需加强现场的质量监督和管理控制。
搅拌桩或旋喷桩的施工质量受地质条件的影响也较大，施工过程中水泥浆与粘性较大的淤泥或密实的砂土结合时容易出现拌和不均，当地质是腐植质含量高、流塑性较大的淤泥时，成桩的质量和桩身强度都会受较大影响，特别是填充物的置换率不足时，经处理的软弱地基效果会很差而引起较大的工况沉降，所以，在这种地段的软基处理要特别注意及时调整施工方案和设计。对于此情况，所采用的搅拌桩或旋喷桩要加大水泥用量，加密桩的间距，加大水泥搅拌桩或旋喷桩的面积置换率，同时若有必要应另增加填充其它骨料，如：抛大片石挤淤、打挤密砂石桩、预制小方桩等，保证成桩质量。
4. 结语
软弱地基处理是大型管道工程中至关重要且较难解决的问题，本文对工程中常用的几种软基处理方法进行介绍和分析，结合广州市西江引水工程地质的多样复杂性，对于不同的地质采用相应的地基处理方法，并且提出施工过程中一些影响地基处理质量的因素。目前，DN3600PCCP管已成功应用在西江引水工程中，工程实施中采取了安全适宜的技术措施，保证了工程的质量，运行效果良好，其成果和经验可供同类工程借鉴和应用。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
1. 工程概况
广州市西江引水工程规模350万m3/d，投资概算约90亿元。工程总体系统方案为：自佛山市三水区西江思贤滘下陈村附近的西江取水，经取水泵站加压后输送至鸦岗配水泵站，再通过配水泵站分别将原水输送至江村水厂、石门水厂和西村水厂。
西江引水工程管线线路长，该工程输水主管为PCCP管（预应力钢筒混凝土管Prestressed Concrete Cylinger Pipe），口径DN3600，双管并行。横跨三水、南海、广州三地，工程建设中遇到很多关键的技术难题。本文主要介绍软土地基处理的方案和在实施过程中的一些影响因素，以供国内输水工程借鉴和探讨。
2. 埋地管道软基处理方案
本工程埋地管道，由于管道埋设较深，管径较大(DN3600PCCP管)，双管同一基槽，管段本身自重大(约5米长单节管道最重约400kN)，当管道处于淤泥、淤泥质土时，由于淤泥、淤泥质土是在静水或缓慢流水环境中沉积的、天然含水量大、可压缩性高、承载力低、透水性较差的一种软型到流塑状态的饱和粘性土，当管线软基压缩沉降时，管体上部受覆土及车辆荷载或土体侧向位移的作用而产生纵向弯曲，致使管道失稳，在最薄弱处产生破裂而漏水。在给水管道工程实践中，软基对管道产生的损坏主要有：
①在采用橡胶圈密封的承插口处,往往是橡胶圈被挤出;在采用打口方式的承插口处,接口易松脱发生漏水事故。
②造成钢管在焊接口处断裂,裂缝一般为环向,呈中间大两边小的形状。
③管道伸缩节的接头易被拉裂。
④阀门的法兰被拉裂或皮垫被损坏而造成漏水。
为减少或避免软基对管道的损坏，管道地基处理可采用换填法，抛石挤淤法、挤密砂石桩法、木桩法、钢筋混凝土预制桩法、水泥土搅拌桩法，高压旋喷桩法等方法。
(1) 换填垫层法
换土垫层法是将基础下一定深度范围内的软弱土层全部或部分挖除，然后分层回填并夯实砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰等强度较大、性能稳定和无侵蚀性的材料。但换土深度较大时，经常出现开挖过程中因地下水位高而不得不采用降水措施；坑壁放坡占地面积大或需要基坑支护；但若换土垫层太薄，则其作用不甚明显，因此适用于管道下处理深度不应小于0.5米且在1.5米内软弱地基处理。
(2) 抛石挤淤法
抛石挤淤为强迫换土的一种形式，通过在软粘土中抛入较大的片石、块石，使片石、块石强行挤出软粘土并占据其位置，以此来提高地基承载力、减小沉降量，提高土体的稳定性。抛石挤淤法一般适用于厚为3~4m的软土层和常年积水且不易抽干的湖、塘、河流等积水洼地。
(3) 挤密砂石桩
振动挤密砂石桩复合地基是由砂石(包括砾石、卵石、碎石) 等散体材料组成的,利用振动或冲击的方式,在软弱地基中成孔后将这些材料振动挤压入土中,形成具有一定深度和较大直径的密实砂石桩与天然地基形成的人工地基。但由于砂石桩是由透水性良好的材料组成，它的设置大大缩短了周边土体地下水的渗流路径，使周边地下水位下降，因此会造成附近公路开裂或建筑物地基下沉等危害。所以仅适用于透水性差的软土地基和空旷地段的地基处理。
(4) 木桩法
由于木材长期置于水中有很高的耐久性和不易腐蚀的特点, 在给水工程中在条件许可的情况下采用木桩处理软弱地基不仅施工便捷, 而且费用也较为经济合理。施工速度快，所需要的施工场地小，当管道以下软土层不太厚时，木桩可以代替水泥搅拌桩使用。但木桩浪费森林资源，不利于环保，不宜大量使用。
(5) 钢筋混凝土预制小方桩
钢筋混凝土预制小方桩复合桩基是指桩基采用钢筋混凝土预制小方桩、考虑基础承台下地基土与预制方桩共同作用的低承台摩擦桩基,是介于天然地基上的浅基础与常规低承台摩擦桩基之间的一种地基基础型式。预制小方桩复合桩基施工速度快，容易保证工程质量，造价较低。当软土层厚度较大时，可代替水泥搅拌桩使用但若施工场地下有较多块石、障碍物或有3m以上硬隔层时不宜采用。
