CN111501807A - 一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构，属于市政工程或水利工程技术领域。包括埋管、排水沟、渗水井、纵向帷幕、横向帷幕、碾压垫层、袖阀管、注浆料层、铺盖层。一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构的施工方法，通过采用纵向帷幕、横向帷幕在埋管下方地基中形成竖向隔离带，袖阀管向地基底部压力灌注注浆料，在基础底部形成注浆料层，在帷幕顶部基础上铺设铺盖层，其上依次铺设碾压垫层，碾压垫层两侧开挖排水沟，排水沟中间隔地设置渗水井，然后铺设防渗膜，在排水沟、渗水井中抛置透水骨料，最后在防渗膜上方敷设埋管，管沟回填。本发明工艺简单，绿色环保，施工速度较快，具有良好的经济效益和社会效益。

Description

一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构及施工方法

技术领域

本发明属于市政工程或水利工程技术领域，具体涉及一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构及施工方法。

背景技术

湿陷性黄土广泛分布于我国山西、陕西、内蒙古、甘肃等省份的广大地区。湿陷性黄土包括自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土，统称为湿陷性黄土。湿陷性黄土遇水浸湿后，土体结构遭到破坏，从而发生土体显著附加下沉，引起建筑物不均匀沉降或坍塌。在湿陷性黄土地区敷设埋管时，如果地基处理不当，会使埋管产生不均匀沉降，从而改变埋管的受力状态，威胁管道的运行安全。

当前，随着我国工业化建设及发展的需要，在湿陷性黄土地区进行管道敷设的工程项目日益增多。当直埋埋管直径较小时，一般对湿陷性黄土地基可不做处理或是只做部分消除湿陷量时才考虑采用防水措施和结构措施，用以弥补地基处理的不足。然而，当直埋埋管直径较大时，因埋管自身及管内液体的重量较大，对地基的承载力要求较高，大管径埋管建设遂即成为一项复杂的***工程，大管径埋管在湿陷性黄土地区建设时一般需要对埋管管沟基础进行地基处理。

埋管管沟基础处理时，管沟基础处理的作用在于破坏湿陷性黄土的大孔结构，以便消除地基的湿陷性，从根本上避免或消弱黄土湿陷现象的发生。目前管道基础处理的方法很多，常用的方法有：土或灰土垫层法、预浸水处理法、重锤夯实法、桩基础法等。各种处理方法都有其适用范围、局限性及其各自的优缺点。

土或灰土垫层法是将管沟基础下的湿陷性土层全部或部分挖除，再将就近取出的粘性土或灰土料分层回填夯实或压实。其优点是施工简易，效果显著。封层夯实后的黄土其大孔结构被破坏，孔隙减小，土的密实度增大，此方法可以消除垫层厚度以内黄土的湿陷性。

预浸水处理法是利用黄土浸水后发生自重沉陷的特性，在施工前挖坑进行大面积浸水，使土体产生自重沉陷，从而达到使湿陷性黄土密实的目的，这种方法适于场地地基的处理，管道线路地形复杂时不宜采用。

重锤夯实法也叫强夯法，对湿陷性黄土地基的加固具有较好效果，在管道施工中，若遇到湿陷性黄土层较厚、湿陷性变形大，且管道自重大(如预应力钢筋混凝土给水管、钢筋混凝土排水管)，对管道的安全性要求高的情况下，一般均可强夯法来处理埋管地基基础。其施工过程是在管沟开挖好以后，如湿陷性黄土在最优含水率状态下，经重锤反复夯打密实，在有效夯实厚度范围内不仅可以消除湿陷性，降低压缩性，而且还形成了一层减少地表水渗入的弱透水层。其处理湿陷性黄土地基具有效果显著、设备简单、节省材料、缩短工期等优点，因此在许多大管径埋管敷设工程中经常被采用，实践中取得了良好的效果。

桩基础法按桩身材料可分为混凝土桩、钢桩和组合材料桩等。其优点是基础承载力较大，但缺点也较明显，即施工繁琐、施工工期较长、造价较高。故对于大管径埋管基础这种相对高层建筑基础而言，对承载力要求不是特别高、但对工期要求较高的基础显然不适用。

