油氣管道施工應對濕陷性黃土地質的基本措施

宋文+翟沛

摘 要：我國濕陷性黃土約占黃土總面積的60%。主要分布在隴西、隴東、陜北晉西等地區。國內西氣東輸油氣管道建設，有2/3的管線途徑黃土地區，黃土濕陷給油氣管道施工帶來了很大困難。管道施工中，在管道挖溝、下溝、回填、管道地基以及水工保護的處理都需要選擇正確、高效、切合實際的施工方案。蘭州地區濕陷性黃土較多，以當地的油氣管道施工為例，分析油氣管道施工在濕陷性黃土地質中采用的基本措施。

關鍵詞：濕陷性黃土 ?油氣管道 ?處理措施 ?水工保護

中圖分類號：p641.4+62 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（b）-0114-03

1 濕陷性黃土的特質

1.1 濕陷性黃土濕陷的原因

1.1.1 濕陷性黃土的結構

濕陷性黃土其結構具有肉眼可見的針狀小孔，松散，天然刨面具有垂直節理。含水溶性鹽，其中硝酸鹽和硫酸鹽居多。雨水及地表水的浸濕下可溶鹽溶解，從而使小土顆粒向大孔隙中滑移，導致地面沉陷。

1.1.2 濕陷性黃土的顆粒組成

我國濕陷性黃土主要以粉狀顆粒組成，占總重量約50%～70%。常見為0.05mm～0.01 mm之間的顆粒較粗，占總重約40.60%。小于0.005 mm的顆粒較細，可視為粘土，占總重約14.28%。大于0.1mm的細砂顆粒占總重在5%以內。大于0.25mm的中砂顆粒幾乎沒有。蘭州地域已0.01～0.05 mm的粗顆粒最為常見，濕陷程度較為嚴重見表1。

1.1.3 濕陷性特征

（1）黃土的形成時間與其濕陷性成反比，黃土形成時間越久，濕陷性越小甚至不具濕陷性。反之特性相反。

（2）黃土的孔隙率、孔隙比愈大，土質越松散，濕陷性越大，反之，濕陷性越小。蘭州地區黃土孔隙比大，一般在1.0左右。

（3）黃土中粘土顆粒多少決定著含水率的大小。粘土顆粒多，含水率越大，密實度愈高，黃土的自重濕陷壓力就越大。[1]

1.2 黃土地基濕陷類型與等級的劃分

1.2.1 濕陷類型劃分

按照《濕陷性黃土地區建筑規范》用自重濕陷量Δzs來劃分兩種濕陷性類的地基。當Δzs>7 cm時，為自重濕陷性黃土地基。當Δzs≤7 cm時，為非自重濕陷性黃土地基。

1.2.2 濕陷性黃土等級的判定

按照《濕陷性黃土地區建筑規范》用Δs來表示總濕陷量。總濕陷量最大，其危害越大。見表2，蘭州地區Ⅳ級（很嚴重）的自重濕陷性黃土分布較廣泛。管道沿線分布的黃土普遍具有自重濕陷性，河谷、盆地等平原地貌單元地基濕陷等級為Ⅰ級（輕微）-Ⅱ級（中等），臺地及少量丘陵地貌單元地基濕陷等級為Ⅲ級（嚴重），其余丘陵地貌單元地基濕陷等級均為Ⅳ級（很嚴重）。

2 濕陷性黃土地基的處理方法

目前我國采用的墊層法、重錘夯實法、強夯法、擠密樁復合地基、預浸水、化學加固和樁基礎法等經驗比較豐富，對于其他的處理方法則應用較少，或未使用過。

2.1 墊層法

（1）灰土墊層。灰土墊層法常用于管道在濕陷性黃土地質的條件下的基礎處理。一般適用于處理3～10 m厚的濕陷性黃土層。油氣管道的基礎呈長條狀，作用于地基上的力也比其他建筑物小。我國多地工程通常采用灰土（或素土）墊層法處理濕陷性地區的輸氣管道基礎施工，以提高承載力，減少沉降力。通常可采取含灰率較好的2∶8和3∶7灰土，但與石灰的等級也有關，以CaO+MgO所含總量達到8%左右為最佳。

