(2)选择有利地形
沙漠中的路线走向应尽可能与主导风向一致,选择植被较好的固定或半固定沙丘,或沿右河道“走廊式”地或沙垄间、沙丘间的背风低地,以减少风力的作用。
(3)在移动沙丘地段应尽量减少管线在移动沙丘段长度,并应将线路选定在该移动沙丘向风一面。
(4)在半固定沙丘和固定沙丘地段的管线施工应尽量减少深挖、减少植被的破坏,防止流沙再起。
(5)在流砂地段的管线两侧,当年降雨量在100mm以上时,应采用植物固沙,在植物固沙未起作用前,必须用稻草、麦草或其他树枝扎制草方格固砂。草方格尺寸一般为1m×1m,防护宽度根据风力、风向和沙丘活动规律确定。一般迎风侧100~200m,背风侧50~100m。
(6)在极度干旱地区,可采用卵石、粘土、炉渣铺砌保护层,厚度5~10cm,也可采用乳化沥青、废原油洒在沙丘表面固砂。
(7)选择风沙危害较小的季节施工。
(8)配置适用于沙漠地区的运输和施工机具。如覆带式和低接地比压的宽轮胎式车辆,尽量提高机械化施工程度和装配化程度,缩短沙漠地区施工周期。
2. 淤泥质软土
凡天然含水量大于液限,孔隙比大于1.0,小于1.5的软土称淤泥质软土。淤泥质软土是在静水或流速很低的流水环境条件下沉积,经生物化学作用形成的。它的特性是强度低(0.01~0.04MPa)、压缩性高、变形大。含水量大的还具有流塑性。沼泽、淤泥漫滩、水稻田等都属于淤泥质软土。
在淤泥质软土地段,由于地面承载力低,施工机械通行困难;管道建成经过一段时间后,会改变管道原来位置(沉陷或上浮),使管线产生附加轴向力,严重的甚至造成管线断裂。四川天然气管道在“烂泥田”中多次发生漂出水面,造成管道变形,妨碍农民耕种。
根据淤泥质软土的承载能力,可分为三种类型:Ⅰ型是对地压力0.02~0.03MPa的施工机械能来回行走的;Ⅱ型是对地压力不超过0.01MPa的施工机械能操作和行走的;Ⅲ型就是施工机械无法行走的四川的烂泥田大都属于Ⅱ、Ⅲ类。常用施工机械接地比压数据见表4-10。
施工机械名称 | 牵引车D80 | 湿地推土机D60 | 单斗挖掘机 | 弧焊机 | 辅管机572G |
接地比压/MPa | 0.056 | 0.023 | 0.023~0.044 | 0.072 | 0.077 |
淤泥质软土地区管道敷设应防止管道下沉或上浮,为施工和管理创造必要条件,使施工机械能顺利通行。由于淤泥质软土的承载力是随土的含水量而变化的,含水量愈少,土的承载力愈高。因此,在有条件排水的地方,应首先挖明沟排水。尽量降低地下水位和土的含水量,提高土的承载能力。四川水稻田施工大都选择在秋收以后,采取挖沟排水的方法施工。在无排水条件的地方应选择含水量和地下水位最低的季节施工。在北方也可选择在地表封冻,地面承载力提高,施工机械能顺利通行的季节施工。
淤泥质软土地区敷管的工程措施主要是改善土层结构,提高地基承载能力,常用的方法是:
(1)在软土不太厚的情况下(小于2m)应将湿软土全部清除,将管道埋设在较硬的土层上,四川一般水稻田均采用此法。
(2)换土,在湿软土较厚而无法清除时,采用砂、砾石、块石或矿渣等换土,加强地基。
(3)用砂桩加固软土,在Ⅰ、Ⅱ型淤泥质软土区采用砂桩固土,可使土壤承载力增大到0.1~0.2MPa,可以大大减少管线的沉降量。
(4)在Ⅲ型淤泥质软土地区,可采用在地面铺层厚度为15~25cm的芦苇、树枝、竹片等,每层应相互交叉90°,然后在上面填土,用拖拉机压实,形成一条承载力较大的管线带,将管线埋设在土堤中。
在流塑性较强的淤泥质软土地段,特别是地表有水地段,还应防止管线漂浮,可采用锚杆、加重块或分段压块石加重的方法进行稳管。
上述敷设方案的选择,应根据土的承载力、管线允许沉降量,结合当地材料来源经计算分析后确定。
3.冻土
