濕陷性黃土中濕陷和凍脹的綜合治理研究

■　許福興　張永祥

（甘肅工程地質研究院 甘肅蘭州735000）

濕陷性黃土中濕陷和凍脹的綜合治理研究

■許福興張永祥

（甘肅工程地質研究院 甘肅蘭州735000）

石油氣長輸管道工程之中經常會遇到濕陷性黃土地基，濕陷性黃土地基因為其本身的特殊物理力學特性，對油氣工程帶來了巨大的挑戰。在文中主要就濕陷性黃土中濕陷和凍脹的綜合治理進行分析探討。

濕陷性黃土凍脹濕陷

1　關山輸油站基本情況介紹

輸油管道站場建有大型輸油泵、儲油罐及各類檢測監控設備設施，對場地要求高，在濕陷性黃土中建站，濕陷和凍脹對場站設備設施構成很大威脅。2014年我們承擔蘭鄭長輸油管道關山站第三期場站治理工程，本文結合工程實踐，探討對濕陷性黃土地區凍脹和濕陷問題綜合治理方案。關山輸油站位于甘肅省蘭州市七里河區黃峪鄉邵家洼村，站場位于斜坡上，通過半挖半填形成，站場占地13500m2，主要由變電所、泄壓罐區、輸油泵區、工藝設備區、進出站閥組區、辦公樓等組成。

自2009年建成投運以來，站場一直存在不均勻沉降，造成護坡工程和建筑物基礎、墻體等變形開裂。2012年第一期治理工程對出現變形破壞的邊坡和場地進行了工程治理，主要在填方邊坡處設置了抗滑樁和混凝土護坡，2013年第二期工程治理在綜合辦公樓處施工了灰土擠密樁和灌漿。工程完成后，填方邊坡的變形得到了控制，但站場及挖方邊坡仍然處于不均勻變形中。新建的門崗房、變電所戶外開關場、進站便道、辦公樓、后部管道工藝區等均出現了不同程度的沉降，產生寬度與長度不等的裂縫，嚴重威脅站場工作人員與管道運營的安全。

2　水文地質條件

關山輸油站位于甘肅省蘭州市西固區、七里河區與永靖縣的交界地帶，地處季風氣候區與非季風氣候區的過渡地帶，總的氣候特征是：降水偏少，日照充足，蒸發量大，氣候干燥，晝夜溫差大；季節變化顯著，夏無酷暑，降水集中；冬季較冷，干燥。海拔高度2400米。

根據氣象資料，年平均氣溫9.3℃，極端最高溫度39.1℃，極端最低溫度-23.1℃；歷年平均風速0.96m/s，最大凍土深度120cm，歷年積雪最大厚度10cm。

3　治理工程設計

3.4治理目標

治理目標確定為：消除關山輸油站站場內濕陷性沉降和凍脹，確保站場場地及邊坡的穩定性。保持設備正常運轉。

3.2設計思路

本次工程治理以換填場站地基土為三七灰土，區部含水率較大不適用三七灰土區塊換填為一九水泥土，以改變地基土性質，消除濕陷性。根據勘察資料該地區最大凍土深度1.2米，因此在填方區域換填深度為1.5米。挖方區域換填深度1.2米。場站全部用C20混凝土硬化，整個場站形成封閉的區域，阻止地表水進入。拆除原有破損的護坡，改用C25混凝土澆筑的整體護坡。鑒于原有排水系統為隱形排水渠且覆蓋蓋板，部分地塊排水渠埋入地下，地表水集中排放，水渠損壞不宜發現，不宜維修等缺點。本次治理工程改用散排的方法，場站中間為最高點，水流向四周散排。以場站內道路為排水渠，在場站四周修建L型排水渠，水流集中后排向場站外。場站內沒有U型水渠，即使水渠破損易于發現，易于維修。

