黄土地区PE管代替传统圬工急流槽养护施工技术分析

张居业

（临夏公路事业发展中心，甘肃 临夏 731100）

黄土地区作为我国的重要生态环境类型之一，在水资源管理和土壤保持方面一直面临着诸多挑战。传统的圬工急流槽养护施工技术虽然在一定程度上可以减缓水土流失，但其在效率、可持续性等方面存在一些限制。近年来，随着科技的不断发展，新的技术手段被引入并逐渐应用于黄土地区的水资源管理和土壤保持工作中。其中，将PE管代替传统的圬工急流槽成为备受关注的新兴技术。文章将对这一技术进行浅析，旨在探讨黄土地区采用PE管的可行性、优势以及可能面临的挑战，为该地区的生态环境保护和可持续发展提供新的思路和方法。

1 技术背景及简介

G568线永靖至东乡段公路地处临夏州东乡县境内，该路段属于典型的湿陷性黄土路段，每年汛期，水毁损坏是该路段养护工作的一大难题。黄土路基沉陷、陷穴、边坡冲刷与失稳、圬工砌体排水沟及涵洞出口浆砌片石急流槽断裂等公路病害频繁发生。黄土本身性状是导致路基湿陷性破坏的内部因素，而排水不畅及合成坡度大等因素，是导致黄土路基湿陷性破坏的外在因素。针对以上问题实践，东乡公路段经过多年对湿陷性黄土地区公路的养护总结出合理解决排水问题是防止黄土路基发生湿陷性破坏的关键。

2 基本原理

2.1 圬工排水设施损坏原因分析

因黄土具有大孔隙、垂直节理、透水性强、抗水性弱、易崩解、湿陷性明显等水理特性，因而在黄土地区的边坡上修筑的传统浆砌片石或混凝土急流槽，圬工体本身或伸缩缝一旦开裂，雨水下渗会使土基结构发生破坏，形成溶洞，从而导致急流槽发生破坏。在雨水的汇聚冲刷和附加应力作用下，容易引起路基坡面的不均匀沉降，从而导致圬工体的变形开裂或者折断损坏。这类病害早期不易发现，发现时已造成排水设施损坏，部分损坏的急流槽和排水沟，在强降雨的影响下，易引起路基整体失稳或者路基缺口的出现，进一步增加了修复难度和维修成本。

2.2 解决水毁问题的原理

PE管所具有的柔韧性使其土体结构的抗沉降能力增强。从管材表面结构材料看，与金属管理相比，刚度、强度等方面具有显著优势。从实际应用看，PE管材属于“柔性管”，埋设后聚乙烯压力松弛化的特征可产生形变，与周围土壤环境形成共性负载；实际轴向应力水平与理论计算值相比较低，其中管材的断裂伸长率≤300%，弯曲的轴向半径值要小于管道直径的20倍左右。作为高强度的韧性材料，可适应地基结构的不均匀沉降。本管材自身接头密封性好，接头的强度高于管道本体强度。综合以上特点，PE管急流槽具备其他形式的排水设施所没有的耐久性和可靠性，可从源头上避免了黄土湿陷性崩解的发生。

3 PE管急流槽材料选择

PE压力管采用聚乙烯管材，原料等级为PE100，压力等级为0.8 MPa，管径可根据工程实际选择，常用管径为400 mm。聚乙烯（压力PE）管材的技术特性和性能指标如表1所示。

表1 管材的技术特性和性能指标

4 PE管急流槽关键技术

4.1 设置位置的选择

管道埋设时要以“早接远送”为原则，管道线路选择时尽量规避山坡不稳定地段，并且做到管口（出水口）要远离坡脚，安装到沟底稳定地段（如岩石层）或无湿陷性的土壤地段，避免侵蚀坡脚和溯源侵蚀现象，诱发路基高边坡的不稳定，引起次生灾害以及管道的损坏。

4.2 管材的焊接工艺与实施要点

①对管材进行切割处理，切割面需与管材轴线位置具有垂直向，避免出现斜口；②管材结构插入后，需按照设计要求，为减少管道内杂质含量，需做好管道内外部清洁处理工作，减少泥砂、水等的存在量；③管材焊接过程中，需去除管道表面的氧化层，选用刮削的方法去除，同时要留余部分刮削区域，保证管材或插口管件位置，便于切割。④管材应按设计要求安装到位，使管材、管件结构能够平行化处理，保证管材结构穿插化，并需在插口端口位置达到既定的设计要求；⑤管材焊接过程中，电焊机械设备（交流电压39.5 V）应按照实际配套选用。

5 施工工艺简介

5.1 施工流程

施工准备→施工放样→沟槽开挖→基底处治→管道安装→管道焊接→土方回填→边坡绿化。

5.2 施工准备

5.2.1 施工方案定制

①对水毁修复处的地形进行实地勘测，确定跌水井位置和排水管埋设的走向，埋设位置尽量避开水毁的坑洞和回填土位置，选择未冲刷土体，防止基底沉降造成构造物破坏。必要时可采用石灰土等方法进行基底处理。②根据相应的边沟汇水量确定跌水井的尺寸和管道急流槽管材的直径。③出水口位置尽量选择在较稳定的原出水口，或者采用浆砌片石、混凝土等方式，因地制宜，灵活选择。

5.2.2 施工人员及材料进场

①工程用材料机具由专人对其供应商进行考查备案，考查合格后，才能按计划进场。②工人应当熟练掌握各项工艺、技术参数和安全规章，确保施工队伍人员稳定，安排专人专职负责。③作业人员和设备进场后，做好施工现场的安全防护，圈出危险地带和施工区域，做好安全警示。

