小议湿陷性黄土地区长输管道地基的处理

金涛

摘要：本文着重阐述了湿陷性黄土地区影响地基的几个因素及湿陷性黄土地基的处理方法，并对湿陷性黄土地区长输管道地基处理的方法进行了深入探讨

关键词：埋地管道;湿陷性黄土;地基处理;影响因素;处理方法

1 前言

随着国民经济的快速发展，随着国内石油化工的大力发展，各种管道、装置的大批兴建，

石油化工在国民经济中的地位越来越重要。由于石化行业的特殊性，管道输送的介质大多是有毒、易燃易爆的气体或液体，尤其是埋地管道，若发生泄漏无法在第一时间发现处理，给平稳运行带来很大隐患。

长输管道的设计、施工、维护有其特殊性，与地形、地质、输送介质、管材等有密切关系。在石化行业，由于各方面因素，采用直埋的方式最为普遍，而直埋管道的基础对不同地基有不同的要求。不良地质主要有：软粘土、杂填土、冲填土、膨胀土、红粘土、泥炭质土、岩溶、湿陷性黄土等。湿陷性黄土在工程中占有相当大的比例，在这类土质中敷设管道，对地基的处理有特殊的要求。本文着重介绍湿陷性黄土地区埋地管道地基处理的几种方法。

2 湿陷性黄土地区长输管道地基的处理

由于湿陷性黄土的特性，在湿陷性黄土地区长输管道发生事故的主要原因是地基的不均匀沉降。因此管道对地基强度、稳定性及不均匀沉降有极严格的要求。

2.1影响地基的几个因素

（1）强度及稳定性。当地基的抗剪强度不足以支撑上部结构的自重及附加荷载时，地基就会产生局部或整体剪切破坏。

（2）压缩及不均匀沉降。当地基由于上部结构的自重及附加荷载作用而产生过大的压缩变形时，特别是超过管道所能允许的不均匀沉降时，就会引起管道过量下沉，接口开裂，影响管道的正常使用。

（3）地震造成的地基土震陷以及车辆的振动和爆破等动荷载可能引起地基土失稳。

（4）地基渗漏量或水力比降超过容许值时，会发生水量损失或因潜蚀和管涌而可能导致管道破坏。

2.2湿陷性黄土管道地基的处理方法

2.2.1灰土垫层

灰土垫层常被用于非自重湿陷性黄土地区管道基础的处理，一般适用于处理1-4m厚的软弱土层。管道的基础是条形基础，作用于地基上荷载小于一般建筑物，而且基槽开挖后埋入地下，表面的软弱土已被清除，所以在管道施工中常用灰土（或素土）垫层来处理湿陷性地区的管道基础，以提高承载力，减少沉降。

灰土垫层是将基础下一定范围内的软弱土层清除，用一定体积比配合的灰土在最优含水率情况下分层回填夯实。

⑴承载力的确定。经过夯实的3：7灰土垫层，当压实系数控制在0.97及干土重度不小于14.5-15.0KN/m3时，其容许承载力可达300kPa以上;对于2：8灰土，当压实系数控制在0.97及干土重度不小于14.5-15.0KN/m3时，其容许承载力可达300kPa。

⑵灰土垫层材料配比。灰土中石灰用量在一定范围内，其强度随灰土用量的增大而提高，但当超过一定限值后，强度则增加很小，并且有逐渐缩小的趋势。1：9灰土只能改善土的压实性能，2：8和3：7灰土一般作为最优含灰率，但与石灰的等级有关，通常应以CaO+MgO所含总量达到8%左右为最佳。

灰土中土不仅作为填料使用，而且参加化学作用，尤其是土中的粘粒或胶粒具有一定活性和胶结性。含量越多，灰土强度越高，土粒粒径不得大于15mm，灰土垫层的施工，应严格遵循相关规范。

