对金山排海管道工程岩土勘察的分析

　　摘要：本文对金山污水排海管道工程岩土工程条件进行分析，通过采用钻探与原位测试相结合的勘察手段来查明开槽埋管路线段、架空管道桥路线段及顶管穿越路线段的土层分布情况及其物理力学性质，并分析其对施工可能产生的不良影响及采取的预防措施。
　　关键字：管道工程；岩土勘察；分析
　　1工程概况
　　金山污水（总管）排海管道工程位于杭州湾金山亭卫南路近岸海域，管道直径为1650mm。陆域一般拟采用开槽埋管方式施工，进入海域采用顶管方式施工，本次勘察有关的管道长0.8354km。其中在G1、G5、G6号孔处为设海上警戒标志建混凝土平台，拟采用桩基础。（参见钻孔平面布置图）
　　
　　图1钻孔平面位置图
　　2场地工程地质条件
　　（一）、地形地貌
　　拟建的金山污水排海管道工程为线状延伸工程，本标段内由陆域向海域延伸，地势总体上呈西高东低的趋势，工程沿线地貌形态较单一，属潮坪相地貌类型。
　　（二）、地基土的构成与特征
　　根据本次勘察资料，场地地基25m深度范围内均为第四系沉积物，主要由饱和粘性土及粉性土组成。根据地基土的成因、成分、结构及物理力学性质的差异，将土层分为5个工程地质层：
　　1、第四系全新统上段（Q43）：本场地钻及②1层、②2层
　　（1）第②1层：河口～滨海相沉积，砂质粉土，灰黄色，稍密，中压缩性，夹少量粘性土，摇振反应：迅速，无光泽，干强度低，韧性低，层厚1.10～1.50m，平均厚度1.30m，层底标高-0.70～-2.10m，平均层底标高-1.50m，分布在陆域附近。
　　（2）第②2层：河口～滨海相沉积，粘土，灰色，软塑，高压缩性，含有机质，夹少量粉性土，无摇振反应，有光泽，干强度高，韧性高，层厚2.70～7.90m，平均厚度5.27m，层底标高-5.20～-10.70m，平均层底标高-8.64m，本层在场地内遍布。
　　2、第四系全新统中段（Q42）：本场地钻及第④层
　　第④层根据土性可分为第④1、④2、④3三个亚层
　　A、第④1层：浅海～滨海相沉积，淤泥质粘土，灰色，流塑，高压缩性，含有机质，夹薄层粉性土，无摇振反应，有光泽，干强度高，韧性高，层厚1.80～7.20m，平均厚度3.89m，层底标高-8.70～-17.20m，平均层底标高-12.53m，本层在场地中遍布。
　　B、第④2层：浅海～滨海相沉积，淤泥质粉质粘土，灰色，流塑，高压缩性，含有机质、云母，夹粉性土，无摇振反应，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，层厚2.00～6.80m，平均厚度4.26m，层底标高-14.00～-16.40m，平均层底标高-15.49m，本层除在局部孔中缺失外其余在场地中遍布。
　　C、第④3层：浅海～滨海相沉积，砂质粉土，灰色，稍密，中压缩性，含云母，夹粘性土、粉砂，摇振反应：迅速，无光泽，干强度低，韧性低，层厚1.50～3.00m，平均厚度2.33m，层底标高-17.90～-18.60m，平均层底标高-18.07m，本层在场地内遍布。
　　3、第四系全新统下段（Q41）：本场地钻及第⑤层
　　第⑤层：滨海、沼泽相沉积，粘土，灰色，流塑，高压缩性，含有机质、云母，夹粉性土，无摇振反应，有光泽，干强度高，韧性高，层厚3.00～3.40m，平均厚度3.18m，层底标高-20.90～-22.20m，平均层底标高-21.25m，在场地内遍布。
　　4、第四系上更新统上段（Q32）：本场地钻及第⑥、⑦1层
　　（1）第⑥层：河口～湖沼相沉积，粉质粘土，暗绿色，可～硬塑，中压缩性，含氧化铁斑点，无摇振反应，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，层厚1.80～2.40m，平均厚度2.05m，层底标高-22.80～-24.40m，平均层底标高-23.30m，本层场地内遍布。
　　（2）第⑦1层：河口～滨海相沉积，砂质粉土，灰绿～草黄色，上部灰绿、下部草黄色，中密，中压缩性，含氧化铁斑点及云母、局部夹粘性土，摇振反应：迅速，无光泽，干强度低，韧性低。钻至25.30m未穿，揭露最小层底标高为-28.50m。
　　（参见代表性剖面示意图）
　　
　　图2代表性剖面示意图
　　（三）、地下水
　　水上作业，地下水样在钻探取土完成后从套管内采取。
　　上海地区浅部地下水为潜水，随着季节、气候等影响而变化，年平均高水位为0.5～0.7m，低水位为1.5m。
　　上海地区为弱透水土层，为Ⅲ环境。地下水和地基土对混凝土有弱腐蚀性；对钢筋混凝土中的钢筋有弱腐蚀。
　　拟建管道线路大部分位于滨海区，勘探期间测定海水标高为±0.0m，海水深度为0～8.50m（相当于标高0～-8.50m）。
　　（四）、不良地质现象
　　本工程沿线未发现暗浜等不良地质现象。
　　（五）、场地地震效应
　　根据本次勘察地层资料，按上海市工程建设规范《建筑抗震设计规程》DGJ08-9-2003和国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）的有关条文判别：本场地的抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，所属的设计地震分组为第一组，地基土属软弱土，场地类别为Ⅳ类。由于本场地设防烈度为6度，因此可不考虑地震震动液化影响。
　　（六）抗震有利、不利地段划分
　　由于场地内存在淤泥质土层，因此本场地属于抗震不利地段。
　　3管线基槽开挖与围护
　　（一）基槽围护设计分析
　　拟建管线陆域为开槽埋管段，管径为Φ1650mm，基槽开挖深度为3.15m，属于三级基坑。根据勘察资料，管底将主要落在②2层上。基槽开挖深度范围内主要涉及到土层为②1、②2层。基槽开挖时由于土体原有平衡被破坏，土体易产生侧向位移。同时拟建管线有可能与老管线较近，所以开挖过程中要进行信息化施工监测，随时掌握基槽底部土体隆起和周围土体的位移和应力变化情况，以确保基槽和老管线的安全。根据场地地质条件和上海市现有的施工状况及经验，该工程基槽可采用放坡开挖施工及支护开挖，主要取决于管道断面尺寸、埋深大小、地质条件及沿线建筑物、管线等情况。另②1层内有较丰富的地下水，在水动力作用下，易产生流砂、管涌等现象，在其分布范围要注意围护和采取降水措施。
　　（二）基槽开挖注意的问题
　　1、基槽开挖范围的②1层砂质粉土有较大的渗透性，开挖时采取有效的围护和降水措施，以防止产生流砂、管涌等破坏作用。
　　2、基槽底部不得积水，以免产生附加沉降量。
　　3、槽底不得长期暴露，以免对地基土产生扰动破坏。
　　4、基槽开挖深度较大时，根据工程经验宜采取适当的支撑措施。
　　（3）基槽围护设计参数表1
　　基槽围护设计参数表表：1

