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软土油气管道工程地基处理策略

摘要:油气管道是现代油气运输的一项重要手段,作为油气建设的一项重要基础设施,油气管道的建设关系到油气运输的运行稳定性。在管道建设设计施工中,如何确保管道工程的安全、可靠是项目设计人员以及施工人员密切关心的问题。通过对杭甬线、杭湖线线路的油气管道工程项目的基本介绍及问题分析,结合软土性质特点,做出了项目建设设计及施工环节的改进措施。通过改进措施的实施对软土地区油气管道建设具有很大的安全保障。

关键词:软土区域;油气管道;地基处理

1.引言

油气管道建设呈现出逐年增长的趋势,在建设过程中地基不良是一项普遍问题,尤其是针对软土区域及施工措施技术目前还存在很多问题需要进行研究。由于管道工程设计及施工的特殊性,大多数管道埋置地表以下很深位置,如果不能合理设计及施工,可能导致附近建筑物或者农田出现地基不均匀沉降或者出现管道上浮的现象,这对于感到的运营造成了很大的安全隐患。伴随着我国能源不断开采,油气管道已经成为了关系到国家能源安全的一项重要指标,对其性能的要求越来越高。基于以上分析,本文将结合具体项目分析软土趋于油气管道地基处理措施的改进方法。

2.软土区域特点分析

在我国软土地基本分布在滨海、湖泊等地沉积形成的软弱土。软土的物理性质主要包括以下几点:(1)含水率高、孔隙比较大。软土中的含水率一般在30%~70%范围内,并且饱和度较大,通常能达到90%左右;软土的孔隙比大都大于1,最大的可以达到6。高含水率以及较大的孔隙造成了软土地位置的地基变形会很大、强度较低的特点。如表1所示为我国主要软土地区物理特性参数。(2)透水性能较差。由于此特性使得软土的固结时间相对较长。(3)可压缩性强。由于软土具有较大的孔隙比,使得其可压缩性能较强。(4)抗剪强度低。由于软土的抗剪强度非常低,导致在进行不排水剪切时,软土的内摩擦角接近于零,抗剪强度主要由内聚力决定,而内聚力值一般小于20kPa。(5)具有很强的触变性。由于软土具有絮凝结构特点,是通过小颗粒沉积形成的沉积物,因此具有很强的触变性。当软土的结构被破坏时,其结构强度就会被破坏。(6)流变性。软土的流变特性主要包含蠕变特性、流动特征、应力松弛特征以及长期强度特征。对于工程建设来说,软土地基是一种不良地基。软土地基的形成原因有几种,主要包括:人工填埋形成的地基以及江河湖海周围自然形成的黏土以及粉土地基。在我国沿海地区,软土的分布比较广泛,其厚度从几米到几十米不等。如果将软土地作为建筑地基将产生不利后果。对于迫不得已的选择情况下需要充分考虑软土地基的强度、变形而导致的稳定性变差问题。

3.工程分析

(1)工程现象说明通过对杭甬线以及杭湖线进行线路巡查,发现以下几点现象:①在现场发现水网段软土地基区域,出现部分管道上浮情况;部分管道距离地面高度小于300mm,导致管道上方耕地无法正常耕种,同时管道存在安全隐患。②对沿线主要站点进行巡查发现部分站点出现地基不均与沉降现象,导致地面铺砌出现部分翘起现象,有些场地出现高低起伏,严重的出现房屋裂缝现象。(2)现象原因分析杭湖线输气管道工程位于我国太湖以南地区,该地区是水网区域分布软土地比较广,在管道工程完工以后,出现了软土地基不均与沉降导致的上述现象,具体分析如下:①已建成的输气管道场地出现沉降问题以及地面翘起、场地高低起伏甚至出现建筑物裂缝现象的原因,分析是由于在进行场地就建设后期进行场地回填过程中没有经过分层夯实工序;另外一个原因是下卧软土层出现沉降导致;第三个原因是由于产地排水设施不完整加剧了地基出现沉降。②管道上浮现象的原因分析,通过现场巡查发现管道上浮多出现在水网地带,由于管道经过地区为太湖冲击平原,存在大量的水网,地下水位非常浅,并且在每年的4~7月以及9月期间的雨季,当地余量充足,导致地下水位上涨。输气管道沿线粘性土以及淤泥,在管道铺设期间地表水和地下水量巨大,管线沟道回填过程中,部分管道就会浸泡在水和黏土以及淤泥形成的泥浆之中。管道建成以后,在没有开始天然气输送之前,管道处于内空状态,管道单位长度重量小,无法对黏土进行充分压实,在后期就会出现管道上浮现象。③在施工过程中没有合理添加混凝土压重块。④管道施工完毕以后,管沟回填处理不合理。对于处于水网段的管道,由于地表水充足且地下水位较高,管道施工过程中管沟中会存在大量积水,施工过程中地基土极容易出现扰动形成泥浆,在管道铺设完毕回填管沟的过程中,如果没有将管沟中的水完全排出,同时没有将管沟形成的淤泥清除,就会导致管道埋设深度达不到设计深度,后期就会出现上浮现象。⑤在施工过程完毕后对管道进行密封测试的打压过程,通过管道对周围软土形成振动,导致其强度和压缩性出现变化,或者导致粉土产生振动形成液化,也会导致内空管道上浮现象。

