濕陷性黃土地區(qū)管道回填技術研究

摘" 要：在我國工程建設領域中濕陷性黃土地區(qū)管道回填技術一直屬于重要課題。在我國存在一定面積的濕陷性黃土地區(qū)，其特殊的土壤性質很大程度上提升管道回填工程的難度。在該次研究中作者首先介紹濕陷性黃土地區(qū)管道工程技術特點，然后結合中部干旱帶海原西安供水水源工程實際情況探討濕陷性黃土地區(qū)管道回填技術。

關鍵詞：管道回填；濕陷性黃土地區(qū)；水利工程；工程技術；水源工程

中圖分類號：TV672.2" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）05-0193-04

Abstract： Pipeline backfilling technology in collapsible loess areas has always been an important topic in the field of engineering construction in China. There is a certain area of collapsible loess areas in our country， and their special soil properties greatly increase the difficulty of pipeline backfilling projects. In this study， the author will first introduce the technical characteristics of pipeline engineering in collapsible loess areas， and then discuss pipeline backfilling technology in collapsible loess areas based on the actual situation of Xi'an Water Supply Project in Haiyuan， an arid zonein central China.

Keywords： pipeline backfilling; collapsible loess area; water conservancy engineering; engineering technology; water source engineering

我國國土面積遼闊，不同地區(qū)在地質條件方面也存在一定差別，尤其是在濕陷性黃土地區(qū)，其土壤存在敏感性高、濕陷性強、土體黏粒含量少等特點，使得管道回填工程存在一定難度。當水分發(fā)生變化和受到外力作用后濕陷性黃土有較大幾率出現(xiàn)塌陷問題，不但會對管道穩(wěn)定運行產生不良影響，而且可能影響附近環(huán)境。所以，深入研究濕陷性黃土地區(qū)管道回填技術對于保證水利工程施工安全與施工質量具有重要意義。

1" 濕陷性黃土地區(qū)管道工程技術特點

濕陷性黃土是在上覆土層重力影響下，或者在附加應力和自重應力綜合作用下由于浸水損壞了土的結構而出現(xiàn)的顯著附加變形的土，屬于特殊土的范疇，而濕陷性黃土地區(qū)簡單理解就是濕陷性黃土廣泛分布的地理區(qū)域。在濕陷性黃土特殊性質的影響下，在濕陷性黃土區(qū)域實施管道工程建設難度明顯更大，相關人員需要充分掌握在該區(qū)域進行管道工程建設的技術與方法。濕陷性黃土地區(qū)管道工程技術主要存在以下幾方面特點：第一，濕陷性黃土穩(wěn)定性差。因為其存在較高敏感性與濕陷性，在外力與水分等因素影響下會破壞黃土結構，引發(fā)土壤塌陷等問題，會導致管道工程存在嚴重安全隱患。因此，在開展管道設計與施工工作時，相關人員必須全面考量此類特性，制定有針對性的計劃與防護措施。第二，濕陷性黃土地區(qū)管道工程需要有效應對土壤滲透問題。因為黃土存在較差滲透性，在管道附近有很大幾率出現(xiàn)積水，這會導致土壤濕陷性進一步提升[1]。所以，在管道回填期間需要采取適宜的排水措施，從而保證管道附近土壤處于穩(wěn)定與干燥的狀態(tài)。第三，濕陷性黃土地區(qū)還需要注意地基沉降問題。因為黃土性質特殊，當管道重力施加在地基上后容易出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，致使管道變形或破裂。因此，在管道設計與施工期間，相關人員需要綜合考量地基承載能力與沉降問題，使用有針對性的地基處理措施。

