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1.1管道基础处理方案本工程输水线路较长，沿线需要经过山丘、农田、公路、铁路、鱼塘、河流等，地质情况变化较大，当管基落于淤泥、比较软弱的淤泥质土、松软的人工填土、岩基等不利土层及软硬土交接部位，需要对地基进行适当的处理，以减小管道的不均匀沉降，保证整个输水系统的安全。1.1.1埋地管段的管基作法常用的管道基础有原土基础（素土平基、90°土弧基础）、砂质基础、素混凝土基础和钢筋混凝土基础等，管道基础的型式根据管道形式、管材、管道所在处的土质情况、地下水位及管道运行的安全性等综合确定。本工程沿线均为双管并行，由于受规划及场地条件限制，两条管道不可能满足有关规范规定的15m净距的要求，根据广州地区的现状，两管间距不可能太大，只能同槽埋设。对同槽埋设的管道，应保证一根管道出现渗漏水时，另一管道仍能正常运行。由于两根管道距离较近，当其中一根管道漏水时，势必会对另一管道基底土产生冲刷、掏空作用，影响另一管道的运行安全。现对管道不同基础做法分述如下：（1）当管道通过岩基段时，管道基本不会产生沉降，另外，岩基抗冲刷能力比较强，故对岩基段的管道，可用砂质基础。即将基坑超挖300mm，回填级配砂石，再铺设管道。若为钢管时，还要视其受荷情况，在管底设置一定角度的砂弧,虽然砂土的抗冲刷能力较差,但钢管强度高,适应地基变形的能力强,即便管下局部被掏空,钢管也能承受一定的荷载,不易破坏。（2）管道座于土层或砂层时，若采用一般的土基或砂基，当单管出现渗漏水时，另一管下的土或砂必将受到冲刷，甚至被掏空，影响另一管道的运行安全。若采用钢筋混凝土基础，虽能解决单管渗漏时另一管下地基土被冲刷或掏空的问题，但钢筋混凝土基础造价太高，施工周期也比较长，不经济。故一般地段不推荐此方案，只在管道局部受荷很大地段，适当采用混凝土基础。本设计从安全和经济等方面考虑，采用在地基表面设防冲刷保护层的方法，来解决单管漏水对另一管下地基土的扰动。具体做法如下：将基坑超挖300mm，槽底用中粗砂找平后，铺设一层土工网，其上铺设一层土工布（要求具有一定的强度），然后回填300mm厚的级配砂石并将土工布从底到顶全面包裹，再在其上铺设200mm厚中粗砂垫层，再铺设管道。对于钢管，还要在管底设一定角度的砂弧（根据计算确定）。该方案造价较低，施工简单，施工速度快，且土工网具有一定的强度，对协调管道的不均匀沉降起一定的作用。（3）对管顶覆土很厚地段，考虑到管道受荷较大，为了提高管道的受力性能，减小管壁厚度，可采用混凝土基础。1.1.2管道的地基处理方案1.1.2.1不同地基处理方式的论证根据不同的地质资料，不同的施工现场条件，可采用不同的地基处理方式。根据管道沿线的地质情况，地基处理可采用换填法，抛石挤淤法，短桩处理法、水泥土搅拌法，高压喷射注浆法，强夯法，振冲砂石桩法或振冲挤密法。1、换填法适用于浅层软弱地基处理。换填法是将软弱土层挖去，换填级配砂石或碎石屑，分层压实达到要求的密实度。换填法一般适用于当管道下1.5m范围内有持力层的情况。如果换填厚度过大，一方面，换填材料造价增加，沉降量较难控制。另一方面，随着开挖深度的增大，支护费用也增加。再有因为场地地下水位较高开挖深度过大，当采用止水措施不足时，容易因地下水流失造成周围地陷，必然引起民房或路面开裂，由此增加额外的费用。故此，我们认为换填深度一般控制在管道以下1.5m以内为宜。2、抛石挤淤法适用于浅层软弱地基处理。抛石挤淤法是依靠换填材料的自重以及其他外力诸如：压载、振动等使软弱层遭受破坏后被强制挤出而进行的换填处理，一般控制在软弱层2.5m深度以内,抛石挤淤法可满槽挤块石，块石间用级配砂填实，块石挤入深度不小于软土层厚度的70%。3、短桩处理法是利用桩与桩间土共同作用形成复合地基，对管道下的地基进行处理。桩一般采用钢筋混凝土预制桩，桩长约3--10m，桩的边长或直径0.2—0.45m。短桩处理与其他方法相比，加工制作周期较短，沉桩效率较高，所需要的施工场地小。