陈 明，文建鹏，尹 华，柯杰贞

（1、深圳市勘察测绘院（集团）有限公司 深圳 518028；2、中海中山天然气有限责任公司 广东中山 528403）

0 引言

地基的不均匀沉降是城市燃气管道系统破坏的常见因素之一，深基坑开挖、大量高层建筑、未按规定、规程降水及软土地基自身性质都会引发地基沉降。结合诸多工程事故，当管线的沉降变形超过安全允许值时，将发生破坏。轻则影响生产、生活有序进行，严重可能导致事故的发生，造成财产和生命安全隐患。

目前相关学者对于软基处理作出了大量研究，陈维家等人［1］以珠海某堆场内的深厚软土地基处理工程为研究对象，旨在限制地基的位移变形，提升地基的承载力，降低差异沉降，使用预应力管桩结合土工格室进行软基处理；姜兴良等人［2］以航道驳岸软基处理为工程背景，通过现场试验，对施工参数进行调整，得出使用预制混凝土桩施工下，淤泥质土侧阻最大值为12 kPa；刘强等人［3］采取预成孔施工工艺，相比普通强夯置换法产生工后基础沉降量大的问题，能有效加强范围内非淤泥质土性状；常永浩等人［4］探讨了不同静载试验支墩地基的处理方式，进行了超大吨位桩基静载试验技术分析并给出承载力特征及荷载传递规律；焦倓等人［5］比较预应力管桩和素砼桩，得出水泥搅拌桩、预应力管桩经济性较差，且施工条件要求较高；张秀勇等人［6］采用加设碎石垫层的碎石桩复合地基可以显著改善深厚软土地基的承载性能。王宝泉等人［7］系统研究了水泥桩复合地基的沉降及孔压消散规律，得出3个试验段的桩间土沉降、桩基沉降和桩体压缩量，均依次呈递减规律。

中山市软土区域呈现空间分布大，变异性强，其力学特性中天然含水量显著、抗剪差、孔隙率大、压缩性大、承载力低，多数条件下呈流塑、软塑状态。

1 中山市天然气管网工程中病害分析及处理措施

中山市域天然气利用项目分二期进行建设，现一期工程已经完工并已经投入使用，在使用过程中出现较多病害。为使天然气管网工程能在今后正常、安全的使用，应对中山市天然气管网工程中现有病害进行原因分析，并采取合理病害处理措施防止病害进一步发展导致事故。

《城镇燃气设计规范：GB 50028—2006》［8］并未明确给出管道不均匀沉降地段的具体处理方法，因此因地适宜采取针对性措施 对存在燃气管道的软土地基进行治理和防治。

现通过多次深入现场，展开了对中山市域天然气管网工程的场站工程、线路工程的实地调查工作，并结合岩土工程专业知识对管网工程中存在的病害进行原因分析。

1.1 病害1

江门调压站建筑物与场地衔接处出现台阶开裂、抬升。表现为附近建筑物与站场场地衔接处出现较大差异沉降，最大沉降差接近40 cm，如图1所示。

图1 综合楼与场地差异沉降Fig.1 Differential Settlement between Complex Building and Site

病害分析：江门调压站由于软土层较厚，建筑物用桩基基础，嵌入中风化岩层，在建厂时未采取软基处理措施。而建筑物的荷载直接作用于桩基础，桩基再将力传递到岩层中，随着时间推移软土产生较大累计沉降，这就导致建筑物与场地之间产生差异沉降。

建议措施：

⑴对于差异沉降不大地带，对于开裂的台阶，建议注浆加固软土，重新修筑台阶。

⑵对于差异沉降较大地带，台阶相对于地面抬升25～40 cm，建议增补1～2 级台阶，或注浆加固软土，重新修筑台阶。

1.2 病害2

古镇门站场站围墙与站场场地衔接处出现缝隙、差异沉降。在调查中，发现古镇门站场站围墙与站场场地衔接处出现缝隙、差异沉降，场地标高与原来位置相比有较大差距（沉降差约20～30 cm），如图2所示。