2" 濕陷性黃土地區(qū)管道回填技術

2.1" 工程概況

中部干旱帶海原西安供水水源工程水源為固海七干渠，取水處為高崖水庫，工程建設新的四級揚水泵站，可以達到468.8 m凈揚程，共擁有590.5 m揚程，為1.6 m3/s的設計流量，存在23 120 kW裝機總容量，工程需要順著西南方向鋪設主管道，管道里程為70.94 km，完成向灌區(qū)已建11座調蓄水池的輸水工作，配水工程鋪設管道的長度為6.82 km，完成骨干管道向附近已建蓄水池分水工作。工程覆蓋區(qū)域為海城、關橋、西安3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)24個行政村，共具有12萬畝（1畝約等于667 m2，下同） 灌溉面積，海城、關橋、西安的灌溉面積分別為1.7萬畝、4.2萬畝和6.4萬畝。

本工程輸水工程共擁有70.94 km單排輸水主管道，其中一至三泵站使用的是DN1200鋼管與BCCP管，四泵站1號壓力管道運用的是BCCP管與DN800-1200鋼管，2號壓力管道為PCP管與DN600鋼管；配水工程共鋪設8條管道，總長度為6.82 km，鋪設鋼絲網骨架PE管和DN315-1200鋼管。

2.2" 濕陷性黃土地區(qū)管道回填技術

2.2.1" 地基處理

在開始工程建設前，相關人員需要采取措施有效處理濕陷性地層管道基礎。在本工程建設中，相關人員在全面分析相似工程案例的基礎上對地溝敷設法、灰土墊層法、混凝土墊層法和夯實法等進行了對比，根據本工程投資控制、管線保證率較高、基礎處理制約條件等各種情況，相關人員確定了本工程不適合使用地溝敷設法與夯實法。

混凝土墊層和灰土墊層在實際運用中均可發(fā)揮以下效果：第一，可以像隔水層一樣起到對下部土體的防護效果；第二，可以有效地去除基礎承載層中上部土壤的濕陷，進而達到控制濕陷性黃土沉陷的作用[2]。當然，以上2種方法在實際運用中存在不同的作用機理，灰土墊層可進行水分吸收，然而其缺乏足夠強的抗沖刷能力，能應用在少量跑冒滴漏的情形中，對于高流速水流僅存在較弱的抵抗能力，無法滿足整體性要求；然而水泥墊層只能阻擋水的滲透，不能吸收滲透的水，也不能抵御濕陷，但它能很好地抵御水的沖刷，并能對灰土墊層和底層地基進行保護，在此基礎上可獲得良好的整體性能。

在本工程中，相關人員借助以上分析在處理濕陷性黃土管道基礎時綜合運用了混凝土墊層法與灰土墊層法。當開挖基礎后，利用夯實措施處理基礎底部，至少需達到30 cm影響深度，同時需要控制95%以上的夯填土壓實度。先在管道基礎上設置厚度30 cm的3∶7灰土墊層，之后在灰土墊層上敷設厚度13 cm的C20混凝土墊層，具體地基處理流程如圖1所示。

2.2.2" 管道回填材料選擇

在濕陷性黃土地區(qū)管道回填施工中選擇回填材料的情況能夠直接影響施工質量。想要有效保證回填土層的穩(wěn)定性與密實性，相關人員必須選擇具備抗?jié)裣菪浴簩嵭暂^好及低滲透性的回填材料。在本工程中，在進行回填之前，有關人員對改善管線施工回填土料的工作進行了有效實施，期望能夠讓管線回填土具有較高的承載能力，從而保證管線的施工質量。在實際工作中，相關人員規(guī)范落實了回填料配比試驗，通過按照等比例混合石灰與回填土，減弱工程施工地點土質滲水性，為回填工作構建良好基礎[3]。出于防止管道回填期間可能出現(xiàn)的管道變形問題，施加荷載確定回填土質量，回填土施加荷載順序見表1。

結合表1可知，在實施管道回填作業(yè)時，管道在內水壓力、回填土、管自重和水自重等因素綜合影響下產生形變情況的幾率較大。起初管道存在負向位移，減小了橫向的管道直徑，管道會有收縮壓力向內施加，在充分考慮管道所受到各種應力的基礎上，需要完成適宜縫隙預留工作，同時在管道接口、腋角等區(qū)域實施回填操作。在本工程中相關人員直接使用石灰與原地層土料混合配置回填土，不僅提高了原地層土料強度，而且具備一定經濟性[4]。