⑶灰土的质量检验。一般采用环刀取样，测定其干土重度。质量标准可按压实系数确定，一般为0.93-0.95。管道基础压实系数一般采用0.95，不得小于0.90。

⑷灰土垫层的厚度与湿陷变形的关系。垫层具有一定的厚度才能使湿陷量最大的上部土层的湿陷性消除，并由垫层扩散到天然黄土层的附加力减小到一定程度，使浸入后的湿陷量减少。垫层的宽度根据沟槽宽度确定，对于孔洞、沟涧、墓穴及其他回填土、淤土地区，垫层处理范围要相应扩大。

2.2.2素土垫层

素土垫层是先挖去基坑下的部分或全部软弱土，然后回填素土分层夯实，处理Ⅰ级非自重湿陷性黄土，管径不大的管道基础常采用素土垫层。

素土垫层的土料一般以粘性土为宜，填土必须在无水的管沟（基坑）中进行。夯实施工时，应使土的含水率接近于最佳含水率，填土的夯实应分层进行。

2.2.3砂或砂石垫层

当管道的不透水性基础与软土层相接触时，在荷载作用下，软弱土地基中的水被迫从基础两侧排出，基底下的软弱土不易固结，形成较大的孔隙水压力，还可能导致由于地基强度降低而产生塑性破坏的风险。砂垫层和砂石垫层材料透水性大，软弱土层受压后，垫层可作为良好的排水面，可以使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下软弱土层的固结，同时提高强度，避免地基土塑性破坏。因此，湿陷性黄土地基处理也可采用砂和砂石垫层。

砂垫层的厚度一般根据垫层底面的自重应力与附加应力之和不大于同一标高处软弱土层的容许承载力来确定。

具体计算时，一般可根据砂垫层的容许承载力确定垫层基础宽度，再根据下卧土层的承载力确定砂垫层的厚度。

砂、砂土垫层的材料宜采用级配良好的颗粒，颗粒不均匀系数不小于10，。管道基础砂垫层以中粗砂为宜，也可掺加一定数量的碎卵石。质检用容积不小于200cm3的环刀取样，测定其干土重度，以不小于砂料在中密状态是的干土重度为合格，如中砂一般为15.5-16 KN/m3。

2.2.4强夯法

强夯法处理湿陷性黄土地基具有比较好的效果，在管道施工中，若遇到湿陷性黄土层厚、湿陷性变形大，且管道自重大，对管道的安全性要求高的情况下，可使用强夯法处理管道地基。

相比较其他施工方法具有自己的优点，如：施工设备、工艺简单，仅用一台起重机和重锤即可施工等。夯后一般地基強度可提高2-5倍，压缩性可降低2-10倍，加固影响深度可达6-10m，同时可防止地震区砂土液化，消除或降低大孔土的湿陷等级。工效高、施工速度快，每台设备每月可处理地基面积5000-10000m2，比桩基可加快工期1-2倍。节约投资，根据夯击类型不同，强夯法处理地基与桩基相比可节省投资50%以上。

结语

长输管道地基处理不同于普通建筑工程地基处理，由于管道一般距离较长，工程地质条件复杂，施工机具、材料条件也会因地区不同而有较大差异，因此，对每一段管道的地基都应该细致分析，从地基条件。处理要求、工程费用、材料机具等诸多方面进行比较，以确定最合适的地基处理方法。

管道地基处理都是隐蔽工程，大多数地基处理方法的加固效果并不是施工结束后就能全部发挥出来，还需要在施工完成后经过长时间生产运行的检验，这就要求管道地基处理在施工过程中不仅要按设计方案施工，还必须了解所采用的处理方法的设计原理、技术标准和质量要求，采用可行的现场监理和检测措施，加强施工质量和处理效果的检验，以确保施工质量。

参考文献：

[1] 华南理工大学主编.地基及基础.北京 中国建筑工业出版社，1991.

[2] GB 50025-2004 湿陷性黄土地区建筑规范.北京 中国建筑工业出版社，2004.