軟土油氣管道工程地基處理策略
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摘要：油氣管道是現(xiàn)代油氣運(yùn)輸?shù)囊豁?xiàng)重要手段，作為油氣建設(shè)的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)設(shè)施，油氣管道的建設(shè)關(guān)系到油氣運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行穩(wěn)定性。在管道建設(shè)設(shè)計(jì)施工中，如何確保管道工程的安全、可靠是項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員以及施工人員密切關(guān)心的問題。通過對(duì)杭甬線、杭湖線線路的油氣管道工程項(xiàng)目的基本介紹及問題分析，結(jié)合軟土性質(zhì)特點(diǎn)，做出了項(xiàng)目建設(shè)設(shè)計(jì)及施工環(huán)節(jié)的改進(jìn)措施。通過改進(jìn)措施的實(shí)施對(duì)軟土地區(qū)油氣管道建設(shè)具有很大的安全保障。
1.引言
油氣管道建設(shè)呈現(xiàn)出逐年增長的趨勢(shì)，在建設(shè)過程中地基不良是一項(xiàng)普遍問題，尤其是針對(duì)軟土區(qū)域及施工措施技術(shù)目前還存在很多問題需要進(jìn)行研究。由于管道工程設(shè)計(jì)及施工的特殊性，大多數(shù)管道埋置地表以下很深位置，如果不能合理設(shè)計(jì)及施工，可能導(dǎo)致附近建筑物或者農(nóng)田出現(xiàn)地基不均勻沉降或者出現(xiàn)管道上浮的現(xiàn)象，這對(duì)于感到的運(yùn)營造成了很大的安全隱患。伴隨著我國能源不斷開采，油氣管道已經(jīng)成為了關(guān)系到國家能源安全的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對(duì)其性能的要求越來越高。基于以上分析，本文將結(jié)合具體項(xiàng)目分析軟土趨于油氣管道地基處理措施的改進(jìn)方法。
2.軟土區(qū)域特點(diǎn)分析
在我國軟土地基本分布在濱海、湖泊等地沉積形成的軟弱土。軟土的物理性質(zhì)主要包括以下幾點(diǎn)：（1）含水率高、孔隙比較大。軟土中的含水率一般在30%～70%范圍內(nèi)，并且飽和度較大，通常能達(dá)到90%左右；軟土的孔隙比大都大于1，最大的可以達(dá)到6。高含水率以及較大的孔隙造成了軟土地位置的地基變形會(huì)很大、強(qiáng)度較低的特點(diǎn)。如表1所示為我國主要軟土地區(qū)物理特性參數(shù)。（2）透水性能較差。由于此特性使得軟土的固結(jié)時(shí)間相對(duì)較長。（3）可壓縮性強(qiáng)。由于軟土具有較大的孔隙比，使得其可壓縮性能較強(qiáng)。（4）抗剪強(qiáng)度低。由于軟土的抗剪強(qiáng)度非常低，導(dǎo)致在進(jìn)行不排水剪切時(shí)，軟土的內(nèi)摩擦角接近于零，抗剪強(qiáng)度主要由內(nèi)聚力決定，而內(nèi)聚力值一般小于20kPa。（5）具有很強(qiáng)的觸變性。由于軟土具有絮凝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，是通過小顆粒沉積形成的沉積物，因此具有很強(qiáng)的觸變性。當(dāng)軟土的結(jié)構(gòu)被破壞時(shí)，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就會(huì)被破壞。（6）流變性。軟土的流變特性主要包含蠕變特性、流動(dòng)特征、應(yīng)力松弛特征以及長期強(qiáng)度特征。對(duì)于工程建設(shè)來說，軟土地基是一種不良地基。軟土地基的形成原因有幾種，主要包括：人工填埋形成的地基以及江河湖海周圍自然形成的黏土以及粉土地基。在我國沿海地區(qū)，軟土的分布比較廣泛，其厚度從幾米到幾十米不等。如果將軟土地作為建筑地基將產(chǎn)生不利后果。對(duì)于迫不得已的選擇情況下需要充分考慮軟土地基的強(qiáng)度、變形而導(dǎo)致的穩(wěn)定性變差問題。
