淺談膨脹土地質下管道施工

張麗 陳洈臣 唐英

中材建設有限公司（100176）

淺談膨脹土地質下管道施工

張麗 陳洈臣 唐英

中材建設有限公司（100176）

介紹了管道沿線膨脹土分級及工程特性，指出了管道施工中膨脹土的危害性，提出了具體施工措施。

膨脹土；管道施工；管道沿線

0 前言

膨脹土是指土中黏粒成分主要由親水性礦物（蒙脫石、伊利石等）組成，一般承載力較高。過去曾誤以為膨脹土是堅硬、壓縮性小的良好天然地基。但是經過大量工程實踐證明,這種土吸水膨脹、失水收縮，往復變形，性能極不穩定，常使建筑物產生不均勻的豎向或水平的脹縮變形,造成建筑物位移、開裂、傾斜甚至破壞，且往往成群出現，不易修復。膨脹土在國內外（云南、湖北、江蘇、非洲等）均有不同范圍的分布。

1 管道沿線膨脹土分級及工程特性

1）膨脹土分級

膨脹土的脹縮等級的評判是一個很復雜的問題，受諸多因素的影響和控制，隨時間地點而變化。膨脹土分級指標見表1。

表1 膨脹土分級指標

注:1）非膨脹土是指土的膨脹特性未達到定義為膨脹土的程度。2）標準吸濕含水率是指在標準溫度（25℃±2℃）和標準相對濕度（通常為60%±3%）下，膨脹土從天然含水量脫濕至平衡后的含水量。

2）膨脹土的工程特性

某水泥廠膨脹土層為弱膨脹土，以黃褐色為主，黏土中含較多粉砂，有滑感，裂隙發育，易風化，呈碎粒狀，含較多鈣質或鐵錳結核。天然狀態下，呈有棱角的塊狀或片狀，顆粒大小在2～5 cm之間；天然干燥狀態下呈暗灰色,膨脹土土塊非常堅硬；天然潮濕狀態下，膨脹土呈發亮的灰黑色或黃色；過分潮濕狀態下，膨脹土經攪動后可以結成巨大團塊或粗長黏條。干燥的膨脹土團塊，遇水浸濕后，即使在一定的荷載作用下，土的體積仍能膨脹，崩解成顆粒在1 cm以下的小碎塊或小薄片。

膨脹土不易被壓實。路基填筑后,膨脹土受到濕脹干縮的作用,在自重和車輛荷載作用下,路基易產生不均勻沉降，導致路面的平整度下降,甚至可使路面變形。由于含水量的變化不均勻,引起土體的不均勻脹縮,易產生大幅度的橫向波浪變形。邊坡部分的土體如壓實不夠,特別是高填方,在未對邊坡進行水防護或者水防護失效時,因土體具有高脹縮性遇水膨脹,從而容易造成邊坡的滑坡和坍塌。

2 管道施工中膨脹土的危害性及處理措施

管道施工不同于一般的建筑物，具有地域跨度大、施工場地呈線狀展布的特點。施工中，由于管道接口等地方難免會有微量滲水,加上自然降水、大氣蒸發、地溫梯度等周期變化的影響，促使膨脹土得失水分，管道基礎脹縮變形，以致管道開裂破壞，影響安全使用。

就水泥廠而言，地下管道通常包括壓力管道（如工藝循環水管道、工藝噴水管道、生活給水管道、消防管道）和重力流管道（如雨水管道、污水管道）兩種。壓力管道通常采用鋼管，連接方式采用焊接，密封性較好，不易漏水。重力流管道常采用混凝土管或UPVC塑料管，連接方式為承插或黏結，密封性相對差一些，容易漏水，在膨脹土管道施工中尤其要注意重力流管道施工方案的可行性。

例如，某工廠生料區域的第一、二層土壤分布情況為:第一層為非膨脹土，第二層為膨脹土并具有一定阻水性。根據數據計算，場平后地表非膨脹土厚度為-0.13 m～+2.87 m，按照當地溫度條件及設計要求，管道埋深約1.5 m，因此，部分管道的埋深將位于膨脹土層。鑒于場平后剩余大量非膨脹土，該項目管道施工采取墊砂及非膨脹土回填，管道地基處理方案如圖1所示（單位m）。

圖1 管道地基處理方案

經驗證,該管道施工方案取得了良好的效果，實際運行中沒有發生明顯的管道升降、破裂。

關于膨脹土地基處理方法，應根據現場的具體情況和管道施工的自身特點合理制定，建議采取以下措施:

1）對于管道施工，膨脹土的破壞通常是在膨脹土與非膨脹土的交界部位最為嚴重，因此，應以膨脹土與非膨脹土的分界處為界，其南北各10 km作緩解變形帶。緩解變形帶的管溝適當加寬，并用非膨脹土回填,以緩解膨脹土脹縮變形對管道的影響。

2）調整管道埋深不小于管道沿線的膨脹土垂直裂隙延伸深度，并適當加寬管溝，以緩解膨脹土產生的側向應力變形對管道的影響。

3）施工中要采取分段快速施工、施工完畢立即試壓，合格后回填的方法，以免因膨脹土暴露時間過長而加劇其脹縮變形。在管溝回填至距地表0.3 m時，應快速碾壓夯實、加高管堤，以保持土層的水分穩定。

4）管道在沖溝底部的埋深應大于1.0 m。鑒于膨脹土的親水崩解的特性，在管道經過的沖溝底部做拱形混凝土過水面，沖溝兩岸作護坡，凹岸沿垂直水流方向設導流壩，以約束水流，減小水流沖刷強度。

5）盡量避開雨季施工，以免雨水流入管溝而導致膨脹土遇水崩解。

6）為減少管道變形，可采用砂墊層（常采用中粗砂），鋪砂厚度、含水量視土壤脹縮情況而定，一般厚度不小于0.3 m。

7）做好溝槽排水，夏季施工應該防止溝槽暴曬導致土壤失水，雨季施工應有防水措施，嚴防出現浮管和溝槽浸水。

8）回填土應充分夯實，最好選用非膨脹土、弱膨脹土或是摻有10%石灰的膨脹土。回填后，地面不能低洼積水，應有散水坡排除地表積水。

9）管道兩側附近，不應有灌渠水溝，以免人為改變土壤得失水分情況。

10）管道兩側附近，不可植樹，避免樹根吸收水分導致土壤膨脹。

3 總結

膨脹土是影響地下管道施工的一種特殊土質，破壞力巨大。在實際工程中，應著重從影響其物理、力學性質變化的各種因素上綜合考慮，制訂嚴格的技術方案，并通過高科技設備對施工檢測數據進行分析，采取及時有效措施，進行預防或加以解決，把管道施工可能造成的影響降到最低。