(1)冻土的特征凡温度等于或低于O℃,并含有固体水(冰)的土称为冻土。只是温度低于0℃而不含固体水(冰)的土称为寒土。冻土分多年冻土和季节性冻土。冻结状态能保持3年以上的冻土称多年冻土,随季节变化而融化和冻结的地表土称季节性冻土。
水在冻结时体积膨胀,其膨胀量为9%。土在冻结时,在一定条件下,七中水分向冻结面转移,发生聚冰作用,其结果是土体强烈膨胀,称为冻胀,而当遇到地温大于0℃时,冰融化,水渗流又造成土体沉陷。
含水土的冻结和消融过程中因土的力学性质或形状变化对管道工程将产生危害。由于土的成分、含水量的不同加上地形变化而产生不均匀冻胀,造成管线弯曲,严重时将产生断裂;相反当温度升高,冻土融化,水分渗流后造成土的不均匀沉陷,也将使管线产生弯曲,甚至破坏。
产生冻胀的条件是:具有冻胀敏感的土(如细颗粒粘土、粉土);具有一定量的初始水分和外量补给水分(如地下水、降水);冻结温度和时间。三者缺一不可。了解了冻胀条件后即可以在工程中采取措施防治冻害。
(2)冻土地区天然气管道工程的技术要求 天然气输气管道一般是输送干气,水露点低于管线经过地区最低土壤温度5℃以上,因此不会有水冻结而堵塞管道问题,主要是防止冻胀和热融沉陷给管线造成的危害。在设计选定线路时,一是尽量将管线避开冻胀和热融沉陷厉害的地区;二是采用工程措施消除冻胀和热融的产生条件。主要有:
1)线路走向应尽量选择在不冻胀或冻胀性较弱的地区,尽量避开冰锥、冰丘,带有饱含冰土和湿粉质土的斜坡。一般岩石、碎石、砾石土、砂土等颗粒土基本不会发生冻胀,而冰锥、冰丘、饱合冰土等最容易发生融陷。
2)管线走向应选择地势高,地下水位低,土壤含水量低,地表排水良好的地段。这些地区土壤含水量少,无补给水的条件,土壤不会发生冻胀或冻胀轻微。
3)在永冻土地区,管道埋设后应保持冻土的冻结状况,减少扰动。当输送气体温度较高时,可采用管道保温,也可采用将天然气预冷却,防止管道周围冻土热融。美国铺设在阿拉斯加永冻土地区的天然气管道,就采用将天然气冷却到0~-17℃后再进入管道,防止输送气体的热能造成冻土融陷而破坏管线。
4)合理选择冻土地区天然气管道的埋深。目前国内天然气管道一般均埋设于冰冻线以下,在冻土深度小于1.5m,且冻土有较强的冻胀性的条件下是合适的。但在冻结深度较深(大于1.5m),在一些砂土、砾石或土壤含水量低于12%的其他冻胀性较弱的土质,其管道可直接埋在冻土中。因管内无水,勿需考虑管内冻结堵塞,而土的冻胀性较弱,也不会因冻胀造成管线破坏,这样可以减少土石方工程量。
5)采用管底基础换土处理,消除冻胀。在冻土地区敷设管道(土堤敷设或沟埋敷设),如果管底基础土冻胀厉害,可采用换砂砾石或其他弱冻胀性的土做管底基础,厚度为0.2m,然后敷设管道。这种方法在阿拉斯加天然气管道工程中被成功地采用,我国青藏铁路工程中给水管道也曾采用。
4.湿陷性黄土地区
(1)湿陷性黄土的特征 黄土在一定压力下受水浸湿,土结构迅速破坏而发生显著附加下沉的,称为湿陷性黄土。在受水浸湿条件下,在上覆土的自重压力作用下就会发生湿陷的黄土称为自重湿陷性黄土,在大于上覆土自重压力下才发生湿陷的称为非自重湿陷性黄土。我国湿陷性黄土分布很广,华北、西北、东北地区均广泛分布。
湿陷性黄土地区的管道,常因地基土沉陷引起管道变形和断裂,而地基常是无任何先兆而突然大面积沉陷,造成管道、电缆等全部断裂,危害甚大。为了防止湿陷性黄土给建筑物和管道工程带来的危害,在总结大量实践经验的基础上,国家制定了《湿陷性黄土地区建筑规范》(GBJ25—1990)。规范中对于防止湿陷性黄土危害的措施主要是:
1)消除黄土湿陷性。采用桩基、深基础或基础处理的方法消除黄土的湿陷性;
2)防水措施。做好排水、防渗漏等措施,截断水源,使具有湿陷性的黄土不构成湿陷发生的条件。