《膨胀土地区给排水工程设计施工的有关问题探讨》

《膨胀土地区给排水工程设计施工的有关问题探讨》膨胀土是一种特殊的黏性土，其显著特征为遇水膨胀、失水收缩的反复变形特性，同时具有多裂隙性和超固结性。这种工程特性对给排水工程的设计与施工提出了严峻挑战，若处理不当，易导致管道断裂、接口渗漏、支墩位移等病害，严重影响工程运行安全和使用寿命。在设计阶段，首先需精准掌握膨胀土的工程特性参数。通过详细工程勘察，明确场地内膨胀土的分布范围、埋藏深度、胀缩等级（依据自由膨胀率、胀缩总率等指标划分）、裂隙发育程度及地下水动态变化规律。例如，自由膨胀率大于40%的土通常判定为膨胀土，而胀缩总率超过0.7%时属强膨胀土，需采取更严格的防护措施。勘察数据直接决定后续设计参数的选取，如地基处理方式、管道埋深及支墩尺寸。管材选择需结合膨胀土的胀缩等级。刚性管材（如混凝土管、球墨铸铁管）抗变形能力较弱，适用于弱膨胀土区域；中高膨胀土区域宜选用柔性管材（如PE管、PVCU管），其可通过自身变形吸收部分胀缩应力，但需注意控制环刚度（一般不低于8kN/m²），避免因土体挤压导致局部失稳。接口形式的设计是关键，刚性接口（如水泥砂浆抹带）抗剪切变形能力差，在胀缩作用下易开裂；柔性接口（如橡胶圈承插式）可承受5%10%的相对变形，应优先采用，尤其在强膨胀土区段，需选用耐老化、高弹性的三元乙丙橡胶圈，接口插入深度需满足管径的1.5倍以上。地基处理是控制膨胀土变形的核心措施。换填法应用广泛，采用非膨胀性土（如中粗砂、碎石土）或改良土（石灰掺量5%8%的灰土）换填，换填厚度需根据胀缩等级确定，弱膨胀土换填厚度不小于30cm，中强膨胀土不小于50cm，且换填层需分层压实，压实度不低于95%。对于深厚膨胀土地基，可采用灰土挤密桩或水泥土搅拌桩进行深层加固，桩径一般400600mm，桩间距1.52.0倍桩径，形成复合地基以提高承载力并减少胀缩变形。此外，在管道基础底部铺设土工格栅（抗拉强度不小于25kN/m），可有效分散土体应力，降低不均匀沉降风险。施工阶段需严格控制土体含水量变化。土方开挖应遵循“分段开挖、及时封闭”原则，避免大面积暴露导致土体失水干缩或雨水浸泡膨胀。开挖时预留2030cm厚的保护层，待管道安装前人工清理至设计标高，禁止机械超挖扰动原状土。若遇雨天，需用彩条布覆盖开挖面，积水及时抽排。回填材料必须采用非膨胀性土或改良土，严禁使用原膨胀土。回填时分层夯实，每层虚铺厚度不超过25cm，压实机械选用小型振动夯或蛙式打夯机，确保管道两侧对称回填，避免单侧受力导致管道偏移。柔性管道两侧回填至管顶以上50cm时，方可使用机械碾压，防止管道受集中荷载破坏。管道安装过程中，需严格控制轴线和标高偏差（允许偏差±15mm），禁止强行对口校正。对于柔性接口，安装前需清理承插口内的泥土、杂物，橡胶圈应平顺无扭曲，插入时用专用工具均匀缓慢推进，插入深度以标记线为准。管道支墩施工需考虑土体膨胀推力，支墩基础应置于非膨胀土层或换填层上，尺寸需通过计算确定（一般体积不小于1.5m³）。支墩与管道接触部位应设置1020mm厚的沥青麻丝垫层，缓冲土体膨胀产生的水平推力。变形监测是保障施工安全和后期运行的关键环节。需在管道沿线每50100m设置一组观测点，监测内容包括管道沉降、水平位移及周围土体含水量变化。沉降观测采用精密水准仪，精度不低于±0.5mm；水平位移采用全站仪监测，精度不低于±1mm+1ppm。施工期间每日监测1次，雨季或土体含水量变化较大时加密至2次/日；管道回填完成后，持续监测3个月，稳定后可调整为每月1次。若发现单日沉降量超过3mm或累计沉降量超过20mm，需立即停止施工，分析原因并采取加固措施（如补打微型桩、增加换填厚度）。常见病害防治方面，管道断裂多因地基不均匀沉降或反复胀缩应力集中所致。防治措施包括：在中强膨胀土区段，管道基础换填层中增设双层土工格栅（层间距30cm），增强地基整体性；每隔1015m设置变形缝，缝宽2030mm，内填沥青木丝板。接口渗漏主要由橡胶圈老化或安装不规范引起，需严格进场检验（抽样进行拉伸强度、扯断伸长率测试，指标需满足GB/T218732008要求），安装时使用润滑剂（中性肥皂水），禁止使用油性介质破坏橡胶性能。支墩位移常因土体膨胀推力超过设计值，需复核推力计算（一般按土体膨胀率2%计算水平推力），必要时增大支墩体积（可增加20%30%）或采用钢筋混凝土支墩（混凝土强度等级不低于C25）。膨胀土地区给排水工程的设