軟土油氣管道工程地基處理策略

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摘要：油氣管道是現代油氣運輸的一項重要手段，作為油氣建設的一項重要基礎設施，油氣管道的建設關系到油氣運輸的運行穩(wěn)定性。在管道建設設計施工中，如何確保管道工程的安全、可靠是項目設計人員以及施工人員密切關心的問題。通過對杭甬線、杭湖線線路的油氣管道工程項目的基本介紹及問題分析，結合軟土性質特點，做出了項目建設設計及施工環(huán)節(jié)的改進措施。通過改進措施的實施對軟土地區(qū)油氣管道建設具有很大的安全保障。

關鍵詞：軟土區(qū)域；油氣管道；地基處理

1.引言

油氣管道建設呈現出逐年增長的趨勢，在建設過程中地基不良是一項普遍問題，尤其是針對軟土區(qū)域及施工措施技術目前還存在很多問題需要進行研究。由于管道工程設計及施工的特殊性，大多數管道埋置地表以下很深位置，如果不能合理設計及施工，可能導致附近建筑物或者農田出現地基不均勻沉降或者出現管道上浮的現象，這對于感到的運營造成了很大的安全隱患。伴隨著我國能源不斷開采，油氣管道已經成為了關系到國家能源安全的一項重要指標，對其性能的要求越來越高?；谝陨戏治?，本文將結合具體項目分析軟土趨于油氣管道地基處理措施的改進方法。

2.軟土區(qū)域特點分析

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。軟土的物理性質主要包括以下幾點：（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，并且飽和度較大，通常能達到90%左右；軟土的孔隙比大都大于1，最大的可以達到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很大、強度較低的特點。如表1所示為我國主要軟土地區(qū)物理特性參數。（2）透水性能較差。由于此特性使得軟土的固結時間相對較長。（3）可壓縮性強。由于軟土具有較大的孔隙比，使得其可壓縮性能較強。（4）抗剪強度低。由于軟土的抗剪強度非常低，導致在進行不排水剪切時，軟土的內摩擦角接近于零，抗剪強度主要由內聚力決定，而內聚力值一般小于20kPa。（5）具有很強的觸變性。由于軟土具有絮凝結構特點，是通過小顆粒沉積形成的沉積物，因此具有很強的觸變性。當軟土的結構被破壞時，其結構強度就會被破壞。（6）流變性。軟土的流變特性主要包含蠕變特性、流動特征、應力松弛特征以及長期強度特征。對于工程建設來說，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生不利后果。對于迫不得已的選擇情況下需要充分考慮軟土地基的強度、變形而導致的穩(wěn)定性變差問題。

3.工程分析

(1)工程現象說明通過對杭甬線以及杭湖線進行線路巡查，發(fā)現以下幾點現象：①在現場發(fā)現水網段軟土地基區(qū)域，出現部分管道上浮情況；部分管道距離地面高度小于300mm，導致管道上方耕地無法正常耕種，同時管道存在安全隱患。②對沿線主要站點進行巡查發(fā)現部分站點出現地基不均與沉降現象，導致地面鋪砌出現部分翹起現象，有些場地出現高低起伏，嚴重的出現房屋裂縫現象。(2)現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)是水網區(qū)域分布軟土地比較廣，在管道工程完工以后，出現了軟土地基不均與沉降導致的上述現象，具體分析如下：①已建成的輸氣管道場地出現沉降問題以及地面翹起、場地高低起伏甚至出現建筑物裂縫現象的原因，分析是由于在進行場地就建設后期進行場地回填過程中沒有經過分層夯實工序；另外一個原因是下臥軟土層出現沉降導致；第三個原因是由于產地排水設施不完整加劇了地基出現沉降。②管道上浮現象的原因分析，通過現場巡查發(fā)現管道上浮多出現在水網地帶，由于管道經過地區(qū)為太湖沖擊平原，存在大量的水網，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，當地余量充足，導致地下水位上漲。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，管道處于內空狀態(tài)，管道單位長度重量小，無法對黏土進行充分壓實，在后期就會出現管道上浮現象。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。對于處于水網段的管道，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存在大量積水，施工過程中地基土極容易出現擾動形成泥漿，在管道鋪設完畢回填管溝的過程中，如果沒有將管溝中的水完全排出，同時沒有將管溝形成的淤泥清除，就會導致管道埋設深度達不到設計深度，后期就會出現上浮現象。⑤在施工過程完畢后對管道進行密封測試的打壓過程，通過管道對周圍軟土形成振動，導致其強度和壓縮性出現變化，或者導致粉土產生振動形成液化，也會導致內空管道上浮現象。