2.2.3" 安裝回填施工管道防擾動限位裝置

當做完改良管道回填土的工作后，相關人員應該將防擾動限位裝置安裝在管道接口處，以此起到臨時加固管道的作用，防止管道受到回填振動的不良影響。因為在壓實回填土的過程中會使用到各種機械，導致回填可能伴隨強烈振動，在回填和壓實過程中，很難對界面處的施工質量進行有效控制。在相關人員使用該防擾動限位裝置之后，其可以作為管道界面的臨時固定，可以大大減少在夯實回填土過程中沖擊應變對管線的影響。

本工程所用的防擾動限位裝置主要由電機、卷筒外殼、重錘、拉線開關、限位器、限位桿、導繩器、擋塊和箱體幾部分組成。在實際使用中相關人員會以回填土壓實狀態(tài)的應力變化為依據確定限位裝置上承載的應力。在實際工作中，相關人員會使用以下公式計算應力

式中：λss為回填土壓實峰值應變；εc為控制參數(shù)；λs為回填土極限應變；fss為限位裝置抗壓強度；δs為回填土自身應力。

當固定好限位裝置后，相關人員需要對回填區(qū)域應變情況進行調整，固定區(qū)域與回填區(qū)域需要滿足如下式所示應變關系

式中：Ks為回填土的彈性模量。

在以上條件得到滿足后，即證明回填土已達到了臨界變形條件，在限制器和管線界面的共同作用下，界面部位的應力可以被控制在較低水平，從而使界面受到較小的應力，這樣才能確保管線的回填質量。

2.2.4" 管溝回填

在本項目的溝槽回填作業(yè)中，針對不同的區(qū)域特性，采取了定制化的填充材料和壓實設備策略，同時設定了差異性的壓實度控制基準。具體的施工步驟如下。 首先，管基墊層利用10 t級自卸車運送材料，然后由1 m3深度的反鏟挖掘機進行填充，再由0.5 m3的反鏟挖掘機進行平整，最后由FSD-600小型振動壓路機完成夯實。對于腋窩區(qū)域下方的墊層和管道底部由長臂反鏟挖掘機負責填充，再由0.5 m3反鏟配合攤鋪，同樣通過FSD-600壓實[5]。難以觸及的地方則依賴人工實施精細平整，腋窩區(qū)域特別強調采用木夯精細夯實。管道上部的填充工作則是1 m3反鏟挖掘機配合長臂反鏟挖掘機裝載，同樣通過FSD-600壓實。超過管頂50 cm的部分，采用1 m3反鏟倒土，隨后由74 kW的推土機執(zhí)行移動、攤平操作，同時，復耕區(qū)域需預留至少300 mm的余土，高于原始地面，以抵消自然沉降的影響。

在本工程施工期間，相關人員非常重視管道腋角回填的工作。通過實施人工夯實狀況模擬，運用室內試驗、現(xiàn)場試驗相結合的方式確定了黃土的各種壓實參數(shù)，如夯實變數(shù)、土料需鋪厚度及夯實厚度等。在開展工作時，相關人員主要使用人工壓實腋角回填。在充分考慮規(guī)范要求的基礎上，相關人員設置了120°的管道和管基間腋角回填支撐腳，簡單理解就是確定回填范圍時黃土中心角的120°，進而保證回填施工后形成穩(wěn)定的腋角，腋角回填范圍如圖2所示。

在回填管道上側管溝時，需要將回填料均勻鋪設在管溝內，避免管體處存在集中荷載，并在管道兩側同步開展碾壓工作，在實際操作中每層回填均控制在300 mm以內需鋪厚度，嚴禁對管位形成擾動，對于管道兩側回填來說，需要控制300 mm以內的高程差[6]。而且，相關人員運用分層方式開展接口處碾壓施工，主要是鋪150 mm厚度回填土，碾壓完每層回填土后，均需開展環(huán)刀取樣試驗，確保其達到與規(guī)定相符的壓實度。