3∶7灰土墊層，經過人工夯實，夯實系數控制在0.97，干土重度≥14.5～15.0 kN/m3時，其容許承載力可達300 kPa以上。2：8灰土墊層，夯實系數控制在0.97，干土重度≥14.8～15.5 kN/m3時，其容許承載力可達300 kPa。可取樣只見，質檢情況，夯實系數一般為0.93～0.95。管道基礎壓實系數一般采用0.95，不得小于0.9。

（2）素土墊層。素土墊層主要應用處在非自重濕陷性黃土中，管徑不大的管道基礎處理。主要是先挖去基坑底部軟弱土，然后回填素土并分層夯實。素土墊層采用一般粘性土，回填時，必須避免管溝內有水。對素土進行夯（壓）實時，應分層進行，使回填土的含水量接近于最佳含水量。

（3）砂和砂石墊層。油氣管道基礎墊層以粗砂為好，砂和砂石墊層的材料透水性大，可做排水面，避免地基土塑性破壞。砂墊層的寬度有兩個要求：①要滿足應力擴散;②要滿足墊層側面的容許承載力，防止墊層向兩邊擠動。若墊層寬度不足，側面土層又比較軟弱時，墊層就有可能部分擠入側面軟弱土中，使基礎沉降增大。

2.2 重錘表層夯實法、強夯法

（1）重錘表層夯實法。多用于非自重濕陷性黃土，可減少或消除黃土地基的濕陷變形。濕陷性黃土地基的飽和度盡量不大于60%。通常采用2.5～3.0 t的重錘，落距4.0～4.5 m，可消除基底以下1.2～1.8 m黃土層的濕陷性。處理效果顯著，使土質密度增大，壓縮性降低，透水性減弱，承載力明顯提高。

（2）強夯固基法。管道施工中，具有經濟易行和節省材料等優點。強夯法是將一定重量重錘以一定落距瞬間對地基土體反復施加巨大的沖擊能量，產生的壓縮波、剪切波和瑞利波等對地基發揮綜合作用，使土體發生一系列的物理變化，從而增大土體壓實度，改善土的振動液化條件，消除濕陷性黃土的濕陷性等目的。[2]在濕陷性黃土地基土上進行強夯，當夯擊力為1000～2000 kN時，一般可消除夯面下5～8 m深內黃土底濕陷性，5 m深度內的土的壓縮模量可提高到150 MPa，容許承載力可提高到200 kPa以上。

（3）擠密樁法。擠密樁法用沖擊或振動方法，把圓柱形鋼質樁管打入原地基，拔出后形成樁孔，然后將備好的素土或灰土（石灰和土體積比例2∶8或3∶7攪拌）在最優含水量下分層填入樁孔內，進而分層夯實至設計標高止，達到形成增大直徑的樁體，并同原地基一起形成復合地基。[4]適用于地下水位以上含水量14%～22%的濕陷性黃土和人工黃土和人工填土，處理深度可達5～10 m。特點在于不取土，擠壓原地基成孔，回填物料時，夯實物料進一步擴孔。endprint

（4）化學加固法和預浸水法：①化學加固法。多用于應急補救措施，可采用硅化加固法和堿液加固法，將硅酸鈉溶液或氫氧化鈉溶液注入黃土孔隙中，使其與土壤發生化學反應，從而提高土體承載力;②預浸水法。預浸水法則是在施工前，現將濕陷性黃土區域大面積浸水，使土體在飽和自重應力作用下，先發生濕陷產生壓密，以消除全部黃土層的自重濕陷性和深部土層的外荷濕陷性。

3 油氣管道施工主要工序的應對措施

蘭州地區的油氣輸氣管道工程沿線通過的黃土地區，其黃土具自重和非自重濕陷性。濕陷性黃土的濕陷性可能導致管道變形，甚至破壞。尤其黃土濕陷性在管道上、下坡段的危害較大，處理不善，將因其濕陷在管道上下彎頭處產生應力集中而危及管道安全。

3.1 濕陷性黃土地段管溝開挖

濕陷性黃土土質疏松柔軟，易開挖管溝，建議挖溝時超挖0.3 m，以便回填時采用灰土墊層。黃土立壁性強，管溝開挖邊坡坡值可較小，以減小對原始地貌的破壞范圍。開挖的方式可采用人工結合機械，陡坎地段應優先采用人工開挖，以來減少機械行走困難，和對濕陷性黃土地質的震動，避免滑坡、塌方現象。

