黃土地區PE管代替傳統圬工急流槽養護施工技術分析

張居業

（臨夏公路事業發展中心，甘肅 臨夏 731100）

黃土地區作為我國的重要生態環境類型之一，在水資源管理和土壤保持方面一直面臨著諸多挑戰。傳統的圬工急流槽養護施工技術雖然在一定程度上可以減緩水土流失，但其在效率、可持續性等方面存在一些限制。近年來，隨著科技的不斷發展，新的技術手段被引入并逐漸應用于黃土地區的水資源管理和土壤保持工作中。其中，將PE管代替傳統的圬工急流槽成為備受關注的新興技術。文章將對這一技術進行淺析，旨在探討黃土地區采用PE管的可行性、優勢以及可能面臨的挑戰，為該地區的生態環境保護和可持續發展提供新的思路和方法。

1 技術背景及簡介

G568線永靖至東鄉段公路地處臨夏州東鄉縣境內，該路段屬于典型的濕陷性黃土路段，每年汛期，水毀損壞是該路段養護工作的一大難題。黃土路基沉陷、陷穴、邊坡沖刷與失穩、圬工砌體排水溝及涵洞出口漿砌片石急流槽斷裂等公路病害頻繁發生。黃土本身性狀是導致路基濕陷性破壞的內部因素，而排水不暢及合成坡度大等因素，是導致黃土路基濕陷性破壞的外在因素。針對以上問題實踐，東鄉公路段經過多年對濕陷性黃土地區公路的養護總結出合理解決排水問題是防止黃土路基發生濕陷性破壞的關鍵。

2 基本原理

2.1 圬工排水設施損壞原因分析

因黃土具有大孔隙、垂直節理、透水性強、抗水性弱、易崩解、濕陷性明顯等水理特性，因而在黃土地區的邊坡上修筑的傳統漿砌片石或混凝土急流槽，圬工體本身或伸縮縫一旦開裂，雨水下滲會使土基結構發生破壞，形成溶洞，從而導致急流槽發生破壞。在雨水的匯聚沖刷和附加應力作用下，容易引起路基坡面的不均勻沉降，從而導致圬工體的變形開裂或者折斷損壞。這類病害早期不易發現，發現時已造成排水設施損壞，部分損壞的急流槽和排水溝，在強降雨的影響下，易引起路基整體失穩或者路基缺口的出現，進一步增加了修復難度和維修成本。

2.2 解決水毀問題的原理

PE管所具有的柔韌性使其土體結構的抗沉降能力增強。從管材表面結構材料看，與金屬管理相比，剛度、強度等方面具有顯著優勢。從實際應用看，PE管材屬于“柔性管”，埋設后聚乙烯壓力松弛化的特征可產生形變，與周圍土壤環境形成共性負載；實際軸向應力水平與理論計算值相比較低，其中管材的斷裂伸長率≤300%，彎曲的軸向半徑值要小于管道直徑的20倍左右。作為高強度的韌性材料，可適應地基結構的不均勻沉降。本管材自身接頭密封性好，接頭的強度高于管道本體強度。綜合以上特點，PE管急流槽具備其他形式的排水設施所沒有的耐久性和可靠性，可從源頭上避免了黃土濕陷性崩解的發生。

3 PE管急流槽材料選擇

PE壓力管采用聚乙烯管材，原料等級為PE100，壓力等級為0.8 MPa，管徑可根據工程實際選擇，常用管徑為400 mm。聚乙烯（壓力PE）管材的技術特性和性能指標如表1所示。

表1 管材的技術特性和性能指標

4 PE管急流槽關鍵技術

4.1 設置位置的選擇

管道埋設時要以“早接遠送”為原則，管道線路選擇時盡量規避山坡不穩定地段，并且做到管口（出水口）要遠離坡腳，安裝到溝底穩定地段（如巖石層）或無濕陷性的土壤地段，避免侵蝕坡腳和溯源侵蝕現象，誘發路基高邊坡的不穩定，引起次生災害以及管道的損壞。

