CN103266624B - 输油气管道穿越岩溶强活动区的管道穿越支撑方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输油气管道穿越岩溶强活动区的管道穿越支撑方法，包括：复合高压旋喷柱状基础墩施工：基础墩由五根高压旋喷桩梅花型排列组合构成；钢筋混凝土灌注支撑桩施工：将钢筋混凝土灌注支撑桩下端嵌入基础墩中心深1m左右，钢筋混凝土灌注支撑桩的直径与管道直径一致，嵌入部分直径比管道直径小8～10cm；梯型槽钢筋混凝土承台施工：梯型槽钢筋混凝土承台与钢筋混凝土灌注支撑桩采用喇叭型衔接，钢筋混凝土灌注支撑桩顶端至少有六根受力钢筋通过弧形弯曲与承台底板钢筋点焊或捆绑衔接在一起。本发明的积极效果是：能广泛用于岩溶地区较大型地下洞穴，且洞内填充有软土，结构安全可靠、设计施工简便。

Description

输油气管道穿越岩溶强活动区的管道穿越支撑方法

技术领域

本发明涉及输油气管道穿越岩溶强活动区管道支撑保护领域，尤其涉及地下岩溶洞穴直径大于10m，且洞内下半部淤填有厚5m以上的淤泥质碎屑软土，不含块碎石的管道穿越支撑方法。

背景技术

长输油气管道工程不可避免地要穿越岩溶发育地区，管道基础设计的最大深度多在20m以内，由于岩溶地区地下洞穴、裂隙的发育使20m以内的表部岩土变得松弛，在自身重力和大雨、暴雨、强震作用下产生剧烈变形，甚至地面发生塌陷。若把输油气管道埋于此类表土层内，管道也会随着表部岩土塌陷而产生弯曲变形，由于管道自身和满负荷运行的压力作用于基础岩土上，会加快表部岩土的变形，甚至会使管道自身弯曲、折断。因此，在岩溶发育地区敷设输油气管道，设计必要的管道支撑和保护工程是非常必要的。

长输油气管道穿越的岩溶区域越多，碰到的岩溶地质问题，岩溶洞穴塌陷而引起的管道弯曲变形破坏越来越突出。然而对岩溶地区管道支撑保护措施的研究还跟不上工程建设的需要，工程设计施工部门不得不借用其他工程地基处理办法来加固岩溶地区地基岩土的工程性能。如采用桥跨河流的方法来跨越中小型落水洞、漏斗；采用建筑基础灌浆的方法来填充岩溶地区地下洞穴、裂隙，加固岩溶塌陷的松散土层。由于上述方法针对岩溶地区的适用性研究不够，又出现许多新的问题，比如采用灌浆填充处理时，由于对地下洞穴的水文地质条件不知，结果灌注了很多水泥砂浆，也不见灌注压力升高，不得不中止灌注。因此，上述方法只适用于中、小型岩溶区，且必须对地下溶洞、裂隙基本勘察清楚后选用。对于大中型地下洞穴和岩溶强发育区，上述方法的应用应十分谨慎。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种输油气管道穿越岩溶强活动区的管道穿越支撑方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种输油气管道穿越岩溶强活动区的管道穿越支撑方法，施工步骤如下：

步骤一、复合高压旋喷柱状基础墩施工：建成一个高3m以上、横截面直径为油气管道直径的1.8~2.0倍的基础墩，所述基础墩由中心一根加周围四根高压旋喷桩梅花型排列组合构成，经高压旋喷射出的水泥混合浆充分搅拌，使五根桩成一个整体，基础墩横截面形态为圆角正方形；

步骤二、钢筋混凝土灌注支撑桩施工：将钢筋混凝土灌注支撑桩下端嵌入基础墩中心深1m左右，钢筋混凝土灌注支撑桩的直径与管道直径一致，嵌入部分直径比管道直径小8~10cm；

步骤三、梯型槽钢筋混凝土承台施工：梯型槽钢筋混凝土承台底板为长方形，长为管道直径加55~65cm；宽为管道直径加40~50cm；厚25~35cm；两侧墙高为管道直径减10~20cm；侧墙厚20~25cm；侧墙与水平面夹角为60°~70°；全为钢筋混凝土结构，现场浇筑；梯型槽钢筋混凝土承台与钢筋混凝土灌注支撑桩采用喇叭型衔接，钢筋混凝土灌注支撑桩顶端至少有六根受力钢筋通过弧形弯曲与承台底板钢筋点焊或捆绑衔接在一起，同时现场浇筑；在梯型槽内管道四周填冲有抗震充填物。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：能广泛用于岩溶地区较大型地下洞穴（地下洞穴直径d>10m），且洞内填充有厚度>5m的淤积粘土、砂性土和碎石土等软土的管道穿越的支撑保护，具有结构安全可靠、设计施工简便、投资省等优点。 