放坡開挖或內支撐開挖，考慮施工造價、成本以及濕陷性土質等因素，在實際工程施工過程中管溝開挖方式通常采用放坡開挖的方法。管溝開挖前應制定切實的施工安全措施，并加以落實。濕陷性軟土地段、地下水位小于溝深地段及深度超過5 m的管溝坡比，可采用明渠排水、井點降水、管溝加支撐等方法。

3.1.1 管溝開挖對放坡的要求

管溝開挖時，放坡應該從墊層的上表面開始。管線土方工程定額，對計算挖溝槽土方放坡系數規定如下：（1）挖土深度在l以內，不考慮放坡;（2）挖土深度在1.0l～2 m，按l：0.5放坡;（3）挖土深度在2.0l～4 m，按l：0.7放坡;（4）挖土深度在4.01～5 m，按1：1放坡;（5）挖土深度大于5 m，按土體穩定理論計算后的邊坡進行放坡。[3]

3.1.2 放坡與土質的影響

根據《地基與基礎驗收規范》GB50202-2002土方開挖要求，臨時邊坡值（高寬比）根據土質來確定：（1）沙土（不含細沙和粉沙）為1∶1.25～1∶1.5;（2）一般性粘土：硬性1∶0.75～1∶1.硬塑性1：1～1.25，軟性1∶1.5;（3）碎石類：充填堅硬及硬塑粘性土1∶0.5～1∶1，充填沙土1∶1～1∶1.5。根據以上要求，自重濕陷性黃土開挖最好不大于4 m，硬性土開挖不大于8 m。[3]超過允許開挖深度的根據場地情況，可采取坡度放緩或進行支護。一般1.5 m以內深的基坑為淺基坑，不計算放坡，可根據土質情況進行相應措施。超過此深度計算挖土放坡量，可采取坡度放緩或進行支護，但根據現場及土質情況驗算坡頂承載力計算放坡坡度，從而節省土方工程費用，避免管溝塌方現象。

3.2 濕陷性黃土地段布管、組焊

3.2.1布管

在坡度大于15 °時，組焊時應隨用隨布，山溝或山谷中布管盡可能縮短布管和組焊的時間。

3.2.2 組焊

由于受地質影響，大型機械行走困難，可將施工隊伍分成幾個臺班分段進行施工作業，焊接作業中要采取不留頭，不留口，不回頭的原則，盡可能是管道、彎管、彎頭一次組焊到位，待焊接后續工序完成盡快回填。

3.3 濕陷性黃土地段的管線下溝回填

濕陷性黃土地段的管溝開挖應與管道組裝，下溝、回填等工序協調一致。回填時，建議將管溝兩側各6 m內的陷穴、溶洞及動物洞穴等用2∶8灰土或灰土草袋回填夯實，防止聚水，引發陷穴、溶洞的繼續發育而危及管道安全。

對于濕陷性（很嚴重）黃土層的管溝，回填前將管溝內積水要排凈，建議超挖0.3 m，并用3∶7灰土或2∶8墊層，回填并夯實，夯完墊層厚度0.3 m，夯實系數不小于0.9。為了保證灰土夯實系數，管道現場應制作滾輪在墊層上進行來回碾壓，直至達到夯實要求。

對10 °以上的陡坡，以及沖溝地段，可采用3∶7灰土或者2∶8灰土墊層，在最優含水量條件下夯實做墊層。夯完墊層厚度0.3 m，壓實系數不小于0.9，分層夯實回填至管頂，壓密系數不小于0.85，從而增強管溝頂部抗沖蝕能力。

為了保證對超挖0.3 m，并用3∶7灰土或2：8灰土回填夯實該墊層過程中，保證溝上管子不下滑，對溝下人員的安全帶來隱患，挖溝時應每隔50 m處，打一土堆防止沉管時，管子滑到溝里，待管溝具備整體下溝時，再把土堆挖開。施工灰土墊層過程，安排專人監護，以防管溝塌方。

3.4 站場、閥室的地基處理

濕陷性黃土地段輸氣站場、閥室的地基可采用3∶7或2∶8灰土換填，灰土厚度不小于2 m，每邊超出墊層邊緣不小于2 m，灰土分層厚度不大于300 m，系數不小于0.97，也可以采用強夯固基法。

