(2)選擇有利地形
??? 沙漠中的路線走向應(yīng)盡可能與主導(dǎo)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(yīng)盡量減少管線在移動沙丘段長度,并應(yīng)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(yīng)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(cè),當年降雨量在100mm以上時,應(yīng)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(cè)100~200m,背風側(cè)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(zhì)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(zhì)軟土。淤泥質(zhì)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(xué)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(zhì)軟土。
在淤泥質(zhì)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(zhì)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(zhì)軟土地區(qū)管道敷設(shè)應(yīng)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(zhì)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(yīng)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(yīng)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(zhì)軟土地區(qū)敷管的工程措施主要是改善土層結(jié)構(gòu),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(yīng)將濕軟土全部清除,將管道埋設(shè)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(zhì)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(zhì)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(yīng)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(shè)在土堤中。
在流塑性較強的淤泥質(zhì)軟土地段,特別是地表有水地段,還應(yīng)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(shè)方案的選擇,應(yīng)根據(jù)土的承載力、管線允許沉降量,結(jié)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(jié)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(jié)的地表土稱季節(jié)性凍土。
水在凍結(jié)時體積膨脹,其膨脹量為9%。土在凍結(jié)時,在一定條件下,七中水分向凍結(jié)面轉(zhuǎn)移,發(fā)生聚冰作用,其結(jié)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(jié)和消融過程中因土的力學(xué)性質(zhì)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(jié)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(shù)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(jié)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(shè)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(yīng)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(zhì)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(yīng)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(shè)后應(yīng)保持凍土的凍結(jié)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(yù)冷卻,防止管道周圍凍土熱融。美國鋪設(shè)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(nèi)天然氣管道一般均埋設(shè)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(jié)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(zhì),其管道可直接埋在凍土中。因管內(nèi)無水,勿需考慮管內(nèi)凍結(jié)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(chǔ)換土處理,消除凍脹。在凍土地區(qū)敷設(shè)管道(土堤敷設(shè)或溝埋敷設(shè)),如果管底基礎(chǔ)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(chǔ),厚度為0.2m,然后敷設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)大量實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)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(chǔ)或基礎(chǔ)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(gòu)成濕陷發(fā)生的條件。