濕陷性黃土地區(qū)大管徑壓力管線基礎(chǔ)處理方案

張良姜瑩

（新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 新疆 石河子 832000）

1 工程概況

擬建工程是作為新疆伊寧市某煤制天然氣項(xiàng)目的工業(yè)供水工程。煤制天然氣建設(shè)場(chǎng)地位于伊寧市霍城縣東南部、伊寧市與霍城縣交界的低山丘陵地帶，伊犁盆地中央凹陷帶北緣，博羅霍洛復(fù)式背斜南翼，屬伊寧中央地塊三級(jí)構(gòu)造單元。輸水管線起點(diǎn)為某河流水源地，終點(diǎn)為煤制天然氣項(xiàng)目建設(shè)場(chǎng)地，管線線路地形起伏較大，輸水形式采用先加壓至高點(diǎn)，然后自壓至廠區(qū)受水點(diǎn)，根據(jù)工程規(guī)模確定，管線供水量為2000萬(wàn)m3/a，管道設(shè)計(jì)流量0.71m3/s，設(shè)計(jì)流速1.11m/s，管道最大水頭245m，管線管材采用K9級(jí)球墨鑄鐵管，管徑DN900mm。

2 壓力管線的場(chǎng)地濕陷問(wèn)題及評(píng)價(jià)

2.1 場(chǎng)地濕陷問(wèn)題及評(píng)價(jià)

擬建管線沿線大部分分布第四系晚更新統(tǒng)～全新統(tǒng)沖積、風(fēng)積低液限粉土和第四系全新統(tǒng)沖洪積低液限粉土，管線均有濕陷性，其濕陷系數(shù)(δs)在0.018～0.134之間，自重濕陷系數(shù)0.010～0.040。根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004），自重濕陷量按式1計(jì)算。

式中，δzsi——第i層土的自重濕陷系數(shù)；

hi——第i層土的厚度，mm；

β0——因地區(qū)土質(zhì)而異的修正系數(shù)，本地區(qū)取0.5。

通過(guò)計(jì)算，壓力管道沿線濕陷類型多屬于非自重濕陷性，局部管段為自重濕陷性。

2.2 長(zhǎng)距離、高水頭、大流量管線對(duì)場(chǎng)地濕陷處理的要求

該管線主要特點(diǎn)是線路長(zhǎng)、管徑大、接口多、壓力高，結(jié)合場(chǎng)地濕陷性的特點(diǎn)，管線建設(shè)主要制約因素有以下幾點(diǎn)：

（1）由于管線管徑較大，所以基礎(chǔ)承受荷載較大，必須對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加強(qiáng)處理。

（2）線路長(zhǎng)且作業(yè)面窄小，且地形起伏較大，導(dǎo)致采用一般浸水、夯實(shí)法均不可取，僅能采用敷設(shè)墊層的方法，來(lái)增加地基承載力并消除濕陷性。

（3）由于管線采用球磨鑄鐵管，接頭為承插式接頭，即使在保證施工質(zhì)量的前提下，個(gè)別的跑冒滴漏仍然可能發(fā)生，所以在墊層中必須采用一種能夠吸附水分的材質(zhì)。

（4）在管道的地形落差起伏較大的情況下，管道最大內(nèi)水壓力接近250m，所以在防范管線爆管，出現(xiàn)高流速水流沖擊基礎(chǔ)的時(shí)候，還需要采用較為堅(jiān)固抗沖的混凝土結(jié)構(gòu)。

3 管線基礎(chǔ)處理方案

根據(jù)地質(zhì)提供的管道沿線濕陷類型及濕陷量，分別對(duì)非自重濕陷性黃土、自重濕陷黃土進(jìn)行處理。

3.1 常規(guī)濕陷性黃土基礎(chǔ)處理方法

（1）夯實(shí)法：對(duì)地埋金屬管道常采用夯實(shí)法，對(duì)管道基礎(chǔ)直接進(jìn)行夯實(shí)，使管道直接緊密的敷設(shè)到基礎(chǔ)上。

（2）灰土墊層法：沿全管線基礎(chǔ)鋪填夯實(shí)灰土墊層，灰土的石灰和黃土的比例一般為3∶7，黃土墊層厚度非自重濕陷黃土一般為20cm，自重濕陷黃土一般為30cm。寬度不小于60cm。

（3）混凝土墊層法：作用與灰土墊層相似，防護(hù)能力更高。

（4）地溝敷設(shè)法：將整個(gè)管道敷設(shè)在地溝內(nèi)，多用在主要管道、熱管線等。

3.2 濕陷性黃土基礎(chǔ)處理方案

通過(guò)對(duì)幾種濕陷性黃土基礎(chǔ)處理方法的分析，結(jié)合本輸水管線對(duì)基礎(chǔ)處理的制約條件、管線保證率較高、投資控制等因素，首先排除夯實(shí)法、地溝敷設(shè)法兩種結(jié)構(gòu)。