強夯處理適用于本項目濕陷性土層厚度大于4 m的Ⅱ級和Ⅱ級以上自重濕陷性黃土路基。采用強夯法有幾點要求：（1）要查明強夯范圍內地下物體，以免施工造成損壞;（2）將周圍的陷坑，洞穴等進行填埋，消除地基質量隱患;（3）盡可能遠離周圍居住民宅及鄰近的建筑物，（距離民宅應大于200 m，距離建筑物應大于50 m）。避免設備對其造成有害影響;（4）當不能保障對周圍環境及建筑物的安全時，必須采取挖減振溝等隔振或防振措施，隔震溝開挖寬度應不小于1 m，深度不小于3 m。

3.5 濕陷性黃土地段水工保護

在濕陷性黃土地質下管道施工，水工保護工作不容忽視。一般線路段的水工保護措施包括管溝回填土保持和地表水導水措施。管溝回填土保持措施主要指擋土墻、截水墻、管溝夯填、人工植草等;地表水導水措施指地表條形截水墻、擋水墻、排水溝等。河流、沖溝穿越段的水工保護措施主要砌石護岸、護底、混凝土現澆、壓重塊穩管和設置地下防沖墻等。

3.5.1 擋土墻

濕陷性黃土地質的擋土墻，主要有加筋灰素土夯筑（用于高差小地段）和不加筋灰素土填筑（用于高差大地段）、草袋裝灰素土疊壘（用于高差小地段與高差大地段相間，如階梯地、山坡等）、砌漿塊毛、卵石等（用于高差大且有洪水地段）形式。

3.5.2 截水墻、排水溝

多采用砌漿毛石，混凝土澆筑，砌漿毛抗沖擊力較強，混凝土澆筑用于水流急、流量大的地方，二者造價都較高，其中混凝土澆筑的施工工藝復雜，難度高。

3.5.3 護坡、護岸

采用石灰拌土夯筑、袋裝疊碼、漿砌石砌筑、混凝土或鋼筋混凝土澆筑護坡、護岸。護坡應于截水墻、排水溝、擋土墻相結合。灰土夯筑應用于坡地管溝回填，謹防水土流失。

漿砌石砌筑、混凝土多用于復雜地形、沖刷嚴重地段，混凝土護坡、護岸造價高，很少用。一般用于河床條件較好時，采用連續澆筑混凝土保護管道。護岸則用于地質承載力不夠且水流沖刷力強的河流、沖溝。

4 結語

通過對濕陷性黃土的特質、濕陷級別、濕陷性黃土的結構以及變形機理的了解。結合目前我國成熟應對濕陷性黃土施工方法，用于蘭州地區濕陷性黃土地段油氣管道施工中的可行性。針對不同濕陷級別的土質，油氣管道施工可采用相應的措施進行施工，防止水土流失，預防土質濕陷。但實際操作中，還要充分結合現場地質情況以及現場實際情況，制定出有針對性并切實可行的施工方案。

參考文獻

[1] 蔣嵌，劉樹新，李標.定西油庫分輸庫大厚度濕陷性黃土地基處理[J].油氣田地面工程，2009，28（6）：62-63.

[2] 席劍，繆長平.濕陷性黃土地區管道基礎處理與施工[J].水力采煤與管道運輸，2003（2）：18-20.

[3] 王鍇，梁晶，李永明，等.濕陷性黃土地區管道的水工保護[J].油氣田地面工程，2008，27（12）.endprint

（4）化學加固法和預浸水法：①化學加固法。多用于應急補救措施，可采用硅化加固法和堿液加固法，將硅酸鈉溶液或氫氧化鈉溶液注入黃土孔隙中，使其與土壤發生化學反應，從而提高土體承載力;②預浸水法。預浸水法則是在施工前，現將濕陷性黃土區域大面積浸水，使土體在飽和自重應力作用下，先發生濕陷產生壓密，以消除全部黃土層的自重濕陷性和深部土層的外荷濕陷性。

3 油氣管道施工主要工序的應對措施

蘭州地區的油氣輸氣管道工程沿線通過的黃土地區，其黃土具自重和非自重濕陷性。濕陷性黃土的濕陷性可能導致管道變形，甚至破壞。尤其黃土濕陷性在管道上、下坡段的危害較大，處理不善，將因其濕陷在管道上下彎頭處產生應力集中而危及管道安全。

