谈湿陷性黄土地区供热工程问题的处理方法

张 鹏

(太原市热力公司，山西 太原 030012)

谈湿陷性黄土地区供热工程问题的处理方法

张 鹏

(太原市热力公司，山西 太原 030012)

以某供热工程为例，针对湿陷性黄土地区的地质特性，从工程地质条件、岩土性质、管基变形的影响因素和管沟黄土险穴灾害成因机理四个方面进行了总结分析，提出了供热管线管基在湿陷性黄土地区的工程处理方法。

供热管道，湿陷性黄土，管基，安全措施

0 引言

随着城镇建设的发展和愈来愈严重的环境问题，集中供热成为解决工业生产和居民生活的重要热源和供热方式。在节约能源，改善人居环境和提高人民生活水平方面城市集中供热有着巨大的优势。伴随着城市规模的日渐增大，城市人口的日渐增多，城市的环境承载力愈来愈小。许多城市都已经禁止在市内选址修建集中供热的热源地，选择在离市区较远的地方修建，导致供热距离的增大，从而对管线敷设的要求也随之提高。供热管网按敷设方式可分为管沟敷设、架空敷设和无沟敷设。无沟敷设又叫做直埋敷设，有着施工工序少、造价低、热量损失少、使用寿命长及节约能源等优势[1]。无沟敷设的供热管线对于管沟管基的要求随着地质条件的改变也发生改变，对于类似于湿陷性黄土的特殊土性，管基要采取一定的工程处理措施以达到设计要求，否则会造成巨大的安全隐患。湿陷性黄土在太原市的分布十分广泛，本文以太原市某供热工程为例介绍了供热管基在湿陷性黄土地区的工程处理方法。

1 工程地质条件

太原地区的湿陷性黄土由于地下位置和地质沉积环境的不同，存在着含砂质较多，可塑～硬塑状态，虫孔较发育，多干燥，压缩性中等；个别特殊地区的湿陷性黄土压缩性较高，土质较均匀，厚度一般为2 m～12 m，最厚处可达15 m[2]。

1.1 地形地貌

该供热工程的管线敷设的地貌属于中山地貌。地形高程为834.07 m～845.51 m之间，最大高差为11.44 m。

1.2 岩土工程特性

根据勘探的结果可以看出，该供热工程的岩性主要为杂填土、第四系全新统冲洪积的湿陷性粉土和圆砾。岩土构成描述如下：

2 岩土性质分析

2.1 黄土湿陷性评价

根据GB 50025—2004湿陷性黄土地区建筑规范得出该区属于Ⅳ山西—冀北地区[3]。

根据JTG D30—2004公路路基设计规范，该区属于Ⅰ东南区[4]。该供热工程的管基湿陷等级为Ⅱ级(中等)。

2.2 地基土承载力特征值

根据地区的经验值及野外勘探的结果综合，对各地基土层的承载力特征值进行确定，确定结果详见表1。

表1 地基土层承载力特征值表

2.3 地基土层基槽工程设计参数

结合太原地区的工程勘察经验，对地基土层的粘聚力、内摩擦角进行综合确定，确定结果详见表2。

表2 地基土层基槽工程设计参数表

2.4 场地土和地下水的腐蚀性评价

该供热管线直埋管道的最大埋深在设计路面以下的4.0 m左右，供热管道在埋深范围内未揭露地下水。供热管道埋深附近土体对混凝土结构的腐蚀性评价为具微腐蚀性[5]。结果如表3所示。

表3 环境介质腐蚀性评价表

3 管基变形的影响因素

1)不均匀沉降。

长距离的供热管线在上部土体及附加荷载的共同作用下，管道可能产生较大的压缩变形，超过管道的弹性形变后就会造成管道的塑性变形，在管道压缩变形的过程中对管基造成了较大的不均匀荷载，尤其在管基的薄弱环节处发生较大的变形，从而产生较大的安全隐患。

