談濕陷性黃土地區(qū)供熱工程問題的處理方法

張 鵬

(太原市熱力公司，山西 太原 030012)

談濕陷性黃土地區(qū)供熱工程問題的處理方法

張 鵬

(太原市熱力公司，山西 太原 030012)

以某供熱工程為例，針對濕陷性黃土地區(qū)的地質(zhì)特性，從工程地質(zhì)條件、巖土性質(zhì)、管基變形的影響因素和管溝黃土險穴災(zāi)害成因機理四個方面進行了總結(jié)分析，提出了供熱管線管基在濕陷性黃土地區(qū)的工程處理方法。

供熱管道，濕陷性黃土，管基，安全措施

0 引言

隨著城鎮(zhèn)建設(shè)的發(fā)展和愈來愈嚴重的環(huán)境問題，集中供熱成為解決工業(yè)生產(chǎn)和居民生活的重要熱源和供熱方式。在節(jié)約能源，改善人居環(huán)境和提高人民生活水平方面城市集中供熱有著巨大的優(yōu)勢。伴隨著城市規(guī)模的日漸增大，城市人口的日漸增多，城市的環(huán)境承載力愈來愈小。許多城市都已經(jīng)禁止在市內(nèi)選址修建集中供熱的熱源地，選擇在離市區(qū)較遠的地方修建，導(dǎo)致供熱距離的增大，從而對管線敷設(shè)的要求也隨之提高。供熱管網(wǎng)按敷設(shè)方式可分為管溝敷設(shè)、架空敷設(shè)和無溝敷設(shè)。無溝敷設(shè)又叫做直埋敷設(shè)，有著施工工序少、造價低、熱量損失少、使用壽命長及節(jié)約能源等優(yōu)勢[1]。無溝敷設(shè)的供熱管線對于管溝管基的要求隨著地質(zhì)條件的改變也發(fā)生改變，對于類似于濕陷性黃土的特殊土性，管基要采取一定的工程處理措施以達到設(shè)計要求，否則會造成巨大的安全隱患。濕陷性黃土在太原市的分布十分廣泛，本文以太原市某供熱工程為例介紹了供熱管基在濕陷性黃土地區(qū)的工程處理方法。

1 工程地質(zhì)條件

太原地區(qū)的濕陷性黃土由于地下位置和地質(zhì)沉積環(huán)境的不同，存在著含砂質(zhì)較多，可塑～硬塑狀態(tài)，蟲孔較發(fā)育，多干燥，壓縮性中等；個別特殊地區(qū)的濕陷性黃土壓縮性較高，土質(zhì)較均勻，厚度一般為2 m～12 m，最厚處可達15 m[2]。

1.1 地形地貌

該供熱工程的管線敷設(shè)的地貌屬于中山地貌。地形高程為834.07 m～845.51 m之間，最大高差為11.44 m。

1.2 巖土工程特性

根據(jù)勘探的結(jié)果可以看出，該供熱工程的巖性主要為雜填土、第四系全新統(tǒng)沖洪積的濕陷性粉土和圓礫。巖土構(gòu)成描述如下：

2 巖土性質(zhì)分析

2.1 黃土濕陷性評價

根據(jù)GB 50025—2004濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范得出該區(qū)屬于Ⅳ山西—冀北地區(qū)[3]。

根據(jù)JTG D30—2004公路路基設(shè)計規(guī)范，該區(qū)屬于Ⅰ東南區(qū)[4]。該供熱工程的管基濕陷等級為Ⅱ級(中等)。

2.2 地基土承載力特征值

根據(jù)地區(qū)的經(jīng)驗值及野外勘探的結(jié)果綜合，對各地基土層的承載力特征值進行確定，確定結(jié)果詳見表1。

表1 地基土層承載力特征值表

2.3 地基土層基槽工程設(shè)計參數(shù)

結(jié)合太原地區(qū)的工程勘察經(jīng)驗，對地基土層的粘聚力、內(nèi)摩擦角進行綜合確定，確定結(jié)果詳見表2。

表2 地基土層基槽工程設(shè)計參數(shù)表

2.4 場地土和地下水的腐蝕性評價

該供熱管線直埋管道的最大埋深在設(shè)計路面以下的4.0 m左右，供熱管道在埋深范圍內(nèi)未揭露地下水。供熱管道埋深附近土體對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評價為具微腐蝕性[5]。結(jié)果如表3所示。

表3 環(huán)境介質(zhì)腐蝕性評價表

3 管基變形的影響因素

1)不均勻沉降。

長距離的供熱管線在上部土體及附加荷載的共同作用下，管道可能產(chǎn)生較大的壓縮變形，超過管道的彈性形變后就會造成管道的塑性變形，在管道壓縮變形的過程中對管基造成了較大的不均勻荷載，尤其在管基的薄弱環(huán)節(jié)處發(fā)生較大的變形，從而產(chǎn)生較大的安全隱患。

