扩基减压与轻质回填相结合的综合管廊地基湿陷削减方法

本发明属于湿陷性黄土地区浅埋明挖综合管廊建设工程，具体涉及扩基减压与轻质回填相结合的综合管廊地基湿陷削减方法。

背景技术：

1、综合管廊将水、暖、气、电、通讯等管线纳入廊内统一管理，是解决城市“拉链马路”问题，提升城市安全保障和灾害应对能力的现代化市政工程。综合管廊设计寿命多为100年，其地基沉降过大将影响廊内管线安全运行，且开挖抢修难度极大。很多地区的q2黄土仍具备很强的自重湿陷性，场地多属ⅲ、ⅳ级自重湿陷性场地，这些地区管廊多采用明挖浅埋线性工程。管廊运行过程中发生给排水管道渗漏、海绵城市lid设施侧渗进入管廊地基下卧黄土层，诱发黄土湿陷而危及管廊地基稳定的概率极大。当前的《城市综合管廊工程技术规范》（gb50838-2015）与《湿陷性黄土地区建筑标准》（gb50025-2018）并未给出管廊地基处理措施，当前多借鉴市政工程的挤密桩与换填垫层进行地基处理，设计参数缺少经验与科学依据，而常规的振动压密会引起下卧原状黄土的结构损伤与强度劣化，反而影响地基承载力。

2、为满足管廊回填后地表平整，避免形成洼地积水，部分顶面还须满足路用要求，目前多采用黄土人工压实回填，其中绿化带下压实度不小于90%，路基下压实度不小于95%。压实黄土回填存在以下问题：1）管廊两侧肥槽空间狭小，不便于压实施工；2）压实黄土干密度大于原状黄土，可能增加管廊地基荷载；3）压实黄土对土样含水率有要求，压实过程工期长；4）振动或夯击压实影响周边环境。由于黄土湿陷变形发生的条件是上覆荷载和浸水增湿，二者缺一不可，在管廊地基下卧湿陷性黄土层浸水不可避免且难以预测，地基处理缺乏科学依据和规范指导。

3、针对现有综合管廊地基处理方法存在缺乏科学依据和规范指导，导致黄土结构损伤与强度劣化，影响地基承载力，且压实回填施工存在空间狭小、可能增加地基荷载、对土样含水率有要求、工期长以及影响周边环境等问题，急需找到一种新的综合管廊地基湿陷削减方法，以减少管廊地基压力，削弱地基湿陷变形。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种扩基减压与轻质回填相结合的综合管廊地基湿陷削减方法，以解决湿陷性黄土地区管廊因基底压力增大，导致地基湿陷变形严重的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种扩基减压与轻质回填相结合的综合管廊地基湿陷削减方法，包括以下步骤：

4、1）确定管廊类型与基坑深度，钻孔取样，获取管廊下各土层的湿陷起始压力，选取最小湿陷起始压力 pshm；

5、2）分别计算管廊地基面上部轻质回填体自重压力和管廊地基面上部附加荷载，进而计算地基面基底应力 p；

6、3）将地基面基底应力 p与最小湿陷起始压力 pshm进行比较；若 p大于 pshm，则通过轻质回填或扩基减压的方式削减湿陷变形，直至 p不大于 pshm，完成综合管廊地基湿陷变形削减；

7、扩基减压是在不扩大基坑开挖面积、不增加管廊地基面与基础面积的情况下，在管廊下部设置承载板，通过扩大承载板宽度来实现扩基减压。

8、优选地，步骤2）中，计算管廊地基面上部轻质回填体自重压力时，对于倒梯形回填体，按倒梯形块体整体自重计算自重压力；对于松散轻质易压实材料，按管廊基坑底面柱状体计算自重压力；

9、管廊地基面上部附加荷载包括管廊和廊内管线的自重；若管廊回填后顶部路用，还包括路面各层自重与行车荷载；

10、地基面基底应力 p包括第一轻质材料的自重压力和第二轻质材料的自重压力、承载板自重、承载板延伸段上部的原状土自重，以及管廊地基面上部附加荷载之和。

11、优选地，步骤3）中，轻质回填是替换更轻质的回填材料；更轻质的回填材料包括泡沫轻质块状材料、松散轻质易压实材料和轻质胶凝复合材料。

12、进一步优选地，步骤3）中，泡沫轻质块状材料为eps/xps块体时，密度不低于20kg/m3；eps/xps块体为倒梯形块体，纵向长度为1~3m；

13、eps/xps块体填充方法包括：待承载板上的管廊浇筑完成并达到养护龄期后，对肥槽底面进行清表，同时对基坑侧壁平整处理；肥槽底面铺设砂垫层，用以找平；将发泡预制的eps/xps块体填压至肥槽，确保eps/xps块体顶面不超过管廊顶面，eps/xps块体的纵向接缝与管廊接缝错开； eps/xps块体填压完成后，采用砂土填充eps/xps块体与基坑间的缝隙，同时在eps/xps块体顶面铺设砂垫层，形成由排水孔、砂垫层和侧壁缝隙砂土组成的排水通道。

