油田埋地管道地基处理方法探讨

仲夏夜(大庆油田第一采油厂规划设计研究所，)

油田埋地管道地基处理方法探讨

仲夏夜(大庆油田第一采油厂规划设计研究所，)

大庆地区为季节性冻土区，冬季冻结，夏季全部融化。考虑到油田管线数量多及允许变形量大的因素，大部分管线采取埋地式铺设，可降低成本，同时增加美观性。然而季节性冻土的冻胀、融沉问题对油田埋地管线产生的危害不容忽视，为保证油田管线安全运输，延长管道使用寿命，对比不同土质类型和保温层厚度对埋地管线产生的影响，提出减小季节性冻土危害的措施，解决管道地基变形问题。

季节性冻土;埋地管道

1 输油管道及地基概况

1.1 输油管道概况

油田管道是线性工程，与道路线性工程相比，管道是一个柔性构造物，允许的变形量较大。埋地式管道，荷载小，地基承载力一般都能满足要求。故埋地式管道的地基设计只需满足变形要求便可以。

1.2 季节性冻土的危害

根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)附录F《中国季节性冻土标准冻深线图》，大庆地区为季节性冻土区，冻结时间为当年10月中下旬至第二年5月中下旬。

(1)冻胀

由于冻土分为多年冻土和季节冻土，故冻胀也分为两种不同情况：在多年冻土区易产生冻胀现象，但不是很明显，而在季节性冻土区的冻胀问题较为明显。

(2)融沉

冻土的融沉主要随土体的含水量的增大而增大，随干密度的增大而减小，在相同水量的情况下，粘土的融沉性大于砂土。

1.3 存在问题

当输油管道敷设于季节性冻土区时，由于管道温度较高，在冬季低温状态下，管道散发热量将会对周围冻土产生影响，引起管道基础融沉、管道变形等问题。倘若管道输送常温介质且距离较长，介质温降较大，导致周围土体冻结，从而使管道竖向上产生不均匀冻结，导致冻胀变形。因此，如何解决季节冻土层管道基础融沉、地基冻结变形问题，保障管线安全运输，是管线工程在季节冻土区所面临的主要问题。

2 影响因素分析

2.1 保温层的影响

季节冻土区管道冻结圈模型见图1。管道考虑裸露和外包5cm和10cm保温层三种情况。管道保温层一般选择密封性好，耐久性强的材料。

图1 管道埋地模型图图

图2 季节冻土区油管冻结圈发展过程图

季节冻土区油管冻结圈厚度及冻胀量见图2和表1。从图2不难看出，季节冻土区管道地基，未进行隔热处理的裸管周围土体最大冻结厚度为1.0m，冻胀量12cm，为减小冻结圈厚度，可以外包保温层。从表1可知，外包5cm和10cm保温层后，地基冻胀量分别为3.6cm和2.4cm，减小70%和80%的冻胀量。对比5cm和10cm保温层，从经济来看，5cm保温层便可以了。

表1 冻结圈厚度及冻胀量表

2.2 地基土的影响

地基土产生冻胀有三个基本条件，即地基填土中存在冻胀敏感性的土，足够的负温总量与水分补给。其中：冻胀敏感性的土属于地基土和填料自身的性质，是地基产生冻胀的主因；考虑到冻土地基的气温波动和一定的安全储备，宜对季节冻土地基进行一定的处理。从减小冻胀率的角度，可将管道周围地基土进行换填。季节性冻土区地表土层，多为粘土、粉质黏土，土体孔隙率较高，含水量较大，参数见表2。

管道周围换填材料采用细颗粒含量不大于15%的粗颗粒土或碎石土，含水量10%，密度1.63g/cm3，单位体积潜热为15230千卡/平方米，导热系数1.0千卡/米·时·℃。季节冻土地基换填后冻结圈厚度及结果见表3。

表3 季节冻土换填后人工地基冻结圈冻结厚度计算结果表

在同一含水状态下，粉质亚粘土、粉质亚砂土的融沉性最强，其次是重粘土和细砂，以砂砾石土最弱。这是由于它们的表面能和孔隙大小的不同所决定的。 冻害是在冻土地区广泛存在的地基病害，当不均匀冻胀超过一定界限，影响到管道的允许变形值时，就形成了管道地基土的冻害。如果在较长的距离内出现的冻胀变形比较均匀，对输油管道不产生不利影响时，这种冻胀是允许存在的。

3 季节冻土区的地基处理措施

3.1 土体换填

铺设管线时，将原有一定厚度的粘土、粉质粘土去除，在管道底部和周围换填一定厚度的透水性好的非冻胀土，并进行压实，以减少管道周围土体冻胀引起的地基变形。

3.2 管道保温

为管道选择合适的保温层，以减少管道周围冻结圈的厚度，防止发成管道基础融沉。目前，油田大量采用黄夹克保温管，保温材料为硬质聚氨酯泡沫塑料，其导热系数为0.027W/ m·K，抗压强度不低于0.2MPa，隔热性好，吸水率低，是较理想的保温材料，保温层外包防腐层。

油田季节性冻土区域，部分管道埋设采用了以上所探讨的地基处理方案及方法，经过近几年的运行，管线及所处地基状况一直十分稳定，因此在油田同类工程上具有一定的参考价值。

[1]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[J].

表2 地基土冻胀性评价

仲夏夜(1988- )，女，助理工程师，2010年毕业于西南交通大学土木工程专业，现在大庆油田第一采油厂规划设计研究所地面工程管理人员。