具体实施方式

一种输油气管道穿越岩溶强活动区的管道穿越支撑方法，由复合高压旋喷柱状基础墩（简称基础墩）、钢筋混凝土灌注支撑桩（简称支撑桩）和梯型槽钢筋混凝土承台（简称承台）三部分组成。其实施包括如下步骤：

步骤一、复合高压旋喷柱状基础墩施工：

此步骤的目的是搭建支撑工程的基础，建成一个高3m以上、横截面直径为油气管道直径的1.8~2.0倍的基础墩。基础墩包括五根高压旋喷桩梅花型排列组合构成。经高压旋喷射出的水泥混合浆充分搅拌，使五根桩成一个整体，起着基墩的作用。具体施工方法如下：

① 基础墩的施工

基础墩横截面形态为圆角正方形，四角旋喷桩直径与管道直径接近，中心第五根旋喷桩直径为管道直径的0.4~0.50倍，以0.45倍为优。由五根高压旋喷桩，梅花形排列，边缘叠加1~2cm，中心包衔钢筋混凝土灌注支承桩柱，钢筋混凝土灌注支撑桩直径大小与油气管道直径相当。基础墩为准素混凝土结构强度，约低于素混凝土强度，考虑到衔接圈混凝土的强度，衔接圈周围最薄处混凝土的厚度应大于等于40cm。据研究基础墩最适合高度应是整个支撑桩总高度的1/3，最低的高度至少为3m，要求地下洞穴淤积土层厚度大于等于4m。随着油气管道直径增加，基础墩的边长和高度可相应增加，但不能高出洞穴内淤积土层厚度。

② 基础墩与下伏基岩的连接施工

基础墩与下伏基岩直接接触，由于接触面基岩不平整，可能在接触面上裸露处夹泥泡、块，影响接触面的稳定。所以本发明采用榫的办法来解决此问题。方型四角旋喷桩与下伏基岩采用素混凝土榫衔接，榫的直径在35-45cm范围内，以45cm为优，伸入下伏基岩长50cm以上，中心旋喷桩与下伏基岩直接接触，可不用榫接触。

③ 复合旋喷桩捆绑施工

本发明将位于正方形四个角直径相同的四根高压旋喷桩用位于正方形中心的第五根高压旋喷桩粘联在一起，形成一个整体，起着一根超大型高压旋喷桩的作用。这种多根旋喷桩紧紧相联的设计思路。本发明专利称为捆绑设计思路，为实现捆绑设计，应严格按如下程序施工：

A、备好施工用的各种材料和机械设备，平整施工场地；

B、按设计图纸将五个旋喷桩孔位定在平整好的施工场地上；

C、集中时间（4个小时内）完成位于正方形四个角的旋喷桩及嵌入下伏基岩榫的施工；

D、完成上述施工后停48~60小时，待旋喷桩开始初凝；

E、待旋喷桩开始初凝，表部形态基本固定后，开始位于中心的第五根旋喷桩施工。第五根桩应从下至上旋喷至少三次，使四角旋喷桩围限内的土层充分搅拌，并有少数水泥浆液从围限旋喷桩之间的缝隙射出，使围限旋喷桩与第五根旋喷桩紧紧相联在一起，形如捆绑。

步骤二、钢筋混凝土灌注支撑桩施工：

钢筋混凝土灌注支撑桩是支撑工程的主体，起着承上启下的作用，承接顶部梯型槽承台压力，并传递到底端基础墩上，再传到无限大基岩上。具体施工方法如下：

①钢筋混凝土灌注支撑桩下端与基础墩的衔接施工

为确保衔接段的安全、稳定，本专利发明采用嵌入式衔接法。即将钢筋混凝土灌注支撑桩下端嵌入基础墩中心深1m左右，钢筋混凝土灌注支撑桩的直径与管道直径一致，嵌入部分直径比管道直径小8~10cm。

② 施工要点

钢筋混凝土灌注支撑桩施工除按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）实施外，在下端、上端衔接处还应按以下要求进行施工。

A、从基础墩投影到地面中心钻孔（钻孔直径与管道直径一致），采用跟管钻进到基础墩中心位置，进行检查，确保钻孔中心位置在其基础墩中心上，如果出现偏差，应进行调整。

B、继续钻进1m，钻孔直径缩小8~10cm，导管停在基础墩顶面，冲洗孔中底部岩屑，将编制好的钢筋笼放入孔中，伸入孔底。

C、将调配好的水泥砂浆混凝土灌入孔中，用震动棒充分震动，拌匀砂浆。

步骤三、梯型槽钢筋混凝土承台施工：

梯型槽钢筋混凝土承台是支撑工程承接油气管道和上端覆土压力的结构，无论上端何种压力类型、来源方法和大小，都要汇集于本梯型槽承台，再传于中段支撑桩柱上。其具体设计和施工方法除应按《水工混凝土结构设计规范》（SDJ-20-78）外，还应按如下要求进行：