对于湿陷性黄土地区的大管径地下埋管，土或灰土垫层法、预浸水处理法的地基处理效果较差，经上述两种方法进行地基处理后，埋管基础的湿陷性沉陷现象不能完全消除，地基处理后仍会发生埋管不均匀沉降等工程事故；重锤夯实法、桩基础法的地基处理效果较好，但在地基处理过程中，重锤夯实法需要的施工场地较大，施工时对周围环境的影响较大。桩基础法则存在着施工工序复杂、造价较高、施工工期较长等弊病。综上可见，对于湿陷性黄土地区的长距离、大管径埋管工程这种对造价、工期有严格要求的工程项目，上述常见的地基处理方法均不太适用。故当前针对湿陷性黄土地区长距离、大管径埋管敷设的现实工程问题，亟需研发一种能适用于湿陷性黄土地区大管径埋管敷设的新型地基处理结构。

发明内容

技术问题

为克服现有湿陷性黄土地区大管径埋管敷设后，因埋管下方湿陷性黄土在遇水后，埋管处管沟基础易发生黄土湿陷性沉陷现象，进而导致管沟中埋管基础发生不均匀沉降，从而使埋管经常发生断裂、漏水等事故的技术难题。本发明拟通过技术改进等措施来解决所提出的技术难题。

技术方案

为解决所提出的技术难题，本发明采用以下技术方案：

一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构，包括：埋管、排水沟、渗水井、纵向帷幕、横向帷幕、碾压垫层、袖阀管、注浆料层、铺盖层，碾压垫层上开设有弧形槽，弧形槽的两侧设置向下的坡面，坡面上铺设防渗膜，排水沟设置在坡面的下端，排水沟中间隔地布置有渗水井，所述纵向帷幕、横向帷幕位于埋管开挖管沟基础之中，纵向帷幕包括左侧纵向帷幕和右侧纵向帷幕，左侧纵向帷幕、右侧纵向帷幕沿埋管的轴向连续分布，左侧纵向帷幕、右侧纵向帷幕沿埋管的轴线对称设置左侧纵向帷幕、右侧纵向帷幕之间间隔地布置有袖阀管和横向帷幕；左侧纵向帷幕的底部和右侧纵向帷幕的底部通过注浆料层相连接，袖阀管的下端伸入注浆料层内，袖阀管的下端设置有若干注浆孔，铺盖层设置在左侧纵向帷幕和右侧纵向帷幕之间的原有黄土上，碾压垫层设置在铺盖层上。

作为优选，所述碾压垫层的材料为灰土和/或粘土等透水性较小的材料。

作为优选，所述铺盖层的材料为灰土和/或粘土等透水性较小的材料。

作为优选，所述防渗膜的材料为聚氯乙烯(PVC)和/或聚乙烯(PE)和/或EVA(乙烯/醋酸乙烯共聚物)等材料制作而成的化工薄膜。

作为优选，所述排水沟、渗水井中抛置有透水骨料。

作为优选，所述透水骨料的材料为级配良好的再生混凝土骨料和/或者普通碎石骨料和/或粗砂类等高透水性矿石材料。

作为优选，还包括汇水槽和导水管，汇水槽设置在碾压垫层上、相邻两根埋管之间，导水管设置在碾压垫层内，导水管的两端分别与排水沟、汇水槽相连通，所述排水沟、汇水槽可采用预制混凝土形式和/或树脂类材料预制形式。

一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构的施工方法，施工时安装如下步骤进行：

1)测量放线作业，管沟基底开挖至开挖面高程，沟底平整；

2)沿管沟沟底设计位置，依次制作纵向帷幕、横向帷幕，所有帷幕制作完成后，在纵向帷幕之间的沟底基础上***袖阀管，通过袖阀管下端设置的若干注浆孔向地基底部压力灌注注浆料，使得纵向帷幕、横向帷幕底部被注浆料串连联通。

3)按设计开挖要求，挖除纵向帷幕、横向帷幕顶部位于开挖面高程下方的部分沟底基础土层。

4)在纵向帷幕的外侧按设计要求进行排水沟、渗水井的施工。

5)在纵向帷幕、横向帷幕顶部进行铺盖层的施工。

6)向渗水井、排水沟中抛填透水骨料。

7)按设计要求分层碾压、填筑碾压垫层，直至碾压垫层施工完成。

8)平整施工完成后的碾压垫层，在其上铺设防渗膜。

9)吊装安装埋管，将相邻管段进行连接。

10)原土回填、分层碾压，回填至原地面高程后，施工完成。

技术原理

由湿陷性黄土的特征可知，当湿陷性黄土管沟基础遇水浸润时，管沟基础的黄土易发生湿陷性沉陷现象，进而导致埋管下基础发生不均匀沉降，在埋管上方回填土的自重作用下，埋管会发生断裂、渗漏等工程事故。当埋管发生渗漏后，埋管下方基础中的湿陷性黄土就又会受到渗漏水的侵蚀而发生显著的附加下沉，这将进一步加速埋管的渗漏、破坏。