4、水泥土搅拌法的工作原理：将水泥固化剂和原地基软土就地搅拌混合，搅拌时，不会使地基土侧挤出，对周围建筑物的影响很小，施工时，无振动、无噪音、无污染。但是，水泥土搅拌法施工时遇到低洼之处应该回填土，并予以压实，不得回填杂填土或生活垃圾。水泥土搅拌法的机具较大，所以所需的施工场地大。因为水泥土搅拌法施工较慢，而且经水泥土搅拌法处理后的地基是复合地基，必须检验复合地基的承载力，检验复合地基载荷试验必须在桩身强度满足试验荷载条件时，并在成桩28天后进行，所需时间长。水泥土搅拌法适用于持力层较深，施工场地大，施工工期较充裕，管道下地基为正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等情况。5、高压喷射注浆法与水泥土搅拌法的工作原理类似，但高压喷射注浆法，采用水泥浆是高压喷射，适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑粘性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。在高压喷射注浆法中，因为高压喷射机具小，可以在施工场地狭窄的地方使用。但高压喷射注浆法的费用大，每延米所需费用相当于同一桩径的水泥土搅拌桩的4倍左右。所以一般在软土层厚≥5m且施工场地狭窄，空间矮小，无法采用水泥土搅拌法情况下使用。6、强夯法是将重锤（一般为100--400KN），从高空自由落下（落距一般为6--40m）给地基以冲击力和振动，从而提高地基土的强度并降低其压缩性，而且还能改善其抵抗震动液化的能力。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、素填土和杂填土等地基。该方法优点是处理效果显著、设备简单、施工方便、适应范围广、经济易行、节省材料。缺点是产生的振动和噪声对环境影响较大，不适宜在临近建、构筑物处采用。7、振冲砂石桩法或振冲挤密法是依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，砂粒从新排列，孔隙减少，同时振冲器的水平推力使砂层挤密。本工程区液化土层为粉细砂，只要粘粒含量不超过10％，可以采用本法加固。根据地勘报告，本工程液化土层的渗透性能也在适合振冲法加固的范围之内。由上述分析可以看出振冲挤密法适合本工程的液化土层加固。从前面分析可以得出本工程液化土层加固处理的原则，首选振冲碎石桩法或振冲挤密法加固。根据以上分析，管道基础的设计主要是地基处理问题，必须根据管材，土质情况、施工场地、施工工期，对地面交通的影响，选择不同的地基处理方法。1.1.2.2推荐的管道地基处理由于线路较长，沿线途经场地有丘陵山地、平原及雨塘、河道、公路、铁路。地质主要以海陆交互相冲积土层为主，表层软弱土层不等，地基处理方式应分段根据具体地质情况选择，分述如下。1、软基处理：当管基落于淤泥、较软弱的淤泥质等土层时，可根据管基下软土层的厚度，分别采取以下处理措施：（1）当管基下软土层较薄时（不大于1.5m），可采用换填法处理地基。（2）当管基下软土层大于1.5m，小于等于2.5m时，可采用抛石挤淤法处理地基。（3）当管基下软土层较厚时，可对管基以下一定深度范围内的软土采用水泥搅拌桩、钢筋混凝土预制短桩或高压旋喷桩处理。2、液化土层处理：根据地质资料，本工程管道局部处于粉细砂中，该土层在地震作用下产生轻微～中等液化。为了减小地基不均匀沉降，提高结构对不均匀沉降的适应能力。需采取以下地基处理措施。（1）当管底以下可液化土层较薄时（不大于2.0m），可采用换填法处理地基。即将可液化的砂土挖除，换填级配砂石或石屑。（2）当沟槽以下存在可液化的砂土层，且场地附近没有建（构）筑物，强夯引起的震动不会影响其他设施时，可采用强夯法处理地基。（3）当沟槽以下存在可液化的砂土层，且场地附近有建（构）筑物，强夯引起的震动影响其他设施时，可采用振冲砂石桩或振冲挤密法处理地基。