① 梯型槽承台几何尺寸

梯型槽底板为长方形，长为管道直径加55~65cm，以加60cm为优；宽为管道直径加40~50cm，以加45cm为优；厚25~35cm，以30cm为优；两侧墙高为管道直径减10~20cm，以减15cm为优；侧墙厚20~25cm，以20cm为优；侧墙与底面（水平面）夹角一般在60°~70°范围内，以65°为优。全为钢筋混凝土结构，现场浇筑。

② 承台与钢筋混凝土灌注支撑桩的衔接

据管道运行中会产生轻微震动的特征，要求承台与钢筋混凝土灌注支撑桩为紧密衔接，稳定性要好，本发明采用喇叭型衔接。钢筋混凝土灌注支撑桩顶端至少要有六根受力钢筋通过弧形弯曲与承台底板钢筋点焊（或捆绑）衔接在一起，同时现场浇筑。

③ 梯型槽内抗震充填物设计

若所在地区地震烈度在7°以下不用设防，可直接将碎屑土等一般填充料放入槽内管道四周，轻轻压实不用强夯。对地震烈度7°以上强震区，就不能用一般填料充填，应选择弹性好、柔性好、不损伤管道保护层的填料进行填充。强地震时能让管道在梯型槽内微微移动而不重撞两侧墙。为此目标，本发明选取高强力塑料球或硬塑泡沫条（块）填充。梯型槽两端还需用工程塑料法兰盘封闭，上口用塑胶板盖上，螺钉固紧。 

Claims (5)

1.一种输油气管道穿越岩溶强活动区的管道穿越支撑方法，其特征在于：施工步骤如下：

步骤一、复合高压旋喷柱状基础墩施工：建成一个高3m以上、横截面直径为油气管道直径的1.8~2.0倍的基础墩，所述基础墩由中心一根加周围四根高压旋喷桩梅花型排列组合构成，经高压旋喷射出的水泥混合浆充分搅拌，使五根桩成一个整体，基础墩横截面形态为圆角正方形；

步骤二、钢筋混凝土灌注支撑桩施工：将钢筋混凝土灌注支撑桩下端嵌入基础墩中心深1m，钢筋混凝土灌注支撑桩的直径与管道直径一致，嵌入部分直径比管道直径小8~10cm；

步骤三、梯型槽钢筋混凝土承台施工：梯型槽钢筋混凝土承台底板为长方形，长为管道直径加55~65cm；宽为管道直径加40~50cm；厚25~35cm；两侧墙高为管道直径减10~20cm；侧墙厚20~25cm；侧墙与水平面夹角为60°~70°；所述梯型槽钢筋混凝土承台为钢筋混凝土结构，现场浇筑；梯型槽钢筋混凝土承台与钢筋混凝土灌注支撑桩采用喇叭型衔接，钢筋混凝土灌注支撑桩顶端至少有六根受力钢筋通过弧形弯曲与承台底板钢筋点焊或捆绑衔接在一起，同时现场浇筑；在梯型槽内管道四周填冲有抗震充填物。

2.根据权利要求1所述的输油气管道穿越岩溶强活动区的管道穿越支撑方法，其特征在于：所述基础墩周围四根高压旋喷桩直径与管道直径接近，中心高压旋喷桩直径为管道直径的0.4~0.50倍，中心高压旋喷桩与周围四根高压旋喷桩边缘叠加1~2cm，形成衔接圈。

3.根据权利要求2所述的输油气管道穿越岩溶强活动区的管道穿越支撑方法，其特征在于：所述衔接圈最薄处混凝土的厚度大于等于40cm。

4.根据权利要求1所述的输油气管道穿越岩溶强活动区的管道穿越支撑方法，其特征在于：所述基础墩周围四根高压旋喷桩与下伏基岩之间采用素混凝土榫衔接，榫的直径为35-45cm，伸入下伏基岩长50cm以上。

5.根据权利要求1所述的输油气管道穿越岩溶强活动区的管道穿越支撑方法，其特征在于：对于地震烈度为7°以上的强震区，所述抗震充填物为高强力塑料球或硬塑泡沫条或硬塑泡沫块，所述梯型槽两端采用工程塑料法兰盘封闭，上口用塑胶板盖上，螺钉固紧。