湿陷性黄土地区管道回填技术研究

摘" 要：在我国工程建设领域中湿陷性黄土地区管道回填技术一直属于重要课题。在我国存在一定面积的湿陷性黄土地区，其特殊的土壤性质很大程度上提升管道回填工程的难度。在该次研究中作者首先介绍湿陷性黄土地区管道工程技术特点，然后结合中部干旱带海原西安供水水源工程实际情况探讨湿陷性黄土地区管道回填技术。

关键词：管道回填；湿陷性黄土地区；水利工程；工程技术；水源工程

中图分类号：TV672.2" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：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

我国国土面积辽阔，不同地区在地质条件方面也存在一定差别，尤其是在湿陷性黄土地区，其土壤存在敏感性高、湿陷性强、土体黏粒含量少等特点，使得管道回填工程存在一定难度。当水分发生变化和受到外力作用后湿陷性黄土有较大几率出现塌陷问题，不但会对管道稳定运行产生不良影响，而且可能影响附近环境。所以，深入研究湿陷性黄土地区管道回填技术对于保证水利工程施工安全与施工质量具有重要意义。

1" 湿陷性黄土地区管道工程技术特点

湿陷性黄土是在上覆土层重力影响下，或者在附加应力和自重应力综合作用下由于浸水损坏了土的结构而出现的显著附加变形的土，属于特殊土的范畴，而湿陷性黄土地区简单理解就是湿陷性黄土广泛分布的地理区域。在湿陷性黄土特殊性质的影响下，在湿陷性黄土区域实施管道工程建设难度明显更大，相关人员需要充分掌握在该区域进行管道工程建设的技术与方法。湿陷性黄土地区管道工程技术主要存在以下几方面特点：第一，湿陷性黄土稳定性差。因为其存在较高敏感性与湿陷性，在外力与水分等因素影响下会破坏黄土结构，引发土壤塌陷等问题，会导致管道工程存在严重安全隐患。因此，在开展管道设计与施工工作时，相关人员必须全面考量此类特性，制定有针对性的计划与防护措施。第二，湿陷性黄土地区管道工程需要有效应对土壤渗透问题。因为黄土存在较差渗透性，在管道附近有很大几率出现积水，这会导致土壤湿陷性进一步提升[1]。所以，在管道回填期间需要采取适宜的排水措施，从而保证管道附近土壤处于稳定与干燥的状态。第三，湿陷性黄土地区还需要注意地基沉降问题。因为黄土性质特殊，当管道重力施加在地基上后容易出现沉降现象，致使管道变形或破裂。因此，在管道设计与施工期间，相关人员需要综合考量地基承载能力与沉降问题，使用有针对性的地基处理措施。

2" 湿陷性黄土地区管道回填技术

2.1" 工程概况

中部干旱带海原西安供水水源工程水源为固海七干渠，取水处为高崖水库，工程建设新的四级扬水泵站，可以达到468.8 m净扬程，共拥有590.5 m扬程，为1.6 m3/s的设计流量，存在23 120 kW装机总容量，工程需要顺着西南方向铺设主管道，管道里程为70.94 km，完成向灌区已建11座调蓄水池的输水工作，配水工程铺设管道的长度为6.82 km，完成骨干管道向附近已建蓄水池分水工作。工程覆盖区域为海城、关桥、西安3个乡镇24个行政村，共具有12万亩（1亩约等于667 m2，下同） 灌溉面积，海城、关桥、西安的灌溉面积分别为1.7万亩、4.2万亩和6.4万亩。

本工程输水工程共拥有70.94 km单排输水主管道，其中一至三泵站使用的是DN1200钢管与BCCP管，四泵站1号压力管道运用的是BCCP管与DN800-1200钢管，2号压力管道为PCP管与DN600钢管；配水工程共铺设8条管道，总长度为6.82 km，铺设钢丝网骨架PE管和DN315-1200钢管。

2.2" 湿陷性黄土地区管道回填技术

2.2.1" 地基处理

在开始工程建设前，相关人员需要采取措施有效处理湿陷性地层管道基础。在本工程建设中，相关人员在全面分析相似工程案例的基础上对地沟敷设法、灰土垫层法、混凝土垫层法和夯实法等进行了对比，根据本工程投资控制、管线保证率较高、基础处理制约条件等各种情况，相关人员确定了本工程不适合使用地沟敷设法与夯实法。

混凝土垫层和灰土垫层在实际运用中均可发挥以下效果：第一，可以像隔水层一样起到对下部土体的防护效果；第二，可以有效地去除基础承载层中上部土壤的湿陷，进而达到控制湿陷性黄土沉陷的作用[2]。当然，以上2种方法在实际运用中存在不同的作用机理，灰土垫层可进行水分吸收，然而其缺乏足够强的抗冲刷能力，能应用在少量跑冒滴漏的情形中，对于高流速水流仅存在较弱的抵抗能力，无法满足整体性要求；然而水泥垫层只能阻挡水的渗透，不能吸收渗透的水，也不能抵御湿陷，但它能很好地抵御水的冲刷，并能对灰土垫层和底层地基进行保护，在此基础上可获得良好的整体性能。