工程实践中，一般为了保证湿陷性黄土地基上管道的安全及正常使用，大多情况下都必须对埋管下地基进行基础处理，目的是部分或者全部消除地基土的沉陷性，提高地基的承载力，防止埋管下地基发生不均匀沉降而导致埋管发生断裂、渗漏等事故。

公知的，埋管工程通过湿陷性黄土区域的工程措施主要以消除或减少其湿陷量为目的，一般大多通过导、堵、填等方式，疏导地表水，避免管道通过区域的土体浸水，对于湿陷性黄土区域埋管的地基处理，地基处理总的原则是：通过工程措施消除或部分消除黄土湿陷性。埋管管沟基础在处理时，管沟沟底地基处理的目的在于破坏湿陷性黄土的大孔结构，以便消除地基的湿陷性，从根本上避免或消弱黄土湿陷现象的发生。消除黄土湿陷性的方法很多，目前工程中主要采用土体加密法(如强夯法，挤密灰土桩)，土体加固法(如灰土垫层法)进行处理。较为常用的方法有：土或灰土垫层法、预浸水处理法、重锤夯实法、桩基础法等。各种管下地基的处理方法都有其适用范围、局限性及其各自的优缺点。但上述方法的共性在于：都是将基础所在处的黄土进行物理处理，使得基础处黄土的微观结构发生改变，从而使得其湿陷性降低，同时附带提高了埋管下基础的承载能力。

本发明的一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构及施工方法，首先通过在埋管管沟基础中设置纵向帷幕、横向帷幕便在埋管下方湿陷性黄土地基中形成竖向隔离带，然后通过袖阀管和其上的注浆孔向地基底部灌注注浆料，在压力作用下，注浆料在帷幕下方的基础底部形成了一层隔离层，其使得帷幕内基础与帷幕下方基础隔绝开。注浆完成后，清理帷幕顶部管沟基础，铺设铺盖层，在铺盖层上方依次铺设碾压垫层，所述碾压垫层的横断面呈三角形，碾压垫层碾压、铺设完成之后，在碾压垫层左右两侧开挖排水沟，并在排水沟中间隔地设置渗水井，然后铺设防渗膜，防渗膜铺设完成后，在排水沟、渗水井中堆砌、投放透水骨料。上述工序完成之后，对埋管进行敷设，埋管敷设完成之后，利用原土对管沟进行碾压、回填。

本发明的技术原理体现在下述两个方面：①铺盖层、横向帷幕、纵向帷幕和位于基础底部的注浆料在空间上形成了若干密闭的防水空腔，一方面能提高基础底部的承载力，另一方面能使基础底部与外部水体隔绝，从而使帷幕内土体处于相对隔绝状态，从而不发生湿陷性沉陷的现象；②利用截面呈三角形的碾压垫层、防渗膜、排水沟和渗水井，当埋管上方土体有渗水现象发生时，渗水沿着防渗膜流入至透水骨料中，再穿过透水骨料继续流入至位于纵向帷幕外侧的渗水井中，而不像传统埋管基础那样，直接渗入埋管下方的土体中。基于上述①、②两点，采用了本发明的一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构及施工方法后，埋管敷设完成之后，埋管下方的黄土质土体因不会发生浸水现象，故杜绝了发生常见的湿陷性黄土遇水沉降等现象。从而保证了埋管下方基础的稳定性，杜绝了埋管下方土体发生不均匀沉降的可能。

由上述分析可见，本发明所采用的技术原理是：通过对现有技术的进行转接移用，使得埋管下方土体与地面降水隔绝开，这直接杜绝了湿陷性黄土发生“遇水沉陷”的诱因，而非采用现有公知的——通过改变基础处黄土的微观结构，从而使得其湿陷性降低，同时附带提高埋管下基础的承载能力。

有益效果

通过采用本发明的一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构及施工方法。可使得工程中常见的湿陷性黄土地区，当黄土遇水后其承载力迅速下降，进而经常导致大管径埋管发生断裂、渗漏等事故发生的概率大大降低。采用了本发明的技术方法后，可使埋管在运维期内平稳、良好地运行，大大降低埋管的后期运维成本。本发明的有益效果还体现在：本发明在实施过程中所涉及的材料、工程机具均为常用材料和设备，工艺简单，施工方案绿色环保，施工速度较快，采用本发明的大管径埋管工程可取得良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明所提出的一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构的结构示意图；