3.1 濕陷性黃土地段管溝開挖

濕陷性黃土土質疏松柔軟，易開挖管溝，建議挖溝時超挖0.3 m，以便回填時采用灰土墊層。黃土立壁性強，管溝開挖邊坡坡值可較小，以減小對原始地貌的破壞范圍。開挖的方式可采用人工結合機械，陡坎地段應優先采用人工開挖，以來減少機械行走困難，和對濕陷性黃土地質的震動，避免滑坡、塌方現象。

放坡開挖或內支撐開挖，考慮施工造價、成本以及濕陷性土質等因素，在實際工程施工過程中管溝開挖方式通常采用放坡開挖的方法。管溝開挖前應制定切實的施工安全措施，并加以落實。濕陷性軟土地段、地下水位小于溝深地段及深度超過5 m的管溝坡比，可采用明渠排水、井點降水、管溝加支撐等方法。

3.1.1 管溝開挖對放坡的要求

管溝開挖時，放坡應該從墊層的上表面開始。管線土方工程定額，對計算挖溝槽土方放坡系數規定如下：（1）挖土深度在l以內，不考慮放坡;（2）挖土深度在1.0l～2 m，按l：0.5放坡;（3）挖土深度在2.0l～4 m，按l：0.7放坡;（4）挖土深度在4.01～5 m，按1：1放坡;（5）挖土深度大于5 m，按土體穩定理論計算后的邊坡進行放坡。[3]

3.1.2 放坡與土質的影響

根據《地基與基礎驗收規范》GB50202-2002土方開挖要求，臨時邊坡值（高寬比）根據土質來確定：（1）沙土（不含細沙和粉沙）為1∶1.25～1∶1.5;（2）一般性粘土：硬性1∶0.75～1∶1.硬塑性1：1～1.25，軟性1∶1.5;（3）碎石類：充填堅硬及硬塑粘性土1∶0.5～1∶1，充填沙土1∶1～1∶1.5。根據以上要求，自重濕陷性黃土開挖最好不大于4 m，硬性土開挖不大于8 m。[3]超過允許開挖深度的根據場地情況，可采取坡度放緩或進行支護。一般1.5 m以內深的基坑為淺基坑，不計算放坡，可根據土質情況進行相應措施。超過此深度計算挖土放坡量，可采取坡度放緩或進行支護，但根據現場及土質情況驗算坡頂承載力計算放坡坡度，從而節省土方工程費用，避免管溝塌方現象。

3.2 濕陷性黃土地段布管、組焊

3.2.1布管

在坡度大于15 °時，組焊時應隨用隨布，山溝或山谷中布管盡可能縮短布管和組焊的時間。

3.2.2 組焊

由于受地質影響，大型機械行走困難，可將施工隊伍分成幾個臺班分段進行施工作業，焊接作業中要采取不留頭，不留口，不回頭的原則，盡可能是管道、彎管、彎頭一次組焊到位，待焊接后續工序完成盡快回填。

3.3 濕陷性黃土地段的管線下溝回填

濕陷性黃土地段的管溝開挖應與管道組裝，下溝、回填等工序協調一致。回填時，建議將管溝兩側各6 m內的陷穴、溶洞及動物洞穴等用2∶8灰土或灰土草袋回填夯實，防止聚水，引發陷穴、溶洞的繼續發育而危及管道安全。

對于濕陷性（很嚴重）黃土層的管溝，回填前將管溝內積水要排凈，建議超挖0.3 m，并用3∶7灰土或2∶8墊層，回填并夯實，夯完墊層厚度0.3 m，夯實系數不小于0.9。為了保證灰土夯實系數，管道現場應制作滾輪在墊層上進行來回碾壓，直至達到夯實要求。

對10 °以上的陡坡，以及沖溝地段，可采用3∶7灰土或者2∶8灰土墊層，在最優含水量條件下夯實做墊層。夯完墊層厚度0.3 m，壓實系數不小于0.9，分層夯實回填至管頂，壓密系數不小于0.85，從而增強管溝頂部抗沖蝕能力。

為了保證對超挖0.3 m，并用3∶7灰土或2：8灰土回填夯實該墊層過程中，保證溝上管子不下滑，對溝下人員的安全帶來隱患，挖溝時應每隔50 m處，打一土堆防止沉管時，管子滑到溝里，待管溝具備整體下溝時，再把土堆挖開。施工灰土墊層過程，安排專人監護，以防管溝塌方。