3.工程分析
(1)工程現(xiàn)象說明通過對(duì)杭甬線以及杭湖線進(jìn)行線路巡查，發(fā)現(xiàn)以下幾點(diǎn)現(xiàn)象：①在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)水網(wǎng)段軟土地基區(qū)域，出現(xiàn)部分管道上浮情況；部分管道距離地面高度小于300mm，導(dǎo)致管道上方耕地?zé)o法正常耕種，同時(shí)管道存在安全隱患。②對(duì)沿線主要站點(diǎn)進(jìn)行巡查發(fā)現(xiàn)部分站點(diǎn)出現(xiàn)地基不均與沉降現(xiàn)象，導(dǎo)致地面鋪砌出現(xiàn)部分翹起現(xiàn)象，有些場(chǎng)地出現(xiàn)高低起伏，嚴(yán)重的出現(xiàn)房屋裂縫現(xiàn)象。(2)現(xiàn)象原因分析杭湖線輸氣管道工程位于我國太湖以南地區(qū)，該地區(qū)是水網(wǎng)區(qū)域分布軟土地比較廣，在管道工程完工以后，出現(xiàn)了軟土地基不均與沉降導(dǎo)致的上述現(xiàn)象，具體分析如下：①已建成的輸氣管道場(chǎng)地出現(xiàn)沉降問題以及地面翹起、場(chǎng)地高低起伏甚至出現(xiàn)建筑物裂縫現(xiàn)象的原因，分析是由于在進(jìn)行場(chǎng)地就建設(shè)后期進(jìn)行場(chǎng)地回填過程中沒有經(jīng)過分層夯實(shí)工序；另外一個(gè)原因是下臥軟土層出現(xiàn)沉降導(dǎo)致；第三個(gè)原因是由于產(chǎn)地排水設(shè)施不完整加劇了地基出現(xiàn)沉降。②管道上浮現(xiàn)象的原因分析，通過現(xiàn)場(chǎng)巡查發(fā)現(xiàn)管道上浮多出現(xiàn)在水網(wǎng)地帶，由于管道經(jīng)過地區(qū)為太湖沖擊平原，存在大量的水網(wǎng)，地下水位非常淺，并且在每年的4～7月以及9月期間的雨季，當(dāng)?shù)赜嗔砍渥?，?dǎo)致地下水位上漲。輸氣管道沿線粘性土以及淤泥，在管道鋪設(shè)期間地表水和地下水量巨大，管線溝道回填過程中，部分管道就會(huì)浸泡在水和黏土以及淤泥形成的泥漿之中。管道建成以后，在沒有開始天然氣輸送之前，管道處于內(nèi)空狀態(tài)，管道單位長度重量小，無法對(duì)黏土進(jìn)行充分壓實(shí)，在后期就會(huì)出現(xiàn)管道上浮現(xiàn)象。③在施工過程中沒有合理添加混凝土壓重塊。④管道施工完畢以后，管溝回填處理不合理。對(duì)于處于水網(wǎng)段的管道，由于地表水充足且地下水位較高，管道施工過程中管溝中會(huì)存在大量積水，施工過程中地基土極容易出現(xiàn)擾動(dòng)形成泥漿，在管道鋪設(shè)完畢回填管溝的過程中，如果沒有將管溝中的水完全排出，同時(shí)沒有將管溝形成的淤泥清除，就會(huì)導(dǎo)致管道埋設(shè)深度達(dá)不到設(shè)計(jì)深度，后期就會(huì)出現(xiàn)上浮現(xiàn)象。⑤在施工過程完畢后對(duì)管道進(jìn)行密封測(cè)試的打壓過程，通過管道對(duì)周圍軟土形成振動(dòng)，導(dǎo)致其強(qiáng)度和壓縮性出現(xiàn)變化，或者導(dǎo)致粉土產(chǎn)生振動(dòng)形成液化，也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)空管道上浮現(xiàn)象。
4.軟土地區(qū)管道工程改進(jìn)措施