2.2.5" 注漿加固管道上部回填土

在管道回填作業(yè)中，對管道頂部土壤實施注漿強化是為了確保管道接頭部位能承受足夠的壓緊力，從根本上保障管道回填的密實度。若管道上方土壤的壓實度不一致，可能導致接口穩(wěn)定性喪失，對整體工程效果產生負面影響。因此，鋪設管道后，必須對接口周圍土壤實施強化處理，其強化參數(shù)設計依據上方土壤的覆蓋深度。

為防止注漿時的壓力導致管道產生環(huán)形變形，提出了在填充土層中鉆孔的策略，孔洞與管道間的距離保持在300 mm。通過孔洞注入漿液，可以有效地提高管道頂部土壤的壓實度。

在管道回填過程中，相關人員將作業(yè)區(qū)劃分為基礎、管道、機械壓實區(qū)和非機械壓實區(qū)。中粗砂墊層區(qū)免于填埋。鑒于非機械壓實區(qū)可能影響最終的壓實程度，故將注漿強化定位在該區(qū)域內。

在管道回填的機械壓實區(qū)內，相關人員鉆孔并注入漿液以增強地基。加固完成后，沿著注漿點回填非機械壓實區(qū)，直至達到地面以下500 mm，至此，整個強化填埋過程完成。這些步驟的執(zhí)行旨在保證管道填埋質量與效果，確保供水管線工程的穩(wěn)固與安全。

2.2.6" 回填施工質量綜合監(jiān)測

對于碾壓區(qū)域的回填施工，傳統(tǒng)的依賴人工經驗和直觀監(jiān)控方法顯然不足以確保其精準和高效。本項目引進了創(chuàng)新的數(shù)字化智能碾壓管理系統(tǒng)，這套系統(tǒng)巧妙地融合了北斗導航技術，通過基準站與振動碾上安裝的接收設備，實現(xiàn)了對壓實數(shù)據的精準測量與實時追蹤。無線通信技術將這些關鍵參數(shù)實時傳輸至后臺，駕駛員可即時獲取包括空間定位、壓實度、碾壓次數(shù)、振動頻率和速度在內的施工動態(tài)信息，從而進行即時反饋和質量校驗。

此外，相關人員采取雙重質量控制策略，以施工過程監(jiān)控為主導，現(xiàn)場樣品測試為補充。核心在于全程監(jiān)控填筑、碾壓、加水等環(huán)節(jié)，確保每個步驟都符合標準。在管溝回填過程中，相關人員會實時監(jiān)控土壤的濕度和黏性成分。專業(yè)技術人員和質檢人員緊密跟蹤，一旦發(fā)現(xiàn)質量問題，立即干預并糾正不符合標準的施工行為，同時密切關注設備狀態(tài)，及時更換或維修以保持施工質量的穩(wěn)定。實時掌握土料干密度和含水量情況，借助全面的監(jiān)測手段確保了整個回填過程的質量[7]。

2.3" 施工效果

首先，因為相關人員在管道回填過程中安裝了防擾動限位裝置，在管道回填期間并未出現(xiàn)應力集中、形變等問題。其次，相關人員結合各區(qū)域實際情況有針對性地選擇了壓實設備與改良回填料，大幅度提升了回填土體的均勻度與密實性。最后，合理應用數(shù)字化智能碾壓管理系統(tǒng)與人工質量監(jiān)測措施，相關人員可實時了解管道回填施工質量，并及時落實相關施工質量控制工作，有效保證了管道回填的效率與質量。當結束所有施工工序后，監(jiān)理單位與業(yè)主單位展開了系統(tǒng)性的質量檢測與評估工作，證明濕陷性黃土地區(qū)管道回填區(qū)域具有較好的穩(wěn)定性、壓實度以及均勻性。

3" 結束語

綜上所述，在濕陷性黃土地區(qū)開展管道回填施工的難度較大，相關人員可以運用本文所述地基處理、管道回填材料選擇、安裝回填施工管道防擾動限位裝置、管溝回填、注漿加固管道上部回填土，以及回填施工質量綜合監(jiān)測等管道回填技術開展施工，可以達到較為理想的施工效果。

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