(2)選擇有利地形
??? 沙漠中的路線走向應盡可能與主導風向一致,選擇植被較好的固定或半固定沙丘,或沿右河道“走廊式”地或沙壟間、沙丘間的背風低地,以減少風力的作用。
(3)在移動沙丘地段應盡量減少管線在移動沙丘段長度,并應將線路選定在該移動沙丘向風一面。
(4)在半固定沙丘和固定沙丘地段的管線施工應盡量減少深挖、減少植被的破壞,防止流沙再起。
(5)在流砂地段的管線兩側,當年降雨量在100mm以上時,應采用植物固沙,在植物固沙未起作用前,必須用稻草、麥草或其他樹枝扎制草方格固砂。草方格尺寸一般為1m×1m,防護寬度根據(jù)風力、風向和沙丘活動規(guī)律確定。一般迎風側100~200m,背風側50~100m。
(6)在極度干旱地區(qū),可采用卵石、粘土、爐渣鋪砌保護層,厚度5~10cm,也可采用乳化瀝青、廢原油灑在沙丘表面固砂。
(7)選擇風沙危害較小的季節(jié)施工。
(8)配置適用于沙漠地區(qū)的運輸和施工機具。如覆帶式和低接地比壓的寬輪胎式車輛,盡量提高機械化施工程度和裝配化程度,縮短沙漠地區(qū)施工周期。
2. 淤泥質軟土
??? 凡天然含水量大于液限,孔隙比大于1.0,小于1.5的軟土稱淤泥質軟土。淤泥質軟土是在靜水或流速很低的流水環(huán)境條件下沉積,經(jīng)生物化學作用形成的。它的特性是強度低(0.01~0.04MPa)、壓縮性高、變形大。含水量大的還具有流塑性。沼澤、淤泥漫灘、水稻田等都屬于淤泥質軟土。
在淤泥質軟土地段,由于地面承載力低,施工機械通行困難;管道建成經(jīng)過一段時間后,會改變管道原來位置(沉陷或上浮),使管線產(chǎn)生附加軸向力,嚴重的甚至造成管線斷裂。四川天然氣管道在“爛泥田”中多次發(fā)生漂出水面,造成管道變形,妨礙農(nóng)民耕種。
根據(jù)淤泥質軟土的承載能力,可分為三種類型:Ⅰ型是對地壓力0.02~0.03MPa的施工機械能來回行走的;Ⅱ型是對地壓力不超過0.01MPa的施工機械能操作和行走的;Ⅲ型就是施工機械無法行走的四川的爛泥田大都屬于Ⅱ、Ⅲ類。常用施工機械接地比壓數(shù)據(jù)見表4-10。
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施工機械名稱 | 牽引車D80 | 濕地推土機D60 | 單斗挖掘機 | 弧焊機 | 輔管機572G |
接地比壓/MPa | 0.056 | 0.023 | 0.023~0.044 | 0.072 | 0.077 |
淤泥質軟土地區(qū)管道敷設應防止管道下沉或上浮,為施工和管理創(chuàng)造必要條件,使施工機械能順利通行。由于淤泥質軟土的承載力是隨土的含水量而變化的,含水量愈少,土的承載力愈高。因此,在有條件排水的地方,應首先挖明溝排水。盡量降低地下水位和土的含水量,提高土的承載能力。四川水稻田施工大都選擇在秋收以后,采取挖溝排水的方法施工。在無排水條件的地方應選擇含水量和地下水位最低的季節(jié)施工。在北方也可選擇在地表封凍,地面承載力提高,施工機械能順利通行的季節(jié)施工。
淤泥質軟土地區(qū)敷管的工程措施主要是改善土層結構,提高地基承載能力,常用的方法是:
(1)在軟土不太厚的情況下(小于2m)應將濕軟土全部清除,將管道埋設在較硬的土層上,四川一般水稻田均采用此法。
(2)換土,在濕軟土較厚而無法清除時,采用砂、礫石、塊石或礦渣等換土,加強地基。
(3)用砂樁加固軟土,在Ⅰ、Ⅱ型淤泥質軟土區(qū)采用砂樁固土,可使土壤承載力增大到0.1~0.2MPa,可以大大減少管線的沉降量。
(4)在Ⅲ型淤泥質軟土地區(qū),可采用在地面鋪層厚度為15~25cm的蘆葦、樹枝、竹片等,每層應相互交叉90°,然后在上面填土,用拖拉機壓實,形成一條承載力較大的管線帶,將管線埋設在土堤中。
在流塑性較強的淤泥質軟土地段,特別是地表有水地段,還應防止管線漂浮,可采用錨桿、加重塊或分段壓塊石加重的方法進行穩(wěn)管。
上述敷設方案的選擇,應根據(jù)土的承載力、管線允許沉降量,結合當?shù)夭牧蟻碓唇?jīng)計算分析后確定。
3.凍土