(1)設(shè)計(jì)改進(jìn)措施①充分考慮管道位置土層特點(diǎn)，盡可能的規(guī)避其缺點(diǎn)，充分利用軟土地區(qū)大多存在的“硬殼層”區(qū)域，對(duì)管道位置的軟土下臥層進(jìn)行受力驗(yàn)算。②綜合考慮地基、基礎(chǔ)以及管材特點(diǎn)，在進(jìn)行管材連接的時(shí)候需采用柔性連接。③對(duì)地基承載進(jìn)行驗(yàn)算，選擇合理的地基尺寸。④對(duì)于室外管道的標(biāo)高計(jì)算，需要充分考慮建筑物的沉降量考慮對(duì)管道標(biāo)高進(jìn)行降低，從而滿足建筑物沉降時(shí)對(duì)局部標(biāo)高的調(diào)整。⑤在條件允許的情況下，盡可能對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行預(yù)壓。在進(jìn)行軟土趨于管道設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要充分考慮對(duì)不良地區(qū)的避讓，還要考慮結(jié)合管道穿越趨于地質(zhì)條件進(jìn)行合理措施的設(shè)計(jì)，從而報(bào)主管道施工的安全。在管道經(jīng)過軟土區(qū)域時(shí)需要加強(qiáng)穩(wěn)管方案。在進(jìn)行穩(wěn)管時(shí)有很多方法，可以根據(jù)施工特點(diǎn)加大管道埋深，這樣可以保證管線埋設(shè)以后對(duì)耕地產(chǎn)生影響最小化，同時(shí)還可以保證管道受到上層土壤的壓制不會(huì)上浮。必要情況下，可以采用間隔式壓重的方式作為穩(wěn)管施工方案。另外還可以采用土工布?jí)褐貋磉M(jìn)行穩(wěn)管，目前采用非織物合成材料來進(jìn)行穩(wěn)管已經(jīng)是一種比較常用的方法，如圖1所示是非織物穩(wěn)管的結(jié)構(gòu)圖。為了對(duì)管道穩(wěn)定性進(jìn)行加強(qiáng)，需要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，將管溝底部的軟土進(jìn)行初步處理，利用密度較大填充材料對(duì)溝底進(jìn)行局部填埋。(2)施工改進(jìn)措施本文所述工程位于我國江南水鄉(xiāng)，所處位置水網(wǎng)密集，地形平坦，管線沿著水線分布，有些地段甚至距離很長，地下水位比較高導(dǎo)致施工困難。需要根據(jù)不同的地質(zhì)條件采用不同的施工方案。①在進(jìn)行地質(zhì)穩(wěn)定區(qū)段施工時(shí)，土質(zhì)比較密實(shí)，可以通過事先挖溝排水，排水后進(jìn)行晾曬干燥以后通過設(shè)備進(jìn)行管溝挖掘工作，這樣就會(huì)滿足正常時(shí)候要求。②在經(jīng)過沙土區(qū)域的時(shí)候，由于溝壁容易垮塌，因此可以考慮先進(jìn)溝外排水，然后進(jìn)行溝道挖掘工作。③對(duì)于淤泥比較多的區(qū)域，由于土層不穩(wěn)定很難成型，可以采用利用截水板進(jìn)行輔助降水為、排水的措施。該區(qū)域地基的承載能力較低，可以采用鋪田木板、樹枝等材料的方法增強(qiáng)承載力。在垂直管道方向可以通過鋪墊300mm厚的碎石材料進(jìn)行后續(xù)施工。最后需要施工單位根據(jù)實(shí)際情況，采取切實(shí)有效的方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。在施工過程中如果遇到原狀土層產(chǎn)生擾動(dòng)，管道周圍形成淤泥。這是需要進(jìn)行溝內(nèi)積水排出，及時(shí)回填措施。如果積水無法排出，在進(jìn)行回填時(shí)應(yīng)考慮采用編織袋裝土，或者采取壓重穩(wěn)管方法進(jìn)行穩(wěn)管，然后進(jìn)行管溝回填。
5.結(jié)語
本文通過對(duì)實(shí)際處于軟土區(qū)域管道工程現(xiàn)象的具體分析，在充分分析軟土特征及物理特性的基礎(chǔ)上，制定了軟土區(qū)域油氣管道設(shè)計(jì)、施工改機(jī)措施，通過本文改進(jìn)措施，可以對(duì)今后軟土區(qū)域油氣管道的項(xiàng)目建設(shè)起到一定借鑒作用，避免出現(xiàn)管道上浮以及地基不均與沉降現(xiàn)象。
【參考文獻(xiàn)】
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[2]柳金海.不良條件管道工程設(shè)計(jì)與施工手冊(cè)[M].北京:中國物價(jià)出版社,1992．
作者：程圓晶 鄭興 蔣婕 李沫 單位：中國石油工程建設(shè)有限公司西南分公司