图2为图1中的A-A剖视图；

图3为图1中的B-B剖面图；

图4为实施例二中的实施例的结构示意图。

附图标记：1-埋管；2-排水沟；3-渗水井；41-纵向帷幕；410-左侧纵向帷幕；411-右侧纵向帷幕；42-横向帷幕；5-碾压垫层；6-防渗膜；7-袖阀管；8-注浆孔；9-注浆料层；10-铺盖层；11-透水骨料；12-汇水槽；13-导水管。

具体实施方式

下面结合附图1～4对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一：实际施工时，如附图1所示，首先进行测量放线作业，管沟开挖至开挖面高程，沟底平整，在埋管管沟基础中进行纵向帷幕41、横向帷幕42的施工作业，在纵向帷幕之间间隔地设置1行袖阀管7(见附图2所示)，所述袖阀管7的下端开设有注浆孔8。帷幕施工完成后，纵向帷幕41、横向帷幕42便在埋管下方湿陷性黄土地基中形成竖向隔离带，当帷幕施工、养护完成后，通过袖阀管7和其上的注浆孔8向地基底部灌注注浆料，在压力作用下，注浆料在帷幕下方的基础底部形成了一层隔离层--注浆料层9，隔离层的形成使得帷幕内基础与帷幕下方基础隔绝开。注浆完成后，清理、平整帷幕顶部管沟基础，铺设铺盖层10，铺盖层10的平面位置覆盖纵向帷幕41、横向帷幕42所包围的范围，且向纵向帷幕41外侧延伸至排水沟的边缘，铺盖层10的材料为透水性极小的诸如粘土等材料，故当铺盖层10铺设完成后，注浆料、纵向帷幕41、横向帷幕42、铺盖层10在空间上形成了一个隔水的密闭空腔(见附图1～3所示)，密闭空腔可以保证外部渗水不能浸入空腔内部，故空腔内原有的黄土始终处于一个相对稳定的受力状态，因没有外部渗水，故杜绝了黄土湿陷性沉陷现象的发生。这是本发明的创造性之一。

铺盖层10铺设完成后，在铺盖层上方依次铺设碾压垫层5，所述碾压垫层5的横断面呈三角形，碾压垫层5碾压、铺设完成之后，在碾压垫层5左右两侧开挖排水沟2，并在排水沟2中间隔地设置渗水井3，然后铺设防渗膜6，防渗膜6铺设完成后，在渗水井3中投放透水骨料11直至排水沟2底面位置，在排水沟2中堆砌透水骨料。上述工序完成之后，对埋管1进行敷设，埋管敷设完成之后，利用原土对管沟进行碾压、回填。回填完成后，一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构即制作完成。例如当遇到夏季暴雨天气时，埋管1上方地面位置处的雨水会沿着埋管上方回填土体渗流至埋管底部位置，这时回填土中的渗水将会沿着防渗膜6的坡面顺流而下流至埋管1两侧的排水沟中，更进一步地，渗水接着会穿过透水骨料11，继续流入渗水井3中，再由渗水井3渗入至纵向帷幕41两侧的土体中，与常规的既有加固基础不同，本发明的地表渗水经人工导流后，会沿着既定设计的路线渗流，而非直接渗流至埋管1正下方基础的土体中。上述敷设结构的设计，直接杜绝了埋管基础地表面的雨水直接向埋管下方基础土体中渗入，因埋管下方基础土体中发生渗水的几率大大降低，故其发生黄土湿陷性沉陷现象的几率也相应降低，这是本发明的创造性之二。

实施例二：如附图4所示，实际工程中，有时因工程实际需要，埋管1会被设计为并列平行的2道或者3道或者多道，此时本发明的一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构只需要稍做改变即可，与图1中的埋管敷设结构相类似，此时仍是首先进行管沟开挖，当开挖至开挖面高程之后，在埋管1管沟基础中设置纵向帷幕41、横向帷幕42，帷幕施工完成后便在埋管下方湿陷性黄土地基中形成竖向隔离带，然后在左右侧纵向帷幕41之间设置若干行袖阀管7，每行袖阀管7在纵向间隔分布，当所有袖阀管7设置完成后，通过袖阀管7上的注浆孔8向地基底部灌注注浆料，在压力作用下，注浆料在帷幕下方的基础底部形成了一层隔离层，其使得帷幕内基础与帷幕下方基础隔绝开。注浆完成后，清理帷幕顶部管沟基础，铺设铺盖层10，在铺盖层10上方依次铺设碾压垫层5，所述碾压垫层5的横断面呈三角形，碾压垫层5铺设时按照图纸要求铺设导水管13，导水管13铺设时注意其倾斜角度，当碾压垫层5铺设至顶面时，安装汇水槽12并将导水管13与汇水槽12进行可靠连接，碾压垫层5碾压、铺设完成之后，在碾压垫层5左右两侧安装排水沟2，并在排水沟2中间隔地设置渗水井3，然后铺设防渗膜6，防渗膜6铺设完成后，先向渗水井3中投放透水骨料11，使渗水井3完全被透水骨料11充填，然后在排水沟2、汇水槽12中堆砌透水骨料11。