4.2 管材的焊接工藝與實施要點

①對管材進行切割處理，切割面需與管材軸線位置具有垂直向，避免出現斜口；②管材結構插入后，需按照設計要求，為減少管道內雜質含量，需做好管道內外部清潔處理工作，減少泥砂、水等的存在量；③管材焊接過程中，需去除管道表面的氧化層，選用刮削的方法去除，同時要留余部分刮削區域，保證管材或插口管件位置，便于切割。④管材應按設計要求安裝到位，使管材、管件結構能夠平行化處理，保證管材結構穿插化，并需在插口端口位置達到既定的設計要求；⑤管材焊接過程中，電焊機械設備（交流電壓39.5 V）應按照實際配套選用。

5 施工工藝簡介

5.1 施工流程

施工準備→施工放樣→溝槽開挖→基底處治→管道安裝→管道焊接→土方回填→邊坡綠化。

5.2 施工準備

5.2.1 施工方案定制

①對水毀修復處的地形進行實地勘測，確定跌水井位置和排水管埋設的走向，埋設位置盡量避開水毀的坑洞和回填土位置，選擇未沖刷土體，防止基底沉降造成構造物破壞。必要時可采用石灰土等方法進行基底處理。②根據相應的邊溝匯水量確定跌水井的尺寸和管道急流槽管材的直徑。③出水口位置盡量選擇在較穩定的原出水口，或者采用漿砌片石、混凝土等方式，因地制宜，靈活選擇。

5.2.2 施工人員及材料進場

①工程用材料機具由專人對其供應商進行考查備案，考查合格后，才能按計劃進場。②工人應當熟練掌握各項工藝、技術參數和安全規章，確保施工隊伍人員穩定，安排專人專職負責。③作業人員和設備進場后，做好施工現場的安全防護，圈出危險地帶和施工區域，做好安全警示。

5.3 施工過程與過程控制

5.3.1 施工放樣

依照制定的方案對跌水井位置、排水管路徑和出口位置進行準確放樣，并用石灰或木樁實地標記，以免由于地形險峻和不通視造成盲目施工。

5.3.2 溝槽開挖

可采用機械開挖和人工開挖，開挖時溝槽寬度應保證人員便于施工，一般管槽底寬為管外徑+0.3 m作為施工面，管槽開挖深度為埋設在車行道下時，管頂覆土不應小于0.6 m；埋設在非車行道下時，管頂覆土不應小于0.3 m。

5.3.3 基底處置

開挖后應對溝槽基底進行整平夯實，如有農路、農田等人員活動的區域，應采用水泥穩定土、石灰穩定土等進行基底處置。

5.3.4 管節安裝

施工前首先應對安裝繩索等工器具予以檢查，施工人員在上崗前必須進行專門培訓，培訓內容包括聚乙烯專用料特性、電工知識、聚乙烯熔接設備、聚乙烯管道施工技術等理論知識。

5.3.5 管道安裝

①管道準備與布置。首先，需要對PE管進行準備和布置。在準備階段，對PE管進行檢查，確保管道質量符合要求，沒有損壞或缺陷。然后根據設計要求，將PE管進行切割和加工，使其符合實際施工需要的長度和形狀。其次，根據設計圖紙和施工方案，對管道進行布置，確定管道的位置和走向，確保管道的布置符合設計要求和施工規范。②管道安裝與連接。在管道準備和布置完成后，開始進行管道的安裝和連接工作。首先，在施工現場進行地面的準備和清理，確保施工環境整潔和安全。其次，根據設計要求和布置圖紙，將PE管逐段鋪設到預定位置，并進行連接。在連接過程中，需要采用專用的連接件和工具，確保連接牢固和密封。同時，要注意管道的排水和排氣，避免管道內部積水和氣體，確保管道的正常使用和運行。在安裝過程中，還需要進行必要的質量檢查和驗收，確保管道的安裝質量符合要求，沒有質量問題和安全隱患。