3.4 站場、閥室的地基處理

濕陷性黃土地段輸氣站場、閥室的地基可采用3∶7或2∶8灰土換填，灰土厚度不小于2 m，每邊超出墊層邊緣不小于2 m，灰土分層厚度不大于300 m，系數不小于0.97，也可以采用強夯固基法。

強夯處理適用于本項目濕陷性土層厚度大于4 m的Ⅱ級和Ⅱ級以上自重濕陷性黃土路基。采用強夯法有幾點要求：（1）要查明強夯范圍內地下物體，以免施工造成損壞;（2）將周圍的陷坑，洞穴等進行填埋，消除地基質量隱患;（3）盡可能遠離周圍居住民宅及鄰近的建筑物，（距離民宅應大于200 m，距離建筑物應大于50 m）。避免設備對其造成有害影響;（4）當不能保障對周圍環境及建筑物的安全時，必須采取挖減振溝等隔振或防振措施，隔震溝開挖寬度應不小于1 m，深度不小于3 m。

3.5 濕陷性黃土地段水工保護

在濕陷性黃土地質下管道施工，水工保護工作不容忽視。一般線路段的水工保護措施包括管溝回填土保持和地表水導水措施。管溝回填土保持措施主要指擋土墻、截水墻、管溝夯填、人工植草等;地表水導水措施指地表條形截水墻、擋水墻、排水溝等。河流、沖溝穿越段的水工保護措施主要砌石護岸、護底、混凝土現澆、壓重塊穩管和設置地下防沖墻等。

3.5.1 擋土墻

濕陷性黃土地質的擋土墻，主要有加筋灰素土夯筑（用于高差小地段）和不加筋灰素土填筑（用于高差大地段）、草袋裝灰素土疊壘（用于高差小地段與高差大地段相間，如階梯地、山坡等）、砌漿塊毛、卵石等（用于高差大且有洪水地段）形式。

3.5.2 截水墻、排水溝

多采用砌漿毛石，混凝土澆筑，砌漿毛抗沖擊力較強，混凝土澆筑用于水流急、流量大的地方，二者造價都較高，其中混凝土澆筑的施工工藝復雜，難度高。

3.5.3 護坡、護岸

采用石灰拌土夯筑、袋裝疊碼、漿砌石砌筑、混凝土或鋼筋混凝土澆筑護坡、護岸。護坡應于截水墻、排水溝、擋土墻相結合。灰土夯筑應用于坡地管溝回填，謹防水土流失。

漿砌石砌筑、混凝土多用于復雜地形、沖刷嚴重地段，混凝土護坡、護岸造價高，很少用。一般用于河床條件較好時，采用連續澆筑混凝土保護管道。護岸則用于地質承載力不夠且水流沖刷力強的河流、沖溝。

4 結語

通過對濕陷性黃土的特質、濕陷級別、濕陷性黃土的結構以及變形機理的了解。結合目前我國成熟應對濕陷性黃土施工方法，用于蘭州地區濕陷性黃土地段油氣管道施工中的可行性。針對不同濕陷級別的土質，油氣管道施工可采用相應的措施進行施工，防止水土流失，預防土質濕陷。但實際操作中，還要充分結合現場地質情況以及現場實際情況，制定出有針對性并切實可行的施工方案。

參考文獻

[1] 蔣嵌，劉樹新，李標.定西油庫分輸庫大厚度濕陷性黃土地基處理[J].油氣田地面工程，2009，28（6）：62-63.

[2] 席劍，繆長平.濕陷性黃土地區管道基礎處理與施工[J].水力采煤與管道運輸，2003（2）：18-20.

