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(wèn)題。通過(guò)對(duì)杭甬線(xiàn)、杭湖線(xiàn)線(xiàn)路的油氣管道工程項(xiàng)目的基本介紹及問(wèn)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(guò)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。

關(guān)鍵詞：軟土區(qū)域；油氣管道；地基處理

1.引言

油氣管道建設(shè)呈現(xiàn)出逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，在建設(shè)過(guò)程中地基不良是一項(xiàng)普遍問(wèn)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(wèn)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(yíng)造成了很大的安全隱患。伴隨著我國(guó)能源不斷開(kāi)采，油氣管道已經(jīng)成為了關(guān)系到國(guó)家能源安全的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對(duì)其性能的要求越來(lái)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(guó)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(guó)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(zhǎng)。（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(guò)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(zhǎng)期強(qiáng)度特征。對(duì)于工程建設(shè)來(lái)說(shuō)，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?chē)匀恍纬傻酿ね烈约胺弁恋鼗?。在我?guó)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(wèn)題。

3.工程分析

(1)工程現(xiàn)象說(shuō)明通過(guò)對(duì)杭甬線(xiàn)以及杭湖線(xiàn)進(jìn)行線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)輸氣管道工程位于我國(guó)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(wèn)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(guò)程中沒(méi)有經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)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)赜嗔砍渥悖瑢?dǎo)致地下水位上漲。輸氣管道沿線(xiàn)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(xiàn)溝道回填過(guò)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(méi)有開(kāi)始天然氣輸送之前，管道處于內(nèi)空狀態(tài)，管道單位長(zhǎng)度重量小，無(wú)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(guò)程中沒(méi)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(guò)程中管溝中會(huì)存在大量積水，施工過(guò)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(guò)程中，如果沒(méi)有將管溝中的水完全排出，同時(shí)沒(méi)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(guò)程完畢后對(duì)管道進(jìn)行密封測(cè)試的打壓過(guò)程，通過(guò)管道對(duì)周?chē)浲列纬烧駝?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(mǎn)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?zhuān)€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(guò)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(xiàn)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?lái)進(jìn)行穩(wěn)管，目前采用非織物合成材料來(lái)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(guó)江南水鄉(xiāng)，所處位置水網(wǎng)密集，地形平坦，管線(xiàn)沿著水線(xiàn)分布，有些地段甚至距離很長(zhǎng)，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(guò)事先挖溝排水，排水后進(jìn)行晾曬干燥以后通過(guò)設(shè)備進(jìn)行管溝挖掘工作，這樣就會(huì)滿(mǎn)足正常時(shí)候要求。②在經(jīng)過(guò)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(shù)枝等材料的方法增強(qiáng)承載力。在垂直管道方向可以通過(guò)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(guò)程中如果遇到原狀土層產(chǎn)生擾動(dòng)，管道周?chē)纬捎倌?。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(wú)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(yǔ)

本文通過(guò)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(guò)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。

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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(guó)物價(jià)出版社,1992．

作者：程圓晶 鄭興 蔣婕 李沫 單位：中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司