在本工程中，相关人员借助以上分析在处理湿陷性黄土管道基础时综合运用了混凝土垫层法与灰土垫层法。当开挖基础后，利用夯实措施处理基础底部，至少需达到30 cm影响深度，同时需要控制95%以上的夯填土压实度。先在管道基础上设置厚度30 cm的3∶7灰土垫层，之后在灰土垫层上敷设厚度13 cm的C20混凝土垫层，具体地基处理流程如图1所示。

2.2.2" 管道回填材料选择

在湿陷性黄土地区管道回填施工中选择回填材料的情况能够直接影响施工质量。想要有效保证回填土层的稳定性与密实性，相关人员必须选择具备抗湿陷性、压实性较好及低渗透性的回填材料。在本工程中，在进行回填之前，有关人员对改善管线施工回填土料的工作进行了有效实施，期望能够让管线回填土具有较高的承载能力，从而保证管线的施工质量。在实际工作中，相关人员规范落实了回填料配比试验，通过按照等比例混合石灰与回填土，减弱工程施工地点土质渗水性，为回填工作构建良好基础[3]。出于防止管道回填期间可能出现的管道变形问题，施加荷载确定回填土质量，回填土施加荷载顺序见表1。

结合表1可知，在实施管道回填作业时，管道在内水压力、回填土、管自重和水自重等因素综合影响下产生形变情况的几率较大。起初管道存在负向位移，减小了横向的管道直径，管道会有收缩压力向内施加，在充分考虑管道所受到各种应力的基础上，需要完成适宜缝隙预留工作，同时在管道接口、腋角等区域实施回填操作。在本工程中相关人员直接使用石灰与原地层土料混合配置回填土，不仅提高了原地层土料强度，而且具备一定经济性[4]。

2.2.3" 安装回填施工管道防扰动限位装置

当做完改良管道回填土的工作后，相关人员应该将防扰动限位装置安装在管道接口处，以此起到临时加固管道的作用，防止管道受到回填振动的不良影响。因为在压实回填土的过程中会使用到各种机械，导致回填可能伴随强烈振动，在回填和压实过程中，很难对界面处的施工质量进行有效控制。在相关人员使用该防扰动限位装置之后，其可以作为管道界面的临时固定，可以大大减少在夯实回填土过程中冲击应变对管线的影响。

本工程所用的防扰动限位装置主要由电机、卷筒外壳、重锤、拉线开关、限位器、限位杆、导绳器、挡块和箱体几部分组成。在实际使用中相关人员会以回填土压实状态的应力变化为依据确定限位装置上承载的应力。在实际工作中，相关人员会使用以下公式计算应力

式中：λss为回填土压实峰值应变；εc为控制参数；λs为回填土极限应变；fss为限位装置抗压强度；δs为回填土自身应力。

当固定好限位装置后，相关人员需要对回填区域应变情况进行调整，固定区域与回填区域需要满足如下式所示应变关系

式中：Ks为回填土的弹性模量。

在以上条件得到满足后，即证明回填土已达到了临界变形条件，在限制器和管线界面的共同作用下，界面部位的应力可以被控制在较低水平，从而使界面受到较小的应力，这样才能确保管线的回填质量。

2.2.4" 管沟回填

在本项目的沟槽回填作业中，针对不同的区域特性，采取了定制化的填充材料和压实设备策略，同时设定了差异性的压实度控制基准。具体的施工步骤如下。 首先，管基垫层利用10 t级自卸车运送材料，然后由1 m3深度的反铲挖掘机进行填充，再由0.5 m3的反铲挖掘机进行平整，最后由FSD-600小型振动压路机完成夯实。对于腋窝区域下方的垫层和管道底部由长臂反铲挖掘机负责填充，再由0.5 m3反铲配合摊铺，同样通过FSD-600压实[5]。难以触及的地方则依赖人工实施精细平整，腋窝区域特别强调采用木夯精细夯实。管道上部的填充工作则是1 m3反铲挖掘机配合长臂反铲挖掘机装载，同样通过FSD-600压实。超过管顶50 cm的部分，采用1 m3反铲倒土，随后由74 kW的推土机执行移动、摊平操作，同时，复耕区域需预留至少300 mm的余土，高于原始地面，以抵消自然沉降的影响。

在本工程施工期间，相关人员非常重视管道腋角回填的工作。通过实施人工夯实状况模拟，运用室内试验、现场试验相结合的方式确定了黄土的各种压实参数，如夯实变数、土料需铺厚度及夯实厚度等。在开展工作时，相关人员主要使用人工压实腋角回填。在充分考虑规范要求的基础上，相关人员设置了120°的管道和管基间腋角回填支撑脚，简单理解就是确定回填范围时黄土中心角的120°，进而保证回填施工后形成稳定的腋角，腋角回填范围如图2所示。

