湿陷性黄土地区大管径压力管线基础处理方案

张良姜莹

（新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司 新疆 石河子 832000）

1 工程概况

拟建工程是作为新疆伊宁市某煤制天然气项目的工业供水工程。煤制天然气建设场地位于伊宁市霍城县东南部、伊宁市与霍城县交界的低山丘陵地带，伊犁盆地中央凹陷带北缘，博罗霍洛复式背斜南翼，属伊宁中央地块三级构造单元。输水管线起点为某河流水源地，终点为煤制天然气项目建设场地，管线线路地形起伏较大，输水形式采用先加压至高点，然后自压至厂区受水点，根据工程规模确定，管线供水量为2000万m3/a，管道设计流量0.71m3/s，设计流速1.11m/s，管道最大水头245m，管线管材采用K9级球墨铸铁管，管径DN900mm。

2 压力管线的场地湿陷问题及评价

2.1 场地湿陷问题及评价

拟建管线沿线大部分分布第四系晚更新统～全新统冲积、风积低液限粉土和第四系全新统冲洪积低液限粉土，管线均有湿陷性，其湿陷系数(δs)在0.018～0.134之间，自重湿陷系数0.010～0.040。根据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004），自重湿陷量按式1计算。

式中，δzsi——第i层土的自重湿陷系数；

hi——第i层土的厚度，mm；

β0——因地区土质而异的修正系数，本地区取0.5。

通过计算，压力管道沿线湿陷类型多属于非自重湿陷性，局部管段为自重湿陷性。

2.2 长距离、高水头、大流量管线对场地湿陷处理的要求

该管线主要特点是线路长、管径大、接口多、压力高，结合场地湿陷性的特点，管线建设主要制约因素有以下几点：

（1）由于管线管径较大，所以基础承受荷载较大，必须对基础进行加强处理。

（2）线路长且作业面窄小，且地形起伏较大，导致采用一般浸水、夯实法均不可取，仅能采用敷设垫层的方法，来增加地基承载力并消除湿陷性。

（3）由于管线采用球磨铸铁管，接头为承插式接头，即使在保证施工质量的前提下，个别的跑冒滴漏仍然可能发生，所以在垫层中必须采用一种能够吸附水分的材质。

（4）在管道的地形落差起伏较大的情况下，管道最大内水压力接近250m，所以在防范管线爆管，出现高流速水流冲击基础的时候，还需要采用较为坚固抗冲的混凝土结构。

3 管线基础处理方案

根据地质提供的管道沿线湿陷类型及湿陷量，分别对非自重湿陷性黄土、自重湿陷黄土进行处理。

3.1 常规湿陷性黄土基础处理方法

（1）夯实法：对地埋金属管道常采用夯实法，对管道基础直接进行夯实，使管道直接紧密的敷设到基础上。

（2）灰土垫层法：沿全管线基础铺填夯实灰土垫层，灰土的石灰和黄土的比例一般为3∶7，黄土垫层厚度非自重湿陷黄土一般为20cm，自重湿陷黄土一般为30cm。宽度不小于60cm。

（3）混凝土垫层法：作用与灰土垫层相似，防护能力更高。

（4）地沟敷设法：将整个管道敷设在地沟内，多用在主要管道、热管线等。

3.2 湿陷性黄土基础处理方案

通过对几种湿陷性黄土基础处理方法的分析，结合本输水管线对基础处理的制约条件、管线保证率较高、投资控制等因素，首先排除夯实法、地沟敷设法两种结构。

灰土垫层法、混凝土垫层法都具备两个作用：①作为隔水层、保护下层土质基础的作用；②消除地基承力层内上部土层的湿陷性，减轻地基因附加压力产生沉陷。但两种方法的产生效果的原理略有区别，灰土垫层可以吸附水分，但其抗冲刷能力较差，对少量的跑冒滴漏情况较为适用，但是出现大范围管道泄漏，无法抵抗高流速水流冲击，整体性较差；而混凝土垫层只能阻隔水分，对渗漏的水份无吸附抵抗湿陷的作用，但其抗水流冲击，保护下层基础也包括保护灰土垫层的能力较强，且混凝土基础整体效果较好。

鉴于以上原因综合灰土垫层法的灰土吸水性和混凝土垫层的整体性，将二者结合确定为湿陷性黄土基础处理方案。基础开挖后，对基础底部进行夯实，影响深度30cm，夯填土压实度不小于95%。基础以上由下至上分别为30cm厚3∶7灰土垫层、13cm厚C20混凝土垫层和13.9cm厚C20混凝土管座。

图1 压力管线标准横断面图（1∶50）

3.3 实施效果

通过采用该方案的湿陷性基础处理方案，在工程试压过程中可以有效降低管线泄露后湿陷性黄土的沉降量。本工程试压过程中曾出现过管道泄露情况，该泄露点处于纵坡i=0.32处高坡的顶点，管道内大量有压水外泄，并顺管坡下泄。

未完成基础处理及混凝土浇筑的阀井处，基础受湿陷性破坏、水流冲刷的影响较大，由于基础下沉、管道偏移导致管节松脱，并且对下段处理较为合理的管线也产生了不利的冲刷湿陷影响。但采用此基础的管段基础及管段灰土垫层遇水凝结形成整体结构，由两侧深沟可以看出，灰土垫层外侧的土质基础遇水迅速产生冲刷，而灰土垫层完好，上部的混凝土基础在灰土垫层上部发挥了其整体性的作用，未产生变形，且保护了灰土垫层。通过实践证明了采用两种材质组合进行的地基处理是适合类似项目的湿陷性黄土基础处理，后期经过观测并未发现该管线出现沉降，即混凝土垫层发挥了其整体性好、抗高流速冲刷、保护下层3∶7灰土垫层的作用。下部的3∶7灰土，大量吸收水分并凝结成块，既起到了支撑上部混凝土垫层的作用，同时也发挥了阻隔水流下渗，防止造成基础湿陷的情况发生。从而通过两种材质的综合运用，起到了保护管线防止湿陷性黄土危害的作用。

4 结论

该工程是作为煤制天然气项目的生产供水工程，设计保证率要求较高，所以在管道基础处理中采用了较昂贵的灰土垫层+混凝土垫层的方法，投资虽然较高，但保证了该工程在湿陷性黄土基础上的安全，经过工程两年的运行，管线各管段包括试压出现泄漏的管段均未出现沉降，证明了该方案的安全可行。陕西水利

[1]杜红霞，刘海霞，李丽萍，贾健.榆林～济南天然气管道工程湿陷性黄土地基处理技术研究[J].内蒙古石油化工,2010（18）.

[2]关艳平.湿陷性黄土地区管道工程的设计与施工[J].四川水利,2006（2）.