[3] 王鍇，梁晶，李永明，等.濕陷性黃土地區管道的水工保護[J].油氣田地面工程，2008，27（12）.endprint

（4）化學加固法和預浸水法：①化學加固法。多用于應急補救措施，可采用硅化加固法和堿液加固法，將硅酸鈉溶液或氫氧化鈉溶液注入黃土孔隙中，使其與土壤發生化學反應，從而提高土體承載力;②預浸水法。預浸水法則是在施工前，現將濕陷性黃土區域大面積浸水，使土體在飽和自重應力作用下，先發生濕陷產生壓密，以消除全部黃土層的自重濕陷性和深部土層的外荷濕陷性。

3 油氣管道施工主要工序的應對措施

蘭州地區的油氣輸氣管道工程沿線通過的黃土地區，其黃土具自重和非自重濕陷性。濕陷性黃土的濕陷性可能導致管道變形，甚至破壞。尤其黃土濕陷性在管道上、下坡段的危害較大，處理不善，將因其濕陷在管道上下彎頭處產生應力集中而危及管道安全。

3.1 濕陷性黃土地段管溝開挖

濕陷性黃土土質疏松柔軟，易開挖管溝，建議挖溝時超挖0.3 m，以便回填時采用灰土墊層。黃土立壁性強，管溝開挖邊坡坡值可較小，以減小對原始地貌的破壞范圍。開挖的方式可采用人工結合機械，陡坎地段應優先采用人工開挖，以來減少機械行走困難，和對濕陷性黃土地質的震動，避免滑坡、塌方現象。

放坡開挖或內支撐開挖，考慮施工造價、成本以及濕陷性土質等因素，在實際工程施工過程中管溝開挖方式通常采用放坡開挖的方法。管溝開挖前應制定切實的施工安全措施，并加以落實。濕陷性軟土地段、地下水位小于溝深地段及深度超過5 m的管溝坡比，可采用明渠排水、井點降水、管溝加支撐等方法。

3.1.1 管溝開挖對放坡的要求

管溝開挖時，放坡應該從墊層的上表面開始。管線土方工程定額，對計算挖溝槽土方放坡系數規定如下：（1）挖土深度在l以內，不考慮放坡;（2）挖土深度在1.0l～2 m，按l：0.5放坡;（3）挖土深度在2.0l～4 m，按l：0.7放坡;（4）挖土深度在4.01～5 m，按1：1放坡;（5）挖土深度大于5 m，按土體穩定理論計算后的邊坡進行放坡。[3]

3.1.2 放坡與土質的影響

根據《地基與基礎驗收規范》GB50202-2002土方開挖要求，臨時邊坡值（高寬比）根據土質來確定：（1）沙土（不含細沙和粉沙）為1∶1.25～1∶1.5;（2）一般性粘土：硬性1∶0.75～1∶1.硬塑性1：1～1.25，軟性1∶1.5;（3）碎石類：充填堅硬及硬塑粘性土1∶0.5～1∶1，充填沙土1∶1～1∶1.5。根據以上要求，自重濕陷性黃土開挖最好不大于4 m，硬性土開挖不大于8 m。[3]超過允許開挖深度的根據場地情況，可采取坡度放緩或進行支護。一般1.5 m以內深的基坑為淺基坑，不計算放坡，可根據土質情況進行相應措施。超過此深度計算挖土放坡量，可采取坡度放緩或進行支護，但根據現場及土質情況驗算坡頂承載力計算放坡坡度，從而節省土方工程費用，避免管溝塌方現象。

3.2 濕陷性黃土地段布管、組焊

3.2.1布管

在坡度大于15 °時，組焊時應隨用隨布，山溝或山谷中布管盡可能縮短布管和組焊的時間。

3.2.2 組焊

由于受地質影響，大型機械行走困難，可將施工隊伍分成幾個臺班分段進行施工作業，焊接作業中要采取不留頭，不留口，不回頭的原則，盡可能是管道、彎管、彎頭一次組焊到位，待焊接后續工序完成盡快回填。

3.3 濕陷性黃土地段的管線下溝回填

濕陷性黃土地段的管溝開挖應與管道組裝，下溝、回填等工序協調一致。回填時，建議將管溝兩側各6 m內的陷穴、溶洞及動物洞穴等用2∶8灰土或灰土草袋回填夯實，防止聚水，引發陷穴、溶洞的繼續發育而危及管道安全。

對于濕陷性（很嚴重）黃土層的管溝，回填前將管溝內積水要排凈，建議超挖0.3 m，并用3∶7灰土或2∶8墊層，回填并夯實，夯完墊層厚度0.3 m，夯實系數不小于0.9。為了保證灰土夯實系數，管道現場應制作滾輪在墊層上進行來回碾壓，直至達到夯實要求。