　　
　　4桩基分析与评价
　　（一）桩基持力层的选择
　　本工程G1、G5、G6孔处建用以警戒标志的素混凝土平台，拟采用桩基础，根据拟建物性质及场地地层情况，场地内第⑤层及以上土层由于埋藏浅或含水量较大、承载力较低，不适宜作为本工程桩基持力层；第⑥层暗绿色粉质粘土，埋深较适宜，具有一定的厚度，含水量一般值为25.1%，重度一般值为19.4KN/m3,孔隙比eo为0.73，该层可考虑作为本工程的桩基持力层；第⑦1层灰绿-草黄色砂质粉土，厚度较大，其标贯击数一般值为28.6击，土质较好，因此，该层亦可考虑作为本工程的桩基持力层。
　　（二）桩型的选择
　　根据上海地区的桩基施工经验及本工程性质，本工程宜采用桩长为17.0～19.0m左右、桩径为0.25～0.30m的预制方桩。
　　（三）单桩竖向承载力估算
　　1、桩基承载力计算参数选用
　　桩基承载力参数fs、fp是根据土层埋藏深度及土的物理力学性质确定，如表2所示：
　　
　　2、单桩竖向承载力估算：
　　按上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》（DGJ08-37-2002）第13.3.10-1条有关公式计算，估算结果如表3
　　
　　3、桩基沉降计算参数
　　根据室内压缩试验、现场标准贯入击数与压缩模量Es的经验关系，综合确定沉降计算压缩模量Es值如表4
　　表：4

　　注：上表标贯估算压缩模量参照上海市《岩土工程勘察规范》表13.4.6估算：标贯估算压缩模量公式Es=（1～1.2）N（N为标贯击数）
　　
　　5沉桩可能性分析及对周围环境的影响
　　本工程当采用预制桩时，若以第⑥层作为桩基持力层，桩身范围内土层除分布有厚1.5～3.0m的④3层砂质粉土外，其余以粘性土为主，由于建警戒标志处的④3层埋藏较浅，沉桩难度不大；若以第⑦1层作为持力层，除穿过④3层砂质粉土外，还需穿越第⑥层硬土层，并进入第⑦1层一定深度，估计沉桩具有一定的难度，需采用相匹配的沉桩设备及桩身强度。
　　由于拟建警戒标志处位于海域，桩基施工一般不会对周围环境产生明显的影响
　　结束语
　　本工程勘察实践表明，场地的工程地质条件稳定，适宜本工程的建造。管道基槽开挖时应采取有效的降水措施，在②1层分布范围应采用适当的围护措施，以防止产生流砂、管涌等破坏作用，在开挖深度较大区域应采取支撑措施，基槽底部不得积水，以免产生附加沉降量。采用科学的组织施工，保证基槽开挖后，支护体系处于良好工作状态，施工期坑底始终保持干燥，保证周边环境和围护体的安全、稳定。经过该项目设计、施工情况的跟踪，除线路走向局部微调外，基本上采用了本文有关的结论和建议。