在回填管道上侧管沟时，需要将回填料均匀铺设在管沟内，避免管体处存在集中荷载，并在管道两侧同步开展碾压工作，在实际操作中每层回填均控制在300 mm以内需铺厚度，严禁对管位形成扰动，对于管道两侧回填来说，需要控制300 mm以内的高程差[6]。而且，相关人员运用分层方式开展接口处碾压施工，主要是铺150 mm厚度回填土，碾压完每层回填土后，均需开展环刀取样试验，确保其达到与规定相符的压实度。

2.2.5" 注浆加固管道上部回填土

在管道回填作业中，对管道顶部土壤实施注浆强化是为了确保管道接头部位能承受足够的压紧力，从根本上保障管道回填的密实度。若管道上方土壤的压实度不一致，可能导致接口稳定性丧失，对整体工程效果产生负面影响。因此，铺设管道后，必须对接口周围土壤实施强化处理，其强化参数设计依据上方土壤的覆盖深度。

为防止注浆时的压力导致管道产生环形变形，提出了在填充土层中钻孔的策略，孔洞与管道间的距离保持在300 mm。通过孔洞注入浆液，可以有效地提高管道顶部土壤的压实度。

在管道回填过程中，相关人员将作业区划分为基础、管道、机械压实区和非机械压实区。中粗砂垫层区免于填埋。鉴于非机械压实区可能影响最终的压实程度，故将注浆强化定位在该区域内。

在管道回填的机械压实区内，相关人员钻孔并注入浆液以增强地基。加固完成后，沿着注浆点回填非机械压实区，直至达到地面以下500 mm，至此，整个强化填埋过程完成。这些步骤的执行旨在保证管道填埋质量与效果，确保供水管线工程的稳固与安全。

2.2.6" 回填施工质量综合监测

对于碾压区域的回填施工，传统的依赖人工经验和直观监控方法显然不足以确保其精准和高效。本项目引进了创新的数字化智能碾压管理系统，这套系统巧妙地融合了北斗导航技术，通过基准站与振动碾上安装的接收设备，实现了对压实数据的精准测量与实时追踪。无线通信技术将这些关键参数实时传输至后台，驾驶员可即时获取包括空间定位、压实度、碾压次数、振动频率和速度在内的施工动态信息，从而进行即时反馈和质量校验。

此外，相关人员采取双重质量控制策略，以施工过程监控为主导，现场样品测试为补充。核心在于全程监控填筑、碾压、加水等环节，确保每个步骤都符合标准。在管沟回填过程中，相关人员会实时监控土壤的湿度和黏性成分。专业技术人员和质检人员紧密跟踪，一旦发现质量问题，立即干预并纠正不符合标准的施工行为，同时密切关注设备状态，及时更换或维修以保持施工质量的稳定。实时掌握土料干密度和含水量情况，借助全面的监测手段确保了整个回填过程的质量[7]。

2.3" 施工效果

首先，因为相关人员在管道回填过程中安装了防扰动限位装置，在管道回填期间并未出现应力集中、形变等问题。其次，相关人员结合各区域实际情况有针对性地选择了压实设备与改良回填料，大幅度提升了回填土体的均匀度与密实性。最后，合理应用数字化智能碾压管理系统与人工质量监测措施，相关人员可实时了解管道回填施工质量，并及时落实相关施工质量控制工作，有效保证了管道回填的效率与质量。当结束所有施工工序后，监理单位与业主单位展开了系统性的质量检测与评估工作，证明湿陷性黄土地区管道回填区域具有较好的稳定性、压实度以及均匀性。

3" 结束语

综上所述，在湿陷性黄土地区开展管道回填施工的难度较大，相关人员可以运用本文所述地基处理、管道回填材料选择、安装回填施工管道防扰动限位装置、管沟回填、注浆加固管道上部回填土，以及回填施工质量综合监测等管道回填技术开展施工，可以达到较为理想的施工效果。

参考文献：

[1] 程飞.输水管线工程PCCP管道回填施工质量控制方法[J].陕西水利，2024（1）：161-162，165.

[2] 张海飞.岩石段输水管道回填施工方法及效益分析[J].山西水利科技，2023（2）：31-33.

[3] 李俊锋.市政道路排水管道的施工技术及质量控制[J].产品可靠性报告，2023（5）：86-87.

[4] 董晓泽，隋伟，高飞飞，等.不同管径、不同材质管道回填施工工艺探析[J].散装水泥，2022（6）：185-187.

[5] 魏丽敏，李宏泉，何群，等.管道沟槽回填泡沫轻质土变形协调试验研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2022，41（1）：103-110.

[6] 徐震，孔维耀.滩涂区大口径柔性管道基础及回填设计浅析[J].特种结构，2021，38（5）：60-63.

[7] 杨孝贤.农村水利工程PE管道施工与管理的分析[J].农业开发与装备，2021（6）：147-148.