2)强度及稳定性。

当上部结构自重及附加荷载超过管基的承载力并超过基础的抗剪强度时，管基可能发生局部或整体剪切破坏。

3)管基在车辆的振动、地震等动荷载的作用下可能引起失稳。

4)当供热管道发生渗漏，渗漏量超过容许值后，可能引起潜蚀或管涌从而对管基造成破坏。

4 管沟黄土陷穴灾害成因机理

湿陷性黄土土质是以粗粉粒为主体骨架的多孔隙结构，粗粉粒间的由大量可溶盐胶结连接构成。在干燥环境中，黄土自身强度较高，压缩性较小。一旦遇水浸湿，粉粒间可溶性盐类溶解于水中，骨粒间强度随之降低。土体在附加应力与自重的共同作用下，骨架结构迅速破坏。黄土的孔隙比越大，破坏越严重，湿陷越强烈，黄土陷穴就越发育。在管道施工过程中，由于施工的扰动，造成供热管道沿线的湿陷性黄土性质产生变化，尤其是管沟填土。

该供热管线所处地区的气候为干旱少雨且降雨集中和部分管道经过灌溉型农田也是此供热工程管沟区黄土陷穴较多发育的原因。一方面，高强度的集中降雨或农田灌溉很容易对未压实且结构破坏的管沟填土造成潜蚀破坏并形成陷穴。另一方面，该地区干旱少雨，由于降雨量变化较大，丰缺交替明显现象对土壤洞穴的形成也起着关键作用。在干旱期，由于土体干缩有利于构造节理的发育，丰水期由于强降雨或灌溉水形成的强大径流沿节理下灌侵蚀逐渐形成陷穴，并将陷穴周壁的土体沿管沟走向进行侵蚀搬运，使陷穴逐渐扩大。

由上述分析得出，湿陷性黄土地区供热管道的管沟为扰动土回填，经扰动的填土由于结构破坏、强度降低是湿陷性黄土地区供热管线管沟黄土陷穴发育的本质原因；此外气候水文条件也是管沟黄土陷穴发育主要因素。

5 工程处理建议

由工程地质条件与岩土性质分析可以得出该供热工程的岩土工程问题主要是湿陷性黄土管基的变形和管沟黄土陷穴灾害两个方面，现分析如下：

1)湿陷性黄土管基变形处理方案。

供热工程管基的开挖在清除表层杂填土后，继续开挖至设计高程。若管基作用深度范围内土质为干燥，整体按非自重湿陷性场地考虑，管基的湿陷等级为Ⅱ级(中等)，在管基埋深(≤4.0 m)与季节性流水条件下(考虑到供热管线的级别按降低Ⅰ级处理)：应对管基下0.5 m～1.0 m深度范围内的湿陷性黄土进行工程处理，处理方法主要为挤密压实、加固或换填。

2)管沟沟槽处理。

该供热工程管道开挖深度范围内地基土主要揭露为湿陷性粉土和圆砾，直立性差，在场地不受限的地区首选放坡开挖方式，放坡比例不应大于1∶1。在场地条件有限的情况下必须采取有效的支护措施后方可进行开挖。管沟沟槽的放坡开挖与支护所需的岩土工程参数可参考表2。请施工单位根据场地的周边环境条件综合考虑其开挖、支护方案。基槽开挖后的弃土应及时清运，不能堆积在基槽两侧，避免堆载对基槽稳定性产生不利影响。

6 结语

长距离供热管线在湿陷性黄土地区的工程处理方法已经得到了很好的推广和应用，同时也取得了较好的效果。通过湿陷性黄土的现象看到湿陷性黄土的本质和湿陷机理，对于供热工程乃至其他类型的施工都有很大的指导意义。

[1] 王 飞，张建伟.直埋供热管道工程设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2007:92-97.

[2] 林景贤，曹希胜.太原市湿陷性黄土及其分布[J].华北地质矿产杂志，1996(1)：145-146.

[3] GB 50025—2004，湿陷性黄土地区建筑规范[S].

[4] JTG D30—2004，公路路基设计规范[S].

[5] GB 50046—2008，工业建筑防腐蚀设计规范[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

张 鹏(1979- )，男，工程师

1009-6825(2017)35-0067-03

TU995

A