14、进一步优选地，步骤3）中，松散轻质易压实材料包括建筑垃圾，砾碎石、陶粒和轻量土，最大粒径不超过回填厚度的1/3，40mm以上颗粒含量不小于30%；管廊两侧肥槽回填时，同时分层，分段填筑；压实度不小于95%；土工防渗布两侧延伸出基坑边缘不小于1m；土工防渗布上方铺设耕植土或压实黄土层，耕植土或压实黄土层顶面高出周围原地面，形成微隆地表。

15、进一步优选地，步骤3）中，轻质胶凝复合材料为泡沫混凝土，采用强度等级在42.5级及以上的硅酸盐水泥，发泡剂采用环境友好型的合成类高分子表面活性剂；直径小于1.0mm，发泡剂稀释倍数不小于60倍；

16、回填浇筑前对肥槽底面简单平整，随后进行回填浇筑，回填浇筑分两次完成，包括肥槽回填浇筑和管廊上部回填浇筑，最后进行顶部土体回填；回填浇筑时纵向设置若干个模板，并预留伸缩缝与沉降缝，模板应跨越管廊接缝；肥槽回填时两侧同时分层浇筑，浇筑至管廊顶面时，进行养护，养护完成后铺设砂垫层分离上下浇筑混凝土体；管廊顶部回填浇筑至接近地面时，在管廊枢纽段或重要段浇筑时埋设多个防锈起吊环，浇筑完成并养护后，铺设土工防渗布并延伸至基坑两侧延伸段原状土中；随后进行顶部土体回填。

17、优选地，步骤3）中，轻质回填后，如果顶部路用，则采用黄土进行压实回填；如果顶部绿地使用，则底部压实，上部黄土自密回填。

18、优选地，步骤3）中，承载板实施过程包括：

19、31）地基面基底应力 p不大于下卧黄土层最小湿陷起始压力 pshm，只需平整基坑，在原状黄土上基坑宽度范围设置承载板，若 p大于 pshm，则承载板向两侧延伸；

20、32）对于非饱和原状黄土，在基坑底面两侧对称开出水平槽，槽内高度稍大于承载板厚度；

21、33）承载板设置过程包括预制和现浇两种方式，得到预制承载板和现浇承载板，水平槽开好后，清除内部杂土，采用砂土或黄土垫层摊铺找平；

22、34）待管廊现浇养护或预制拼装完成之后，进行肥槽回填与上部回填。

23、进一步优选地，步骤3）中，若采用预制承载板，准确吊装至合适位置后，采用砂土密实填充承载板与水平槽空隙；

24、若采用现浇承载板，支模、现浇、养护，随后采用砂土或黄土密实填充水平槽上部空隙；

25、预制承载板需设置若干个防腐吊环，现浇承载板则不需设置。

26、进一步优选地，步骤3）中，承载板跨越管廊接口，纵向长度为5~10m；板间预留2~3cm作为沉降缝与伸缩缝；

27、承载板为钢筋混凝土板或高强度泡沫混凝土板，厚度为20~30cm；

28、基坑底面两侧对称开有水平槽，水平槽内的高度为25~35cm，稍大于承载板厚度；单仓管廊承载板延伸段宽度为0~200cm；

29、承载板在肥槽部位设置有一排穿孔，用于运行期肥槽积水排出。

30、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

31、本发明公开了扩基减压与轻质回填相结合的综合管廊地基湿陷削减方法，通过计算地基面基底应力，并与最小湿陷起始压力进行比较，确保地基面基底应力不大于下卧黄土层湿陷起始压力的最小值，从而有效避免了地基湿陷变形的发生。采用在管廊下设置较宽的承载板（扩基减压）、基坑回填时采用易压实或免压实的轻质材料回填（轻质回填）相结合的方法，将管廊地基面处的荷载减少至下卧黄土地层湿陷起始压力以下，是削减地基湿陷变形的有效手段。扩基减压技术通过增加承载板宽度，分散了管廊地基基底压力；而轻质回填技术则采用轻质材料替代传统压实土，进一步减轻了地基荷载。两者结合，使得地基面基底压力得到有效控制，即使地基下黄土全部浸水饱和，只要地基面以上回填荷载不超过湿陷起始压力的最小值，地基就不会发生湿陷变形。本发明提供的扩基减压与轻质回填相结合的综合管廊地基湿陷削减方法，具有施工简便、经济高效、环保节能等优点，能够有效解决湿陷性黄土地区综合管廊地基湿陷变形问题，推动综合管廊建设的快速发展。地基湿陷变形的削减，直接提高了管廊结构的稳定性与安全性。管廊作为城市重要的基础设施，其稳定性和安全性至关重要。该方法通过降低地基湿陷风险，保障了管廊结构的长期稳定运行，减少了因地基湿陷导致的结构损坏和维修成本。能够根据不同场地的黄土工程地质条件、管廊类型、基坑深度和工程经济性进行综合对比，选取最合适的参数与方案。同时，该方法还具有一定的灵活性，可以根据实际情况进行调整和优化，以满足不同工程的需求。