4.软土地区管道工程改进措施

(1)设计改进措施①充分考虑管道位置土层特点,尽可能的规避其缺点,充分利用软土地区大多存在的“硬壳层”区域,对管道位置的软土下卧层进行受力验算。②综合考虑地基、基础以及管材特点,在进行管材连接的时候需采用柔性连接。③对地基承载进行验算,选择合理的地基尺寸。④对于室外管道的标高计算,需要充分考虑建筑物的沉降量考虑对管道标高进行降低,从而满足建筑物沉降时对局部标高的调整。⑤在条件允许的情况下,尽可能对场地进行预压。在进行软土趋于管道设计的时候,需要充分考虑对不良地区的避让,还要考虑结合管道穿越趋于地质条件进行合理措施的设计,从而报主管道施工的安全。在管道经过软土区域时需要加强稳管方案。在进行稳管时有很多方法,可以根据施工特点加大管道埋深,这样可以保证管线埋设以后对耕地产生影响最小化,同时还可以保证管道受到上层土壤的压制不会上浮。必要情况下,可以采用间隔式压重的方式作为稳管施工方案。另外还可以采用土工布压重来进行稳管,目前采用非织物合成材料来进行稳管已经是一种比较常用的方法,如图1所示是非织物稳管的结构图。为了对管道稳定性进行加强,需要根据施工现场地质条件,将管沟底部的软土进行初步处理,利用密度较大填充材料对沟底进行局部填埋。(2)施工改进措施本文所述工程位于我国江南水乡,所处位置水网密集,地形平坦,管线沿着水线分布,有些地段甚至距离很长,地下水位比较高导致施工困难。需要根据不同的地质条件采用不同的施工方案。①在进行地质稳定区段施工时,土质比较密实,可以通过事先挖沟排水,排水后进行晾晒干燥以后通过设备进行管沟挖掘工作,这样就会满足正常时候要求。②在经过沙土区域的时候,由于沟壁容易垮塌,因此可以考虑先进沟外排水,然后进行沟道挖掘工作。③对于淤泥比较多的区域,由于土层不稳定很难成型,可以采用利用截水板进行辅助降水为、排水的措施。该区域地基的承载能力较低,可以采用铺田木板、树枝等材料的方法增强承载力。在垂直管道方向可以通过铺垫300mm厚的碎石材料进行后续施工。最后需要施工单位根据实际情况,采取切实有效的方案进行现场施工。在施工过程中如果遇到原状土层产生扰动,管道周围形成淤泥。这是需要进行沟内积水排出,及时回填措施。如果积水无法排出,在进行回填时应考虑采用编织袋装土,或者采取压重稳管方法进行稳管,然后进行管沟回填。

5.结语

本文通过对实际处于软土区域管道工程现象的具体分析,在充分分析软土特征及物理特性的基础上,制定了软土区域油气管道设计、施工改机措施,通过本文改进措施,可以对今后软土区域油气管道的项目建设起到一定借鉴作用,避免出现管道上浮以及地基不均与沉降现象。

【参考文献】

[1]顾晓鲁,钱鸿缙,刘惠珊,等.地基与基础[M](第三版).北京:中国建筑工业出版社,2003.

[2]柳金海.不良条件管道工程设计与施工手册[M].北京:中国物价出版社,1992.

作者:程圆晶 郑兴 蒋婕 李沫 单位:中国石油工程建设有限公司西南分公司

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