對10 °以上的陡坡，以及沖溝地段，可采用3∶7灰土或者2∶8灰土墊層，在最優含水量條件下夯實做墊層。夯完墊層厚度0.3 m，壓實系數不小于0.9，分層夯實回填至管頂，壓密系數不小于0.85，從而增強管溝頂部抗沖蝕能力。

為了保證對超挖0.3 m，并用3∶7灰土或2：8灰土回填夯實該墊層過程中，保證溝上管子不下滑，對溝下人員的安全帶來隱患，挖溝時應每隔50 m處，打一土堆防止沉管時，管子滑到溝里，待管溝具備整體下溝時，再把土堆挖開。施工灰土墊層過程，安排專人監護，以防管溝塌方。

3.4 站場、閥室的地基處理

濕陷性黃土地段輸氣站場、閥室的地基可采用3∶7或2∶8灰土換填，灰土厚度不小于2 m，每邊超出墊層邊緣不小于2 m，灰土分層厚度不大于300 m，系數不小于0.97，也可以采用強夯固基法。

強夯處理適用于本項目濕陷性土層厚度大于4 m的Ⅱ級和Ⅱ級以上自重濕陷性黃土路基。采用強夯法有幾點要求：（1）要查明強夯范圍內地下物體，以免施工造成損壞;（2）將周圍的陷坑，洞穴等進行填埋，消除地基質量隱患;（3）盡可能遠離周圍居住民宅及鄰近的建筑物，（距離民宅應大于200 m，距離建筑物應大于50 m）。避免設備對其造成有害影響;（4）當不能保障對周圍環境及建筑物的安全時，必須采取挖減振溝等隔振或防振措施，隔震溝開挖寬度應不小于1 m，深度不小于3 m。

3.5 濕陷性黃土地段水工保護

在濕陷性黃土地質下管道施工，水工保護工作不容忽視。一般線路段的水工保護措施包括管溝回填土保持和地表水導水措施。管溝回填土保持措施主要指擋土墻、截水墻、管溝夯填、人工植草等;地表水導水措施指地表條形截水墻、擋水墻、排水溝等。河流、沖溝穿越段的水工保護措施主要砌石護岸、護底、混凝土現澆、壓重塊穩管和設置地下防沖墻等。

3.5.1 擋土墻

濕陷性黃土地質的擋土墻，主要有加筋灰素土夯筑（用于高差小地段）和不加筋灰素土填筑（用于高差大地段）、草袋裝灰素土疊壘（用于高差小地段與高差大地段相間，如階梯地、山坡等）、砌漿塊毛、卵石等（用于高差大且有洪水地段）形式。

3.5.2 截水墻、排水溝

多采用砌漿毛石，混凝土澆筑，砌漿毛抗沖擊力較強，混凝土澆筑用于水流急、流量大的地方，二者造價都較高，其中混凝土澆筑的施工工藝復雜，難度高。

3.5.3 護坡、護岸

采用石灰拌土夯筑、袋裝疊碼、漿砌石砌筑、混凝土或鋼筋混凝土澆筑護坡、護岸。護坡應于截水墻、排水溝、擋土墻相結合。灰土夯筑應用于坡地管溝回填，謹防水土流失。

漿砌石砌筑、混凝土多用于復雜地形、沖刷嚴重地段，混凝土護坡、護岸造價高，很少用。一般用于河床條件較好時，采用連續澆筑混凝土保護管道。護岸則用于地質承載力不夠且水流沖刷力強的河流、沖溝。

4 結語

通過對濕陷性黃土的特質、濕陷級別、濕陷性黃土的結構以及變形機理的了解。結合目前我國成熟應對濕陷性黃土施工方法，用于蘭州地區濕陷性黃土地段油氣管道施工中的可行性。針對不同濕陷級別的土質，油氣管道施工可采用相應的措施進行施工，防止水土流失，預防土質濕陷。但實際操作中，還要充分結合現場地質情況以及現場實際情況，制定出有針對性并切實可行的施工方案。

參考文獻

[1] 蔣嵌，劉樹新，李標.定西油庫分輸庫大厚度濕陷性黃土地基處理[J].油氣田地面工程，2009，28（6）：62-63.

[2] 席劍，繆長平.濕陷性黃土地區管道基礎處理與施工[J].水力采煤與管道運輸，2003（2）：18-20.

[3] 王鍇，梁晶，李永明，等.濕陷性黃土地區管道的水工保護[J].油氣田地面工程，2008，27（12）.endprint