4.軟土地區(qū)管道工程改進措施

(1)設計改進措施①充分考慮管道位置土層特點，盡可能的規(guī)避其缺點，充分利用軟土地區(qū)大多存在的“硬殼層”區(qū)域，對管道位置的軟土下臥層進行受力驗算。②綜合考慮地基、基礎以及管材特點，在進行管材連接的時候需采用柔性連接。③對地基承載進行驗算，選擇合理的地基尺寸。④對于室外管道的標高計算，需要充分考慮建筑物的沉降量考慮對管道標高進行降低，從而滿足建筑物沉降時對局部標高的調整。⑤在條件允許的情況下，盡可能對場地進行預壓。在進行軟土趨于管道設計的時候，需要充分考慮對不良地區(qū)的避讓，還要考慮結合管道穿越趨于地質條件進行合理措施的設計，從而報主管道施工的安全。在管道經過軟土區(qū)域時需要加強穩(wěn)管方案。在進行穩(wěn)管時有很多方法，可以根據施工特點加大管道埋深，這樣可以保證管線埋設以后對耕地產生影響最小化，同時還可以保證管道受到上層土壤的壓制不會上浮。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壓重來進行穩(wěn)管，目前采用非織物合成材料來進行穩(wěn)管已經是一種比較常用的方法，如圖1所示是非織物穩(wěn)管的結構圖。為了對管道穩(wěn)定性進行加強，需要根據施工現場地質條件，將管溝底部的軟土進行初步處理，利用密度較大填充材料對溝底進行局部填埋。(2)施工改進措施本文所述工程位于我國江南水鄉(xiāng)，所處位置水網密集，地形平坦，管線沿著水線分布，有些地段甚至距離很長，地下水位比較高導致施工困難。需要根據不同的地質條件采用不同的施工方案。①在進行地質穩(wěn)定區(qū)段施工時，土質比較密實，可以通過事先挖溝排水，排水后進行晾曬干燥以后通過設備進行管溝挖掘工作，這樣就會滿足正常時候要求。②在經過沙土區(qū)域的時候，由于溝壁容易垮塌，因此可以考慮先進溝外排水，然后進行溝道挖掘工作。③對于淤泥比較多的區(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承載力。在垂直管道方向可以通過鋪墊300mm厚的碎石材料進行后續(xù)施工。最后需要施工單位根據實際情況，采取切實有效的方案進行現場施工。在施工過程中如果遇到原狀土層產生擾動，管道周圍形成淤泥。這是需要進行溝內積水排出，及時回填措施。如果積水無法排出，在進行回填時應考慮采用編織袋裝土，或者采取壓重穩(wěn)管方法進行穩(wěn)管，然后進行管溝回填。

5.結語

本文通過對實際處于軟土區(qū)域管道工程現象的具體分析，在充分分析軟土特征及物理特性的基礎上，制定了軟土區(qū)域油氣管道設計、施工改機措施，通過本文改進措施，可以對今后軟土區(qū)域油氣管道的項目建設起到一定借鑒作用，避免出現管道上浮以及地基不均與沉降現象。

【參考文獻】

[1]顧曉魯,錢鴻縉,劉惠珊,等.地基與基礎[M](第三版).北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003．

[2]柳金海.不良條件管道工程設計與施工手冊[M].北京:中國物價出版社,1992．

作者：程圓晶 鄭興 蔣婕 李沫 單位：中國石油工程建設有限公司西南分公司