灰土墊層法、混凝土墊層法都具備兩個(gè)作用：①作為隔水層、保護(hù)下層土質(zhì)基礎(chǔ)的作用；②消除地基承力層內(nèi)上部土層的濕陷性，減輕地基因附加壓力產(chǎn)生沉陷。但兩種方法的產(chǎn)生效果的原理略有區(qū)別，灰土墊層可以吸附水分，但其抗沖刷能力較差，對(duì)少量的跑冒滴漏情況較為適用，但是出現(xiàn)大范圍管道泄漏，無(wú)法抵抗高流速水流沖擊，整體性較差；而混凝土墊層只能阻隔水分，對(duì)滲漏的水份無(wú)吸附抵抗?jié)裣莸淖饔茫淇顾鳑_擊，保護(hù)下層基礎(chǔ)也包括保護(hù)灰土墊層的能力較強(qiáng)，且混凝土基礎(chǔ)整體效果較好。

鑒于以上原因綜合灰土墊層法的灰土吸水性和混凝土墊層的整體性，將二者結(jié)合確定為濕陷性黃土基礎(chǔ)處理方案。基礎(chǔ)開(kāi)挖后，對(duì)基礎(chǔ)底部進(jìn)行夯實(shí)，影響深度30cm，夯填土壓實(shí)度不小于95%。基礎(chǔ)以上由下至上分別為30cm厚3∶7灰土墊層、13cm厚C20混凝土墊層和13.9cm厚C20混凝土管座。

圖1 壓力管線標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（1∶50）

3.3 實(shí)施效果

通過(guò)采用該方案的濕陷性基礎(chǔ)處理方案，在工程試壓過(guò)程中可以有效降低管線泄露后濕陷性黃土的沉降量。本工程試壓過(guò)程中曾出現(xiàn)過(guò)管道泄露情況，該泄露點(diǎn)處于縱坡i=0.32處高坡的頂點(diǎn)，管道內(nèi)大量有壓水外泄，并順管坡下泄。

未完成基礎(chǔ)處理及混凝土澆筑的閥井處，基礎(chǔ)受濕陷性破壞、水流沖刷的影響較大，由于基礎(chǔ)下沉、管道偏移導(dǎo)致管節(jié)松脫，并且對(duì)下段處理較為合理的管線也產(chǎn)生了不利的沖刷濕陷影響。但采用此基礎(chǔ)的管段基礎(chǔ)及管段灰土墊層遇水凝結(jié)形成整體結(jié)構(gòu)，由兩側(cè)深溝可以看出，灰土墊層外側(cè)的土質(zhì)基礎(chǔ)遇水迅速產(chǎn)生沖刷，而灰土墊層完好，上部的混凝土基礎(chǔ)在灰土墊層上部發(fā)揮了其整體性的作用，未產(chǎn)生變形，且保護(hù)了灰土墊層。通過(guò)實(shí)踐證明了采用兩種材質(zhì)組合進(jìn)行的地基處理是適合類似項(xiàng)目的濕陷性黃土基礎(chǔ)處理，后期經(jīng)過(guò)觀測(cè)并未發(fā)現(xiàn)該管線出現(xiàn)沉降，即混凝土墊層發(fā)揮了其整體性好、抗高流速?zèng)_刷、保護(hù)下層3∶7灰土墊層的作用。下部的3∶7灰土，大量吸收水分并凝結(jié)成塊，既起到了支撐上部混凝土墊層的作用，同時(shí)也發(fā)揮了阻隔水流下滲，防止造成基礎(chǔ)濕陷的情況發(fā)生。從而通過(guò)兩種材質(zhì)的綜合運(yùn)用，起到了保護(hù)管線防止?jié)裣菪渣S土危害的作用。

4 結(jié)論

該工程是作為煤制天然氣項(xiàng)目的生產(chǎn)供水工程，設(shè)計(jì)保證率要求較高，所以在管道基礎(chǔ)處理中采用了較昂貴的灰土墊層+混凝土墊層的方法，投資雖然較高，但保證了該工程在濕陷性黃土基礎(chǔ)上的安全，經(jīng)過(guò)工程兩年的運(yùn)行，管線各管段包括試壓出現(xiàn)泄漏的管段均未出現(xiàn)沉降，證明了該方案的安全可行。陜西水利

[1]杜紅霞，劉海霞，李麗萍，賈健.榆林～濟(jì)南天然氣管道工程濕陷性黃土地基處理技術(shù)研究[J].內(nèi)蒙古石油化工,2010（18）.

[2]關(guān)艷平.濕陷性黃土地區(qū)管道工程的設(shè)計(jì)與施工[J].四川水利,2006（2）.