5.3 施工过程与过程控制

5.3.1 施工放样

依照制定的方案对跌水井位置、排水管路径和出口位置进行准确放样，并用石灰或木桩实地标记，以免由于地形险峻和不通视造成盲目施工。

5.3.2 沟槽开挖

可采用机械开挖和人工开挖，开挖时沟槽宽度应保证人员便于施工，一般管槽底宽为管外径+0.3 m作为施工面，管槽开挖深度为埋设在车行道下时，管顶覆土不应小于0.6 m；埋设在非车行道下时，管顶覆土不应小于0.3 m。

5.3.3 基底处置

开挖后应对沟槽基底进行整平夯实，如有农路、农田等人员活动的区域，应采用水泥稳定土、石灰稳定土等进行基底处置。

5.3.4 管节安装

施工前首先应对安装绳索等工器具予以检查，施工人员在上岗前必须进行专门培训，培训内容包括聚乙烯专用料特性、电工知识、聚乙烯熔接设备、聚乙烯管道施工技术等理论知识。

5.3.5 管道安装

①管道准备与布置。首先，需要对PE管进行准备和布置。在准备阶段，对PE管进行检查，确保管道质量符合要求，没有损坏或缺陷。然后根据设计要求，将PE管进行切割和加工，使其符合实际施工需要的长度和形状。其次，根据设计图纸和施工方案，对管道进行布置，确定管道的位置和走向，确保管道的布置符合设计要求和施工规范。②管道安装与连接。在管道准备和布置完成后，开始进行管道的安装和连接工作。首先，在施工现场进行地面的准备和清理，确保施工环境整洁和安全。其次，根据设计要求和布置图纸，将PE管逐段铺设到预定位置，并进行连接。在连接过程中，需要采用专用的连接件和工具，确保连接牢固和密封。同时，要注意管道的排水和排气，避免管道内部积水和气体，确保管道的正常使用和运行。在安装过程中，还需要进行必要的质量检查和验收，确保管道的安装质量符合要求，没有质量问题和安全隐患。

5.3.6 电熔接头焊接

①对于电焊管材来说，按要求应对电焊管材进行包装处理，及时清洁管道内外环境；②PE管具有良好的耐腐蚀性和抗老化性，但是在接头工具选取的过程中，需选用手动或者机械处理，保证刮削过程符合设计要求。例如，在选用鞍形三通的过程中，需按照既定的焊接位置进行刮皮处理。③使用塑料管材切刀或带切削导向装置的细齿锯对所需的管材位置进行确定，进而确保其端面位置能够垂直于管材轴线处。④管材位置的插入深度，应符合既定设计的要求，确保标记插入深度符合工程施工实际应用要求，插入深度同管件的承口深度。⑤管材的焊接区域应对管道口位置进行清洗，可选取高浓度酒精擦洗，确保管口绝对干净整洁、无水渍残留。

6 工程应用案例与应用前景分析

6.1 G568线K107+740处水毁修复应用实例

结合G568线K107+740处水毁修复工程案例，具体施工图如图1。

图1 G568线K107+740处水毁修复应用实例

6.2 应用效果评价

“十三五”以来，东乡公路段已累计使用PE管急流槽达到4 800 m，通过可靠的PE管排水设施将雨水输送到远离路基的地方，充分保证了路基安全稳定。PE管急流槽在实践中展现了优良的性能，尤其是在纵坡高低起伏、复杂多变、边坡坡度超过60°或者跨越垂直陷穴的陡峭斜坡上有不可比拟的优势。因为这种环境下机械无法靠近，而PE管具有刚度大、柔韧性强且重量较轻的优点。施工中不需机械设备辅助，人工采取简单的安全措施后，就可以在各种困难的地形上作业，完成管道埋设工作。

6.3 效益评价

（1）经济效益分析。近年来，在全球变暖的大背景下，临夏地区雨期降雨的频次和强度均有所上升，在临夏地区穿越黄土区的国、省道上修建的圬工急流槽，埋设的双壁波纹管急流槽等由于材料自身的局限性和不足，常发生损坏，抗自然灾害能力差，致使每年需要投入大量的资金、人力进行维修，养护成本高，效果有限。与传统圬工急流槽相比，PE管急流槽具有造价相对低，材料质地轻，便于运输、安装，内壁光滑，阻力小，泄水能力强，不易损坏，后期维修费用低的优点，在黄土地区推广应用可有效节约公路全寿命周期养护成本，经济效益显著。

（2）社会效益分析。使用PE管代替传统圬工急流槽，大量减少了水泥、块片石或碎石、砂等建筑材料的使用，避免了频繁修复排水设施所产生的固体废弃物造成环境污染。且PE管具有优良的耐久性和适应地基承载力变化的能力；管道间采用电熔连接，连接强度高；低温抗冲击强度强，施工难度小；能减少土地占用；且废旧的PE管可以回收利用，符合我国节约型社会的生态理念，具有较高的社会效益。

7 结束语

总之，黄土地区采用PE管代替传统圬工急流槽养护施工技术在水资源管理和生态环境保护方面具有明显的优势。通过对比分析传统圬工急流槽与PE管技术，可以看到PE管在施工、维护和环保等方面都呈现出更为可行和可持续的特点。其在减少水资源浪费、防止土壤侵蚀、提高养护效率等方面的表现，为黄土地区的水资源保护和可持续发展提供了新的思路。然而，在实际应用过程中仍需要考虑地方特色和实际情况，持续监测和改进技术手段，以确保该技术在黄土地区的有效推广和应用，从而为该区域的水资源管理和生态建设做出更大贡献。