2)強度及穩(wěn)定性。

當上部結(jié)構(gòu)自重及附加荷載超過管基的承載力并超過基礎(chǔ)的抗剪強度時，管基可能發(fā)生局部或整體剪切破壞。

3)管基在車輛的振動、地震等動荷載的作用下可能引起失穩(wěn)。

4)當供熱管道發(fā)生滲漏，滲漏量超過容許值后，可能引起潛蝕或管涌從而對管基造成破壞。

4 管溝黃土陷穴災(zāi)害成因機理

濕陷性黃土土質(zhì)是以粗粉粒為主體骨架的多孔隙結(jié)構(gòu)，粗粉粒間的由大量可溶鹽膠結(jié)連接構(gòu)成。在干燥環(huán)境中，黃土自身強度較高，壓縮性較小。一旦遇水浸濕，粉粒間可溶性鹽類溶解于水中，骨粒間強度隨之降低。土體在附加應(yīng)力與自重的共同作用下，骨架結(jié)構(gòu)迅速破壞。黃土的孔隙比越大，破壞越嚴重，濕陷越強烈，黃土陷穴就越發(fā)育。在管道施工過程中，由于施工的擾動，造成供熱管道沿線的濕陷性黃土性質(zhì)產(chǎn)生變化，尤其是管溝填土。

該供熱管線所處地區(qū)的氣候為干旱少雨且降雨集中和部分管道經(jīng)過灌溉型農(nóng)田也是此供熱工程管溝區(qū)黃土陷穴較多發(fā)育的原因。一方面，高強度的集中降雨或農(nóng)田灌溉很容易對未壓實且結(jié)構(gòu)破壞的管溝填土造成潛蝕破壞并形成陷穴。另一方面，該地區(qū)干旱少雨，由于降雨量變化較大，豐缺交替明顯現(xiàn)象對土壤洞穴的形成也起著關(guān)鍵作用。在干旱期，由于土體干縮有利于構(gòu)造節(jié)理的發(fā)育，豐水期由于強降雨或灌溉水形成的強大徑流沿節(jié)理下灌侵蝕逐漸形成陷穴，并將陷穴周壁的土體沿管溝走向進行侵蝕搬運，使陷穴逐漸擴大。

由上述分析得出，濕陷性黃土地區(qū)供熱管道的管溝為擾動土回填，經(jīng)擾動的填土由于結(jié)構(gòu)破壞、強度降低是濕陷性黃土地區(qū)供熱管線管溝黃土陷穴發(fā)育的本質(zhì)原因；此外氣候水文條件也是管溝黃土陷穴發(fā)育主要因素。

5 工程處理建議

由工程地質(zhì)條件與巖土性質(zhì)分析可以得出該供熱工程的巖土工程問題主要是濕陷性黃土管基的變形和管溝黃土陷穴災(zāi)害兩個方面，現(xiàn)分析如下：

1)濕陷性黃土管基變形處理方案。

供熱工程管基的開挖在清除表層雜填土后，繼續(xù)開挖至設(shè)計高程。若管基作用深度范圍內(nèi)土質(zhì)為干燥，整體按非自重濕陷性場地考慮，管基的濕陷等級為Ⅱ級(中等)，在管基埋深(≤4.0 m)與季節(jié)性流水條件下(考慮到供熱管線的級別按降低Ⅰ級處理)：應(yīng)對管基下0.5 m～1.0 m深度范圍內(nèi)的濕陷性黃土進行工程處理，處理方法主要為擠密壓實、加固或換填。

2)管溝溝槽處理。

該供熱工程管道開挖深度范圍內(nèi)地基土主要揭露為濕陷性粉土和圓礫，直立性差，在場地不受限的地區(qū)首選放坡開挖方式，放坡比例不應(yīng)大于1∶1。在場地條件有限的情況下必須采取有效的支護措施后方可進行開挖。管溝溝槽的放坡開挖與支護所需的巖土工程參數(shù)可參考表2。請施工單位根據(jù)場地的周邊環(huán)境條件綜合考慮其開挖、支護方案?；坶_挖后的棄土應(yīng)及時清運，不能堆積在基槽兩側(cè)，避免堆載對基槽穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

6 結(jié)語

長距離供熱管線在濕陷性黃土地區(qū)的工程處理方法已經(jīng)得到了很好的推廣和應(yīng)用，同時也取得了較好的效果。通過濕陷性黃土的現(xiàn)象看到濕陷性黃土的本質(zhì)和濕陷機理，對于供熱工程乃至其他類型的施工都有很大的指導(dǎo)意義。

[1] 王 飛，張建偉.直埋供熱管道工程設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007:92-97.

[2] 林景賢，曹希勝.太原市濕陷性黃土及其分布[J].華北地質(zhì)礦產(chǎn)雜志，1996(1)：145-146.

[3] GB 50025—2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].

[4] JTG D30—2004，公路路基設(shè)計規(guī)范[S].

[5] GB 50046—2008，工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范[S].

Methodforengineeringtreatmentofheatsupplyengineeringincollapsibleloessarea

ZhangPeng

(TaiyuanHeatingPowerCo.,Taiyuan030012,China)

In this paper, based on a heating engineering as an example, summed up the specific engineering approach, from the aspects of engineering geological conditions, the analysis of rock and soil properties, the factors affecting the deformation of pipe foundation and the genesis mechanism of the gully disaster of trench and gully four aspects. Analyzed and put forward the engineering treatment method of heating pipeline base in collapsible loess area.

heating pipeline, collapsible loess, pipeline foundation, safety measures

2017-10-03

張 鵬(1979- )，男，工程師

1009-6825(2017)35-0067-03

TU995

A