(6) 水泥搅拌桩法
水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，通过特制的搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，使软土硬结而提高地基强度。适合于持力层埋藏较深的地基，施工时对周围建筑物的影响很小，无振动、无噪音、无污染。但桩机较大，所以所需的施工场地大；桩体成桩固结时间较长，所以所需工期长。
(7) 高压喷射注浆法（旋喷桩）法
高压喷射注浆法是用高压水泥浆通过喷管由水平方向的喷嘴喷出，形成喷射流，以此切割土体并与土拌和形成水泥土加固体的地基处理方法。高压旋喷桩桩机小，它不仅适用于场地狭窄或地处陡坎坡地不宜强夯处理等场合,而且对于中、小型结构地基和既有建筑物地基的加固也是一种切实可行的方法。但高压旋喷桩的费用高，每延米所需费用相当于同一桩径的水泥土深层搅拌桩的4倍左右，且施工工艺要求严格。所以一般在软土层厚≥5m且施工场地狭窄，空间矮小，无法采用水泥土深层搅拌桩法情况下使用。
根据以上分析，管道软基处理方法的选择，必须根据管材、土质情况、施工场地、施工工期和对地面交通的影响等，选择不同的地基处理方法。西江工程地质条件复杂多变，管道基坑开挖深、宽度大，根据管底以下软土层的厚度不同，分别采用不同的处理方法。管道基础下软土层较薄，在1.0m以内采用换填法处理；软土层在1.0m~2.0m时，采用抛石挤淤的方法处理；软土层厚大于2.0m时，主要采用水泥搅拌桩或高压旋喷桩处理。其中高压旋喷桩仅在三水大桥、北环桥底、华南三期桥底等施工场地狭窄，空间高度小，无法采用水泥搅拌桩施工的地段使用。而在一些地质情况复杂、变化较大的地区，出现设计的基础处理形式与现场地质条件不相适应的情况，如在施工过程中发现槽底下仍有软土层而设计为天然地基的地段，则采用预制桩或木桩复合地基加固处理。
3. 施工质量对管道基础的影响
由于施工与设计的衔接、施工现场特殊情况等种种原因，施工过程中在施工质量控制上出现的问题，会直接影响地基处理的效果。因此以下问题应在施工过程中给予重视，及时发现及时解决，避免影响工程质量。
（1）管道基础的砂石垫层密度不足引起沉降
砂石垫层的密度大小会受砂石材料的级配、施工工艺和施工条件等因素的影响。在施工过程中，由于受管沟开挖深度，支护结构和地下水的影响，很难采用大型的振动、碾压设备，使管道基础的砂石垫层密度得不到保证；安装管道的吊索拆卸时会拖拉松散砂石垫层；管道安装后底部的填充，由于操作空间的影响，砂石垫层填充的密实度较低，管道在欠密实的砂石垫层上搁置，管道与垫层的接触是从点、线开始，待管道发生一定的沉降量后才逐步形成面的接触，这时管道容易受到较大的不均匀支承力，甚至产生不均匀沉降。PCCP管有别于其它的承插管，其承插口之间允许的公差（空隙）小，允许的偏转角小。当管道不均匀沉降大，引起偏转角大时，细小的橡胶圈的膨胀率不能达到密封的效果而会出现渗漏。砂石垫层的密实与否对大管径、质量重的管道影响很大。在本工程中，为减少砂石垫层密度不足的影响，在管底下设置砼垫层和管座，增加整體刚度将管道以上的荷载分散压到下部的基础上，从而减小管道的沉降量及相互的影响。
（2）搅拌桩或旋喷桩处理软弱地基的质量效果差引起沉降
搅拌桩或旋喷桩均属柔性桩，稳固性差，自身强度较低，压缩变形量较大。它的施工质量受人为的因素和地下水的有机质含量影响较大，施工时注浆压力、注浆量、旋转速度和提升速度等参数都影响软弱地基的处理效果，若质量控制不好承载力达不到要求，压缩沉降量无法控制，影响桩体成桩质量，因此需加强现场的质量监督和管理控制。
搅拌桩或旋喷桩的施工质量受地质条件的影响也较大，施工过程中水泥浆与粘性较大的淤泥或密实的砂土结合时容易出现拌和不均，当地质是腐植质含量高、流塑性较大的淤泥时，成桩的质量和桩身强度都会受较大影响，特别是填充物的置换率不足时，经处理的软弱地基效果会很差而引起较大的工况沉降，所以，在这种地段的软基处理要特别注意及时调整施工方案和设计。对于此情况，所采用的搅拌桩或旋喷桩要加大水泥用量，加密桩的间距，加大水泥搅拌桩或旋喷桩的面积置换率，同时若有必要应另增加填充其它骨料，如：抛大片石挤淤、打挤密砂石桩、预制小方桩等，保证成桩质量。
4. 结语
软弱地基处理是大型管道工程中至关重要且较难解决的问题，本文对工程中常用的几种软基处理方法进行介绍和分析，结合广州市西江引水工程地质的多样复杂性，对于不同的地质采用相应的地基处理方法，并且提出施工过程中一些影响地基处理质量的因素。目前，DN3600PCCP管已成功应用在西江引水工程中，工程实施中采取了安全适宜的技术措施，保证了工程的质量，运行效果良好，其成果和经验可供同类工程借鉴和应用。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。