王美玲
中国石油天然气第一建设有限公司设计研究院
摘要：在油气长输管道工程中经常遇到湿陷性黄土地基, 湿陷性黄土在一定压力下受水浸湿, 土结构迅速破坏并产生显著沉降，地基处理不当会对管道和站场安全运营构成潜在威胁。本文着重介绍湿陷性黄土地区管道基础的处理与施工方法，确保油气管道及配套
设施的安全运行。
关键词：软土地区；石油管道；地基处理
1 前言
随着能源开发力度的不断加大, 油气管道及配套设施已成为国家的能源命脉, 其安全性要求越来越高。在长距离管道安装中, 由于各方面的因素, 采用直埋的方法最为普遍, 而直埋管道的基础对于不同的地基、土质也有着不同的要求。 不良的地质主要有:膨胀土、红粘土、泥炭质土、岩溶及湿陷性黄土等。
在我国, 黄土和黄土状土广泛分布在华北和西北等地, 且地层多、厚度大。这些地区, 一般气候干燥, 降雨量少, 蒸发量大, 属于干旱、半干旱气候类型。黄土在自重或一定荷重作用下受水浸湿后其结构迅速破坏而发生显著的附加下沉, 以致在其上的建筑物遭到破坏, 这是黄土的一种特殊性质。由于湿陷性黄土的特性, 在湿陷性黄土地区管道发生事故的主要原因是地基的不均匀沉降。因此管道对地基强度、稳定性及不均匀沉降有极为严格的要求。
2 湿陷性黄土对管道的影响
由于湿陷性黄土的特性, 在湿陷性黄土地区管道发生事故的主要原因是地基的不均匀沉降。因此管道对地基强度、稳定性及不均匀沉降有极为严格的要求。
（1）强度及稳定性。当地基的抗剪强度不足以支撑上部结构的自重及附加荷载时, 地基就全产生局部或整体剪切破坏。
（2）压缩及不均匀沉降。当地基由于上部结构的自重及附加荷载作用而产生过大的压缩变形时, 特别是超过管道所能允许的不均匀沉降时, 则会引起管道过量下沉, 接口开裂, 影响管道的正常使用。
（3）地震造成的地基土震陷以及车辆的振动和爆破等动力荷载可能引起地基土失稳。
（4）地基渗漏量或水力比降超过容许值时, 会发生水量损失或因潜蚀和管涌而可能导致管道破坏。
当管道的天然地基存在上述四类问题之一或几个时, 应采取适当的地基处理措施, 以确保管道的安全正常运行。在确定管道基础处理方案时, 可根据工程的具体情况对几种处理方法进行技术、经济以及施工进度等方面的比较。合理的地基处理一定是技术可靠, 经济合理, 又能满足工程进度的要求。
3 软土地地基处理措施
由于湿陷性黄土的特性，在湿陷性黄土地区管道发生事故的主要原因是地基的不均匀沉降。
当湿陷性黄土地区的管道因地基的不均匀沉降而发生断裂、渗漏时，湿陷性黄土就会受水浸湿而发生显著的附加下沉，在其上的建筑物会随之遭到破坏。为了保证湿陷性黄土地基上管道的安全和正常使用，在绝大多数情况下都必须考虑地基处理，同时提高地基的承载能力。管道的地基处理主要是全部或部分消除其湿陷性。对非自重湿陷性黄土地基，若管道基础下的地基处理厚度达到压缩层下限，或达到饱和的自重压力与附加压力之和等于或小于该土层的湿陷起始压力，就可以认为地基的湿陷性全部消除。对自重湿陷性黄土地基，由于地基的湿陷量和湿陷变形与自重湿陷性土层的厚度、浸水面积有关，而与压缩层厚度无关，所以必须处理基础地面以下的全部自重湿陷性黄土层。
（1）灰土垫层。灰土垫层常被用于非自重湿陷性黄土地区管道地基的处理，适用于处理1m ～ 4m 厚的软弱土层。管道的基础是条形基础，作用于地基上的力也比其他建筑物小，而且是基槽开挖后埋入地下，表面的软弱土一部分已被去掉，所以在管道施工中常用灰土垫层处理湿陷性地区的管道地基，以提高承载力，减少沉降力。
灰土垫层是将基础下面一定范围内的弱土层挖去，用一定体积比配合的灰土在最优含水量情况下分层回填夯实或压实。
灰土中石灰用量在一定范围内，其强度随灰土用量的增大而提高，但当超过一定限值后，强度则增加很小，并且有逐渐减小的趋。灰土中的土不仅作填料用，而且参与化学作用，尤其是土中的粘粒或胶粒具有一定活性和胶结性。含量越多，灰土强度越高，土粒粒径不得大于15mm。灰土垫层的施工，应严格按有关规程进行。灰土垫层的厚度与湿陷变形的关系。垫层有一定的厚度才能使湿陷量最大的上部土层的湿陷性消除，并由垫层扩散到天然黄土层的附加力减少到某种程度，使浸入后的湿陷量减少。
（2）素土垫层。素土垫层是先挖去基坑下的部分或全部软弱土，然后回填素土分层夯实，处理Ⅰ级非自重湿陷性黄土，管径不大的管道地基常采用素土垫层。素土垫层的料一般以黏性土为宜，填土必须在无水的基坑中进行。夯实施工时，应使土的含水量接近于最佳含水量，填土的夯实应分层进行，多层虚铺的厚度可参照灰土垫层的虚铺厚度。
（3）砂垫层。由于砂垫层材料具有良好的透水性，当软弱土层受压后，砂垫层可作为良好的排水面，使管道基础下面的孔隙水迅速消散，加速垫层下软弱土层的固结，提高其强度，避免地基土塑性破坏，因此湿陷性黄土地基处理也可采用砂垫层。砂垫层的厚度一般根据垫层底面处的自重应力与附加应力之和不大于同一标高处软弱土层的容许承载力来计算。砂垫层的宽度除应满足应力扩散的要求外，还要根据垫层侧面的容许承载力来确定，防止垫层向两边挤动。若垫层宽度不足，侧面土层又比较软弱，垫层就有可能部分挤入侧面软弱土中，使基础沉降增大。砂垫层的材料宜采用级配良好、质地坚硬的粒料，其颗粒的不均匀系数不小于10。管道基础砂垫层以中粗砂为好，也可掺加一定数量的碎卵石。
（4）强夯法。强夯法处理地基具有效果显著、设备简单、施工方便、适用范围广、经济易行和节省材料等优点。在管道施工中, 若遇管道自重大、对管道的安全要求高的情况, 也可用强夯法来处理地基。采用这种加固法也存在一些问题, 主要是施工时振动和噪音较大, 对周围建筑物和环境带来不利影响, 地下水位相对较高时不宜采用强夯法。
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.