5.3.6 電熔接頭焊接

①對于電焊管材來說，按要求應對電焊管材進行包裝處理，及時清潔管道內外環境；②PE管具有良好的耐腐蝕性和抗老化性，但是在接頭工具選取的過程中，需選用手動或者機械處理，保證刮削過程符合設計要求。例如，在選用鞍形三通的過程中，需按照既定的焊接位置進行刮皮處理。③使用塑料管材切刀或帶切削導向裝置的細齒鋸對所需的管材位置進行確定，進而確保其端面位置能夠垂直于管材軸線處。④管材位置的插入深度，應符合既定設計的要求，確保標記插入深度符合工程施工實際應用要求，插入深度同管件的承口深度。⑤管材的焊接區域應對管道口位置進行清洗，可選取高濃度酒精擦洗，確保管口絕對干凈整潔、無水漬殘留。

6 工程應用案例與應用前景分析

6.1 G568線K107+740處水毀修復應用實例

結合G568線K107+740處水毀修復工程案例，具體施工圖如圖1。

圖1 G568線K107+740處水毀修復應用實例

6.2 應用效果評價

“十三五”以來，東鄉公路段已累計使用PE管急流槽達到4 800 m，通過可靠的PE管排水設施將雨水輸送到遠離路基的地方，充分保證了路基安全穩定。PE管急流槽在實踐中展現了優良的性能，尤其是在縱坡高低起伏、復雜多變、邊坡坡度超過60°或者跨越垂直陷穴的陡峭斜坡上有不可比擬的優勢。因為這種環境下機械無法靠近，而PE管具有剛度大、柔韌性強且重量較輕的優點。施工中不需機械設備輔助，人工采取簡單的安全措施后，就可以在各種困難的地形上作業，完成管道埋設工作。

6.3 效益評價

（1）經濟效益分析。近年來，在全球變暖的大背景下，臨夏地區雨期降雨的頻次和強度均有所上升，在臨夏地區穿越黃土區的國、省道上修建的圬工急流槽，埋設的雙壁波紋管急流槽等由于材料自身的局限性和不足，常發生損壞，抗自然災害能力差，致使每年需要投入大量的資金、人力進行維修，養護成本高，效果有限。與傳統圬工急流槽相比，PE管急流槽具有造價相對低，材料質地輕，便于運輸、安裝，內壁光滑，阻力小，泄水能力強，不易損壞，后期維修費用低的優點，在黃土地區推廣應用可有效節約公路全壽命周期養護成本，經濟效益顯著。

（2）社會效益分析。使用PE管代替傳統圬工急流槽，大量減少了水泥、塊片石或碎石、砂等建筑材料的使用，避免了頻繁修復排水設施所產生的固體廢棄物造成環境污染。且PE管具有優良的耐久性和適應地基承載力變化的能力；管道間采用電熔連接，連接強度高；低溫抗沖擊強度強，施工難度小；能減少土地占用；且廢舊的PE管可以回收利用，符合我國節約型社會的生態理念，具有較高的社會效益。

7 結束語

總之，黃土地區采用PE管代替傳統圬工急流槽養護施工技術在水資源管理和生態環境保護方面具有明顯的優勢。通過對比分析傳統圬工急流槽與PE管技術，可以看到PE管在施工、維護和環保等方面都呈現出更為可行和可持續的特點。其在減少水資源浪費、防止土壤侵蝕、提高養護效率等方面的表現，為黃土地區的水資源保護和可持續發展提供了新的思路。然而，在實際應用過程中仍需要考慮地方特色和實際情況，持續監測和改進技術手段，以確保該技術在黃土地區的有效推廣和應用，從而為該區域的水資源管理和生態建設做出更大貢獻。