3、局部地下水位不可降低的地段应选用摆喷防渗墙先期形成帷幕，对基坑开挖导致基底抗剪破坏，基坑底部隆起的情况，应在该部分提前采用旋喷法加固土体。4、过河涌、鱼塘地基处理：根据管底以下软土层的厚度,分别采用换填法、抛石挤淤法、水泥搅拌桩或高压旋喷桩处理。1.2管道沟槽的开挖支护方案本工程主要输水方式采取开挖埋管的方案，为此开挖沟槽成为本工程的主要设计内容之一，广州地区地层复杂多样，变化剧烈，多强透水砂层和软土层，同时管道多次穿越高架桥与立交桥范围匝道，这都对开挖支护方式提出了更高更复杂的要求。1.2.1地形地貌与开挖支护特点本工程经过论证主要的输水方式采取明挖的管道输水方式，为此需要开挖沟槽埋设管道，由于本工程管道直径大，要求抗浮的覆土与沟槽深度均较大，根据抗浮覆土2.0~2.5m，管道直径4.2m计算，管沟深度约为7m。同时由于本工程由于采取双管供水，沟槽的开挖宽度也较大，现状考虑的宽度约为12m。可以看出本工程的开挖沟槽不同于一般的管道工程，具有超宽、超深的特点，已经属于深基坑的范畴。工程位于广州与佛山两市范围内，当地经济发达，征地与工程借地困难，不允许过大的开挖占地与施工借地。开挖方式穿越的地貌有丘陵、农田、公路、鱼塘、立交桥等。根据现有地勘资料，管基地质情况复杂，土层变化较大。主要土层涉及淤泥、淤泥质土、人工杂填土、泥质砂岩、强透水砂层等。开挖范围土层变化多样而且不同土层过渡剧烈，仅仅几十米范围内可以从泥质粉砂岩地层过渡到深厚淤泥层。1.2.2开挖支护方案最为常用的开挖方式为放坡开挖，使用开挖设备与机械在土层中按照设计边坡进行开挖，沟槽内的积水采取抽排的方式处理，对基坑抽干后可能导致边坡失稳的情况，采取基坑外井点降水方案解决。本方案的优点是施工速度快，投资最省。缺点是占地宽度较大，对基坑抽水与井点降水方式可能引起建筑附近地下水位降低过多，临近建筑物发生较大沉降。同时在强透水砂层条件下，侧向和底部止水问题难以解决。所以本工程在土体稳定边坡在1：1条件以内的管段推荐采用放坡开挖方案。对土体力学指标低，放坡占地过大，以及强透水砂层深厚的条件下均不采用放坡开挖方式。拉森钢板桩支护方案，拉森钢板桩为密扣结构，在正常使用范围内钢板桩连接处通过卷边相扣，若在缝内填充油脂等材料，可以达到较好的密封效果。同时拉森钢板桩具有快速施工的优点，可以快速打入土体，打入后即进行开挖。采取边开挖边设横撑的方式，满足支护稳定要求。在广州地区软土开挖中钢板桩被广泛采用，施工工艺成熟，施工经验丰富，施工设备常用。以常用的拉森IV型号钢板桩支护开挖，可以满足现有沟槽的施工深度要求，在沟槽深度为7m时钢板桩的长度为12m，属于常用的钢板桩规格。钢板桩侧向止水性好，可以部分代替侧向搅拌桩止水帷幕，同时由于为垂直开挖方式，占地较小。缺点是施工中打入设备要求高度大，同时与开挖放坡方案比较，投资增加较大，本工程全线施工要求的钢板桩数量也较大。综合考虑本工程区的地质条件以及占地要求，推荐钢板桩支护开挖做为本工程的主要开挖方式。旋喷桩内插型钢支护方案，在施工高度受到限制的部位采取施工高度较小的旋喷桩施工，如管道过桥的位置，由于桥面板的高度限制，采取旋喷桩作业，能够在最小高度为3～4m条件下施工，插入钢管分节焊接，保证在高度受到限制的位置仍能进行施工。根据本工程的特点，在高度受到限制的部位，推荐采用高压旋喷桩加内插钢管的方式支护。基坑的侧向止水方案，采用钢板桩辅以搅拌桩帷幕的方式，满足在侧向止水要求，对可以采用钢板桩满足侧向止水的土层，直接采取钢板桩止水，不再另设旋喷桩止水帷幕。透水砂层的底部止水方式采用搅拌桩或者灌注粘土浆的方式处理，对渗透系数满足粘土灌浆的地层，优先采用粘土灌浆方案，对渗透系数过大，不满足粘土灌浆方式的砂层，采用搅拌桩方案止水。1.2.3沟槽支护方案选取根据前节所述，本工程在具备开挖条件的管线段，推荐采用放坡开挖方式进行开挖，对普通管线段主要采取拉森钢板桩支护开挖的方式进行支护。对高度受到限制的管线段，采用旋喷桩内插型钢的方式进行支护开挖。对有侧向止水要求的管段采用钢板桩止水或者钢板桩辅助搅拌桩的方式止水，透水砂层底部采用粘土灌浆和密排搅拌桩方式解决。