图2 围墙与场地差异沉降Fig.2 Differential Settlement between Wall and Site

病害分析：古镇门站建场时，场站围墙基础多用桩基+地梁，嵌入中风化岩层，产生较小沉降，而场站场地地基没有进行处理，在外荷载以及自重应力下随着时间推移产生较大沉降。

建议措施：在有管线穿越地段，场站围墙两侧建议采用采用管线两侧管桩托梁过渡，梁下钢结构支架支撑。

1.3 病害3

火炬调压站多处出现不均匀沉降。在现场调查中发现，火炬调压站门卫处与周围场地发生较大的沉降差、工艺区构件开裂以及工艺区构件脱离等现象，如图3所示。

图3 城市雨水排涝泵站的信息化示意图Fig.3 Informatization Diagram of Urban Rainwater Drainage Pump Station

图3 基础下沉导致工艺区部分构件脱离Fig.3 Sinking of the Foundation Causes the Separation of Some Components in the Process Area

病害分析：火炬调压站始建于2006 年，原来为农地，小部分换填，工艺区和建筑用桩基础。由于站场地基有较厚的淤泥（淤泥层平均厚度为24 m），建场时只采取了小部分换填措施，对淤泥层未采取有效的处理措施，在建场后软土层在外荷载和自重应力作用下发生固结沉降，导致有基础和天然基础衔接处出现差异沉降。

2 中山市天然气管网工程地基处理方案研究

目前常用的软基处理方法有：复合地基法、排水固结堆载预压法、挤密砂桩法等。本节主要对堆载预压法和复合地基法进行分析。

堆载预压法旨在加快地基的固结沉降效率，降低施工后沉降，增大填土荷载安全设计的方式，来提升地基的强度，该法适合大面积软弱淤泥场地，优势在于价廉、有效、简便和质量比较容易得到保证。缺点是施工工期较长，堆卸材料的运输与放置问题凸显。复合地基法，在施工中灵活和广泛使用，主要的复合地基处理方法有搅拌桩复合地基、挤密砂石桩复合地基、管桩复合地基等［9-10］。优点在于施工工期比堆载预压短，软基处理效果好。

2.1 场站工程地基处理方案分析探讨

根据地质条件，场地地层中有较厚的流塑状态的淤泥，扰动后的强度较低，易产生变形，未经处理不能直接作为拟建建筑物的地基。方案1：考虑场站工期较长时，宜采用堆载预压排水固结法对整个场站进行排水固结；方案2：若现场条件不允许采用堆载预压排水固结法或真空预压堆载预压法时，可以考虑采用复合地基如水泥土搅拌桩（或CFG 桩、管桩）做专项设计；对于拟建建筑区与非建筑区过渡地带宜采取水泥土搅拌桩（或CFG 桩、管桩）过渡，减小不均匀沉降。站场地基处理建议如表1所示。

表1 场站地基处理建议Tab.1 Suggestions for Foundation Treatment of Stations

场站内防止管网沉降措施

⑴对场站内不同功能区域采用不同的软基处理方法以减少沉降，达到经济、安全的目的。

⑵对于不同基础之间应设置过渡带减少不均匀沉降，以减少甚至消除安全隐患。

⑶尽量减少或禁止重车在场站内任意行驶。

⑷在场站工程周边新建建筑物或其他工程，应分析新建工程对场站工程的影响，并采取相应的保护措施。

⑸建立合理完善的监测系统，将监测结果及时、准确反馈给业主、设计单位，及时采取相应措施。

2.2 线路工程地基处理方案分析探讨

从中山市域在役天然气管线现状来看，线路工程无明显病害且地域覆盖范围较大，所以不需要整体的地基处理，但为防止线路工程出现定向钻、顶管穿越工程处管道因沉降严重不均导致管道悬空、变形以及铺管地段发生沉降严重不均导致管道悬空、变形等现象，提供以下可供参考的建议。

2.2.1 直埋管线基础处理措施建议

在进行管沟开挖地段，建议采用机械开挖，并辅以人工开挖。开挖深度在3 m 以内建议开挖边坡放坡（根据当地岩土工程施工经验，开挖建议采用如下施工参数）；管道开挖超过3 m 时，建议采取支护措施确保沟壁的稳定。管道3 m内最陡边坡坡度如表2所示。