(1)凍土的特征凡溫度等于或低于O℃,并含有固體水(冰)的土稱為凍土。只是溫度低于0℃而不含固體水(冰)的土稱為寒土。凍土分多年凍土和季節(jié)性凍土。凍結狀態(tài)能保持3年以上的凍土稱多年凍土,隨季節(jié)變化而融化和凍結的地表土稱季節(jié)性凍土。
水在凍結時體積膨脹,其膨脹量為9%。土在凍結時,在一定條件下,七中水分向凍結面轉移,發(fā)生聚冰作用,其結果是土體強烈膨脹,稱為凍脹,而當遇到地溫大于0℃時,冰融化,水滲流又造成土體沉陷。
含水土的凍結和消融過程中因土的力學性質或形狀變化對管道工程將產(chǎn)生危害。由于土的成分、含水量的不同加上地形變化而產(chǎn)生不均勻凍脹,造成管線彎曲,嚴重時將產(chǎn)生斷裂;相反當溫度升高,凍土融化,水分滲流后造成土的不均勻沉陷,也將使管線產(chǎn)生彎曲,甚至破壞。
產(chǎn)生凍脹的條件是:具有凍脹敏感的土(如細顆粒粘土、粉土);具有一定量的初始水分和外量補給水分(如地下水、降水);凍結溫度和時間。三者缺一不可。了解了凍脹條件后即可以在工程中采取措施防治凍害。
(2)凍土地區(qū)天然氣管道工程的技術要求 天然氣輸氣管道一般是輸送干氣,水露點低于管線經(jīng)過地區(qū)最低土壤溫度5℃以上,因此不會有水凍結而堵塞管道問題,主要是防止凍脹和熱融沉陷給管線造成的危害。在設計選定線路時,一是盡量將管線避開凍脹和熱融沉陷厲害的地區(qū);二是采用工程措施消除凍脹和熱融的產(chǎn)生條件。主要有:
1)線路走向應盡量選擇在不凍脹或凍脹性較弱的地區(qū),盡量避開冰錐、冰丘,帶有飽含冰土和濕粉質土的斜坡。一般巖石、碎石、礫石土、砂土等顆粒土基本不會發(fā)生凍脹,而冰錐、冰丘、飽合冰土等最容易發(fā)生融陷。
2)管線走向應選擇地勢高,地下水位低,土壤含水量低,地表排水良好的地段。這些地區(qū)土壤含水量少,無補給水的條件,土壤不會發(fā)生凍脹或凍脹輕微。
3)在永凍土地區(qū),管道埋設后應保持凍土的凍結狀況,減少擾動。當輸送氣體溫度較高時,可采用管道保溫,也可采用將天然氣預冷卻,防止管道周圍凍土熱融。美國鋪設在阿拉斯加永凍土地區(qū)的天然氣管道,就采用將天然氣冷卻到0~-17℃后再進入管道,防止輸送氣體的熱能造成凍土融陷而破壞管線。
4)合理選擇凍土地區(qū)天然氣管道的埋深。目前國內天然氣管道一般均埋設于冰凍線以下,在凍土深度小于1.5m,且凍土有較強的凍脹性的條件下是合適的。但在凍結深度較深(大于1.5m),在一些砂土、礫石或土壤含水量低于12%的其他凍脹性較弱的土質,其管道可直接埋在凍土中。因管內無水,勿需考慮管內凍結堵塞,而土的凍脹性較弱,也不會因凍脹造成管線破壞,這樣可以減少土石方工程量。
5)采用管底基礎換土處理,消除凍脹。在凍土地區(qū)敷設管道(土堤敷設或溝埋敷設),如果管底基礎土凍脹厲害,可采用換砂礫石或其他弱凍脹性的土做管底基礎,厚度為0.2m,然后敷設管道。這種方法在阿拉斯加天然氣管道工程中被成功地采用,我國青藏鐵路工程中給水管道也曾采用。
4.濕陷性黃土地區(qū)
(1)濕陷性黃土的特征 黃土在一定壓力下受水浸濕,土結構迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉的,稱為濕陷性黃土。在受水浸濕條件下,在上覆土的自重壓力作用下就會發(fā)生濕陷的黃土稱為自重濕陷性黃土,在大于上覆土自重壓力下才發(fā)生濕陷的稱為非自重濕陷性黃土。我國濕陷性黃土分布很廣,華北、西北、東北地區(qū)均廣泛分布。
濕陷性黃土地區(qū)的管道,常因地基土沉陷引起管道變形和斷裂,而地基常是無任何先兆而突然大面積沉陷,造成管道、電纜等全部斷裂,危害甚大。為了防止?jié)裣菪渣S土給建筑物和管道工程帶來的危害,在總結大量實踐經(jīng)驗的基礎上,國家制定了《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GBJ25—1990)。規(guī)范中對于防止?jié)裣菪渣S土危害的措施主要是:
1)消除黃土濕陷性。采用樁基、深基礎或基礎處理的方法消除黃土的濕陷性;
2)防水措施。做好排水、防滲漏等措施,截斷水源,使具有濕陷性的黃土不構成濕陷發(fā)生的條件。