4　施工工藝

4.1換填施工工藝

場站換填面積較大，管道、電纜、光纜密布，且沒有平面布置圖，施工使用人工開挖，開挖換填費工費時，效率較低。為了確保工期，我們用雷迪探測儀，確定管道管線大致位置。以10米為間距開挖網狀探槽，探槽深度比換填深0.3米，在網狀方格內使用挖掘開挖換填。經實驗室測定三七灰土夯填最佳含水量16%，在符合條件的區塊使用三七灰土夯填，局部含水率較高的區塊使用一九水泥土夯填。在回填時加入破碎的混凝土塊，其目的為：（1）加入混凝土塊在地基土中起骨架作用，增強地基土承載力;(2)減少回填土，縮小濕陷、凍脹空間，混凝土塊的體積是不會改變的；（3）減少石灰、水泥用量，節約成本；（4）混凝土塊不用外運，不用占地堆放，降低成本，廢物利用；（5）環保效益明顯。

4.2混凝土護坡施工工藝

護坡坡度65°-80°坡高12米左右，分三級，設計混凝土厚20CM,中間加鋼筋網。用傳統方法支模澆筑。支模、拆模工作量大，費工費時。且容易漲模、跑模，護坡表面平整度不好，出現蜂窩麻面不可避免，模板與模板分界面處容易出現斷裂，混凝土連續性不易控制。為了解決上述問題，我們采用滑膜技術，混凝土一次澆筑不留工作縫，表面采用二次抹壓技術處理，取得很好效果。具體闡述如下：

兩排混凝土塊之間加泡沫板作為伸縮縫，在縫中灌瀝青封閉。在護坡施工之前使用洛陽鏟打孔，安裝110MMPVC管，作為泄水管，泄水管長2.5米，管上打孔，包尼龍網，泄水管安裝在護坡原土之中，排水是其功能之一，更重要的功能是排除混凝土護坡后潮氣，解決冬天凍脹問題，保護混凝土護坡完整。

4.3水渠施工工藝

水渠改變原來傳統做法，不再采用有蓋板覆蓋的U型水渠，護坡底以護坡基礎為一邊改用L型水渠，其余部位做成瓦片狀水渠。即方便施工又方便維護。水渠用鋼筋混凝土，表面加防裂網，預防表面出現微裂縫。排水渠坡度要求不小于千分之三。

5　結論

濕陷性黃土中濕陷沉降和凍脹、凍融沉降是破壞地基基礎的主要因素，而造成危害的根源在于水。因此在濕陷性黃土地基中封水、攔截水，防止水進入地下至關重要。本文論述的關山站第三期沉降整治工程，設計理念就是防水，場站混凝土硬化、混凝土護坡、排水渠工程都是為防水而設。換填地基是防水無效的情況下，水進入地下做的預防措施。在黃土中加入熟化的石灰、水泥是為了改變黃土性質，作為黃土骨架的砂粒和粗粉粒，在天然狀態下，由于膠結物的凝聚結晶作用被牢固的粘結著，故使濕陷性黃土具有較高的強度，而遇水時，水對各種膠結物的軟化作用，土的強度突然下降便產生濕陷。

黃土中加入熟化的石灰、水泥在最佳含水率的狀態下夯填，黃土顆粒膠結物溶于水破壞了原始的結構，在石灰、水泥的作用下形成新的結構，兩者所含的正負離子不同，在重新組合時會緊密結合，隨時間越長，灰土硬度會越增強。

石灰是氣硬性材料，在含水率較高的條件下不能固結，在含水率超過18%的條件下應采用水泥土，水泥是水硬性材料，含水率較高的條件下固結比較好。

用滑膜一次澆筑的混凝土護坡，整體性好，不宜開裂，視覺效果好。在護坡中安裝2.5米長泄水管，能使護坡后水分排出，冬天不宜出現凍脹，保護護坡不受損壞。

場站雨水采用散排沒有集中排水渠，即使混凝土破損也不會造成水流集中，在地下形成暗流，給地面建筑物構成大的威脅。L型水渠、瓦片狀水渠都為明渠，損壞容易發現、容易維修。

P641.4+3[文獻碼]B

1000-405X（2016）-3-444-2