32、进一步地，通过合理选取轻质回填材料和承载板类型，以及科学的施工步骤，提高了施工效率，降低了施工成本。采用预制承载板可以减少现场施工时间和环境污染；选用轻质回填材料可以减少回填土方的运输和压实成本。

33、进一步地，采用泡沫轻质块状材料、松散轻质易压实材料、轻质胶凝复合材料等轻质环保材料代替传统的压实土进行回填。这些材料具有密度低、自重轻、易压实等特点，能够有效减轻承载板基底压力，同时满足管廊基坑回填的要求。

34、进一步地，承载板上设置的防锈蚀起吊环和排水孔，便于后期管廊结构的检修或更换，提高了维护的便利性。

技术特征：

1.一种扩基减压与轻质回填相结合的综合管廊地基湿陷削减方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述扩基减压与轻质回填相结合的综合管廊地基湿陷削减方法，其特征在于，步骤2）中，计算管廊地基面上部轻质回填体自重压力时，对于倒梯形回填体，按倒梯形块体整体自重计算自重压力；对于松散轻质易压实材料，按管廊基坑底面柱状体计算自重压力；

3.根据权利要求1所述扩基减压与轻质回填相结合的综合管廊地基湿陷削减方法，其特征在于，步骤3）中，所述轻质回填是替换更轻质的回填材料；所述更轻质的回填材料包括泡沫轻质块状材料、松散轻质易压实材料和轻质胶凝复合材料。

4.根据权利要求3所述扩基减压与轻质回填相结合的综合管廊地基湿陷削减方法，其特征在于，步骤3）中，所述泡沫轻质块状材料为eps/xps块体时，密度不低于20kg/m3；eps/xps块体为倒梯形块体，纵向长度为1~3m；

5.根据权利要求3所述扩基减压与轻质回填相结合的综合管廊地基湿陷削减方法，其特征在于，步骤3）中，所述松散轻质易压实材料包括建筑垃圾，砾碎石、陶粒和轻量土，最大粒径不超过回填厚度的1/3，40mm以上颗粒含量不小于30%；管廊（3）两侧肥槽回填时，同时分层，分段填筑；压实度不小于95%；土工防渗布（8）两侧延伸出基坑边缘不小于1m；土工防渗布（8）上方铺设耕植土或压实黄土层（9），耕植土或压实黄土层（9）顶面高出周围原地面，形成微隆地表。

6.根据权利要求3所述扩基减压与轻质回填相结合的综合管廊地基湿陷削减方法，其特征在于，步骤3）中，所述轻质胶凝复合材料为泡沫混凝土，采用强度等级在42.5级及以上的硅酸盐水泥，发泡剂采用环境友好型的合成类高分子表面活性剂；直径小于1.0mm，发泡剂稀释倍数不小于60倍；

7.根据权利要求1所述扩基减压与轻质回填相结合的综合管廊地基湿陷削减方法，其特征在于，步骤3）中，所述轻质回填后，如果顶部路用，则采用黄土进行压实回填；如果顶部绿地使用，则底部压实，上部黄土自密回填。

8.根据权利要求1所述扩基减压与轻质回填相结合的综合管廊地基湿陷削减方法，其特征在于，步骤3）中，所述承载板（1）实施过程包括：

9.根据权利要求8所述扩基减压与轻质回填相结合的综合管廊地基湿陷削减方法，其特征在于，步骤3）中，若采用预制承载板，准确吊装至合适位置后，采用砂土密实填充承载板（1）与水平槽空隙；

10.根据权利要求8所述扩基减压与轻质回填相结合的综合管廊地基湿陷削减方法，其特征在于，步骤3）中，所述承载板（1）跨越管廊（3）接口，纵向长度为5~10m；板间预留2~3cm作为沉降缝与伸缩缝；

技术总结
本发明公开了扩基减压与轻质回填相结合的综合管廊地基湿陷削减方法，属于湿陷性黄土地区浅埋明挖综合管廊建设工程技术领域，包括：确定管廊类型与基坑深度，钻孔取样，获取管廊下卧各黄土层的湿陷起始压力，选取最小湿陷起始压力P<subgt;shm</subgt;；计算管廊地基面上部轻质回填体自重压力和管廊地基面上部附加荷载及地基面基底应力P；比较地基面基底应力P与最小湿陷起始压力P<subgt;shm</subgt;；若P大于P<subgt;shm</subgt;，通过轻质回填或扩基减压的方式削减湿陷变形，直至P不大于P<subgt;shm</subgt;；不扩大基坑开挖面积、不增加管廊地基面与基础面积的情况下，在管廊下部设置承载板，通过扩大承载板宽度来实现扩基减压。施工简便、经济高效、环保节能，能有效解决湿陷性黄土地区综合管廊地基湿陷变形问题。

技术研发人员：安鹏,宋华杰,徐博维,刘海松,杨宇英,吴发荣
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5