表2 管道开挖3 m内最陡边坡坡度Tab.2 The Steepest Slope within 3 Meters of Pipeline Excavation

⑴对地质条件较差，无法开挖成形的地段，建议对管沟沟底的软土地基进行处理。对沟底局部进行碎石、“塘渣”等材料换填处理。

⑵管道通过土质较稳定的地段，可用明挖排水沟降水，能满足一般管道施工的要求。

⑶管道通过淤泥层较厚极不稳定、管沟难以成型的淤土段，可采用截水板桩墙，辅以降、排水措施开挖管沟。另外，由于地基承载力低，可采用树枝、毛竹编制板等材料，在垂直管道方向铺垫，其上铺垫300 mm碎石或粘土等材料夯实，以满足管道施工的要求。在深厚淤泥地段可采用刚性桩托起管道，并在“软硬”土层交界处采用柔性过渡段的方法处理。

⑷ 施工单位应该根据软土段天然气管道敷设困难的实际情况采取相应行之有效的施工措施。在施工过程中如原状土遭到扰动管道周围土体有可能成为流塑状。此时应清除流塑状土体、排除沟内积水，及时回填。直埋管线基础处理措施如表3所示。

表3 直埋管线基础处理措施建议Tab.3 Suggestions on Foundation Treatment Measures for Directly Buried Pipelines

2.2.2 定向钻、顶管施工处理措施建议

⑴管道沿线经过的公路等在实施穿越时，建议设混凝土套管保护。

⑵管道穿越已建公路设计技术措施。避免从管桩穿越。非管桩段的公路穿越，可采用顶管或定向钻穿越方式。定向钻穿越由于穿越处管道埋设较深，道路沉降对管道影响可忽略。

⑶掌握土层特点，扬长避短，尽可能利用软土地区普遍存在的“硬壳层”，穿越河渠地段施工混凝土压重块防止管道上浮。

⑷管道穿越拟建公路设计技术措施。穿越处管道应加大埋设深度，同时采取加箱涵或套管等预保护措施。箱涵底部换填一定厚度的级配碎石以增强地基强度。应考虑允许箱涵有一定的沉降，管道与箱涵间充沙保护，并依靠沙的流动性作为沉降后空间的补充。

⑸ 管道采用定向钻方式穿越河流时的技术措施。①宜选择软弱土进行穿越；②管线设计和施工中应考虑采用适当的环保措施及防软土震陷处理措施；③穿越场区应进行抗震设计；④定向钻穿越设备下的地基建议采用深层搅拌桩或高压旋喷桩或石灰桩法处理。

3 结语

3.1 结论

⑴中山市域天然气管网工程中场站工程存在的病害主要是由于不同基础型式过渡段产生过大的差异沉降（例如工艺设备区、放空管线、建筑物等与周围地基间的差异沉降），造成管道、法兰等局部应力过大导致管道开裂、法兰泄露等事故。场站工程建议处理方案：场站工程场区整体采用堆载预压法、复合地基等方法进行地基处理，工艺设备区以及建、构筑物等仍然采用桩基础，并在不同基础之间设置过渡区。

⑵从在役天然气管线目前状况来看，线路工程无明显病害且地域覆盖范围较大，所以不需要整体的地基处理，但为防止线路工程出现定向钻、顶管穿越工程处管道因沉降严重不均导致管道悬空、变形以及铺管地段发生沉降严重不均导致管道悬空、变形等现象，提出了相关建议措施。

3.2 建议

⑴对于中山市天然气管网工程中待建的二期工程、三期工程，在场站工程、阀井工程以及线路工程选址和选线时，尽可能避免软弱土层合理利用较好土层，从源头上减少软基危害。

⑵建设单位应高度重视管线沿线的详勘工作、明确每个规划作业点以及管线沿线的交通条件、作业条件和管线施工方法（挖埋或顶管），以便在设计阶段提出有针对性的处理方案。

⑶对于正在建或已建工程，建立场区安全预警预报系统，实现全天候、不间断、全自动安全监测，做到实时分析，及时预报，自动报警，使场区安全得到真正保障。

⑷加强中山市天然气管网工程软土地基沉降研究，完善天然气管网工程沉降理论；建立中山市天然气管网工程软土地基沉降数据库。