上述工序完成之后，进行埋管1的敷设，埋管1敷设完成之后，利用原土对管沟进行碾压、回填。回填完成后，适用于并列平行的2道或者3道或者多道大管径埋管的敷设结构即制作完成。

需要说明的是，上述实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。或者说上述实施例仅是本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构，其特征在于：包括埋管(1)、排水沟(2)、渗水井(3)、纵向帷幕(41)、横向帷幕(42)、碾压垫层(5)、袖阀管(7)、注浆料层(9)、铺盖层(10)，碾压垫层(5)上开设有弧形槽，弧形槽的两侧设置向下的坡面，坡面上铺设防渗膜(6)，排水沟(2)设置在坡面的下端，排水沟(2)中间隔地布置有渗水井(3)，所述纵向帷幕(41)、横向帷幕(42)位于埋管(1)开挖管沟基础之中，纵向帷幕(41)包括左侧纵向帷幕(410)和右侧纵向帷幕(411)，左侧纵向帷幕(410)、右侧纵向帷幕(411)沿埋管(1)的轴向连续分布，左侧纵向帷幕(410)、右侧纵向帷幕(411)沿埋管(1)的轴线对称设置左侧纵向帷幕(410)、右侧纵向帷幕(411)之间间隔地布置有袖阀管(7)和横向帷幕(42)；左侧纵向帷幕(410)的底部和右侧纵向帷幕(411)的底部通过注浆料层(9)相连接，袖阀管(7)的下端伸入注浆料层(9)内，袖阀管(7)的下端设置有若干注浆孔(8)，铺盖层(10)设置在左侧纵向帷幕(410)和右侧纵向帷幕(411)之间的原有黄土上，碾压垫层(5)设置在铺盖层(10)上。

2.根据权利要求1所述的一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构，其特征在于：所述碾压垫层(5)的材料为灰土和/或粘土。

3.根据权利要求1所述的一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构，其特征在于：所述铺盖层(10)的材料为灰土和/或粘土。

4.根据权利要求1所述的一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构，其特征在于：所述防渗膜(6)的材料为聚氯乙烯和/或聚乙烯和/或EVA。

5.根据权利要求1所述的一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构，其特征在于：所述排水沟(2)、渗水井(3)中抛置有透水骨料(11)。

6.根据权利要求5所述的一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构，其特征在于：所述透水骨料(11)的材料为再生混凝土骨料和/或者普通碎石骨料和/或粗砂类材料。

7.根据权利要求1所述的一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构，其特征在于，还包括汇水槽(12)和导水管(13)，汇水槽(12)设置在碾压垫层(5)上、相邻两根埋管(1)之间，导水管(13)设置在碾压垫层(5)内，导水管(13)的两端分别与排水沟(2)、汇水槽(12)相连通，所述排水沟(2)、汇水槽(12)采用预制混凝土形式和/或树脂类材料预制形式。

8.一种湿陷性黄土地区大管径埋管敷设结构的施工方法，其特征在于，所述敷设结构施工包括如下步骤：

1)测量放线作业，管沟基底开挖至开挖面高程，沟底平整；

2)沿管沟沟底设计位置，依次制作纵向帷幕(41)、横向帷幕(42)，所有帷幕制作完成后，在纵向帷幕(41)之间的沟底基础上***袖阀管(7)，通过袖阀管(7)下端设置的若干注浆孔(8)向地基底部压力灌注注浆料(9)，使得纵向帷幕(41)、横向帷幕(42)底部被注浆料(9)串连联通；

3)挖除纵向帷幕(41)、横向帷幕(42)顶部位于开挖面高程下方的部分沟底基础土层；

4)在纵向帷幕(41)的外侧按设计要求进行排水沟(2)、渗水井(3)的施工；

5)在纵向帷幕(41)、横向帷幕(42)顶部进行铺盖层(10)的施工；

6)向渗水井(3)、排水沟(2)中抛填透水骨料(11)；

7)分层碾压、填筑碾压垫层(5)，直至碾压垫层(5)施工完成；

8)平整施工完成后的碾压垫层(5)，在其上铺设防渗膜(6)；

9)吊装安装埋管(1)，将相邻管段进行连接；

10)原土回填、分层碾压，回填至原地面高程后，施工完成。

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