供熱管道直埋敷設技術在濕陷性黃土地區的應用中國工程檢測網（）摘要本文闡述了供熱管道直埋敷設的管道構造，以及在濕陷性黃土地區的應用，提出了在濕陷性黃土地區直埋敷設的應用問題及解決的一些措施。關鍵詞供熱管道直埋敷設濕陷性黃土應用直埋敷設供熱管道（含生活用熱水、采暖熱水）在北歐國家（如瑞典、丹麥、芬蘭等）從保溫管的制造、工程項目的設計、施工安裝，至管網運行監控管理都有較為成熟悉的經驗。我國也于二十世紀七十年代開展了供熱管道的直埋敷設及安裝制造等研究，但受當時材料的限制，保溫材料采用吸濕性較強的膨脹珍珠巖，雖然對其進行了熱瀝青憎水處理，也無法滿足要求，故此項工作在取得一定的試驗數據后，結束了試驗工作。改革開放以后，國外的新技術、新工藝陸續在國內被引進消化。國外先進直埋敷設技術在我國北方采暖地區，得以推廣應用。80年代末，國內一些設計院和國外保溫管廠家合作，先后在東北哈爾濱、牡丹江等地進行了直埋供熱管敷設設計與施工。這種利用聚氨酯硬質泡沫塑料導熱系數低，吸濕率小，閉孔率高等優點的工廠化預制保溫管直埋敷設技術，很快就在我國廣大采暖地區得到了推廣。它具有投資省（較地溝管敷節省造價30%），施工便利，工期短（縮短一半以上），占地少，運行監督費用低等傳統供熱管道無法比擬的優點，迅速的成為供熱管道敷設首選技術方案。在短短的十數年間，在東北和華北地區，特別是在大中型城市供熱管網工程中，幾乎全為直埋敷設。目前在我國采用的直埋敷設預制保溫管按其生產制造工藝，大致可分為以下幾種：1、二步法管中管。此種管型基本是最初由北歐國家引進行預制管或國內引進生產線及一部分國內廠家仿制產品，可生產全系列預制保溫管道。是目前應用最多的預制保溫管。其管道構造如圖所示。國家已制定了行業標準高密度聚乙烯外護管聚氨酯預制直埋保溫管CJ/T114-2000neqEN253：1994。2、一步法管中管。此工藝是由石化部門生產的輸油管線轉化而來。它是將保護管殼吹拉與發泡工序合二為一進行的。由于受管保護殼擠出頭間隙厚度的限制以及發泡機噴注能力的影響，目前只能生產DN400以下管道，且外保護殼厚度、鋼管和保溫層、保溫層和保護殼之間的抗剪切能力均不能達到國家標準的要求（詳見區域供熱1994.5Pg3）3、手工（半機械）纏繞玻璃鋼管殼預制保溫管。此種方法因多是在管道安裝施工現場制造，環境溫度無法控制，產品質量不穩定，隨廠家而異。因其價格較前兩種生產管道有較大的價格優勢，對小型管網仍有很大吸引力。目前為適應國內高溫熱水及蒸汽管道的要求，已有廠家成功的開發出二步法復合保溫預制管。為此類管道直埋敷設提供了基礎。直埋敷設供熱管道在濕陷性黃土地區應用較全國北方其它采暖地區要滯后一些，其主要原因是：、直埋敷設供熱管道輸送熱媒介質水本身是導致黃土濕陷的主要原因，一但因管道泄漏，有可能造成敷設地段濕陷，發生事故。影響地面既有建筑（構筑）物。2、外部其它原因造成敷設地點濕陷，造成供熱管道受損。3、供熱管道屬壓力管道，特別是供熱運行時管道處于內壓力（也叫一次應力，由輸送媒介壓力構成）、熱脹應力（也叫二次應力，由輸送媒介溫升構成）的合成應力之下。管道在土壤中受輸送溫升媒介影響，作熱運動，當上述兩種現象發生，有可能產生管道縱向失穩，易產生破壞。（力學模型為細長壓桿）。4、受時間的限制，在濕陷性黃土地區建筑規范GBJ25-90中第3.5.14條中規定“熱力管道及其進口裝置宜明設。當埋地敷設時必須設置管溝，.。”，同時在城市熱力網設計規范CJJ34-90中也作出規定“城市熱力網設計除執行本規范外,.,尚應遵守現行的.,濕陷性黃土地區建筑規范TJ25，.的有關標準、規范的規定。”近幾年來，濕陷性黃土地區供熱管網設計和施工人員結合以往在濕陷性黃土地區其它管網敷設的經驗，除采用了許多適合本地區特點的工程處理技術外，還在本地城市供熱管網應用和推廣了直埋敷設管網技術，使直埋敷設供熱管網技術逐步得以推開。采用的主要工程技術有：1、合理處理管道基礎和焊口。供熱管道雖是壓力管道但其聯接多采用焊接，特別是大中型供熱管道，規定各管道焊口必須按一定要求進行焊口100%無損探傷，使焊口跑、冒、滴、漏現象得以扼制。在甘肅省地方標準甘肅省熱水熱網直埋敷設技術規程DBJ25-66-96中還特別規定將焊縫質量按級焊縫處理，大大加強了管道焊口質量的控制。并且規定在濕陷性黃土地區進行管基處理時，應適當增加灰土夯實層，素土夯實系數也應達到一定數值，使由管道泄、漏水引起的地基濕陷影響降低。管槽處理詳見圖所示：2、合理選擇直埋敷設管道運行應力水平和敷設埋深。當發生局部地段濕陷時使管道有一定抗縱向失穩的能力。對安裝溫升較高的管段，慎用無補償冷安裝工藝。如采用加設彈性補償元件（設置波紋補償器、“L”、“P”型彎等）減緩應力相對集中。當管徑DN500mm時，覆土厚度1m，即可防止產生縱向失穩。管徑DN500mm時，應通過計算來確定覆土厚度。3、在重點地段（如敷設管徑DN500、敷設地點周圍有較重要的建筑）宜設置集中或區域報警措施，防患于未然。當敷設地區有泄漏及發生時，在尚未引起濕陷時，就進行防治，使事故損失降到最低。4.管網運行期間，在管網敷設地段，管網兩側2M范圍之內嚴禁施工開挖，以防止側向失穩。從九十年代中期起，我國濕陷性黃土地區一批大中型城市已在城市集中供熱管網中采用了直埋敷設技術，大大節約了資金和土地占用，其社會效益和經濟效益非常顯著。筆者曾參加了“蘭州市第二熱電廠供熱管網工程”的設計工作。該工程于1984年由國家計委立項，總概算造價3.4億元，其中管網造價8700萬元，管網敷設方案采用地溝，最大地溝橫斷面36007200，最大供熱長度7.3km，最大供熱管徑DN900。管網敷設地帶地基多數具有自重（非自重）濕陷性。由于該工程主要解決蘭州城中地區冬季采暖小鍋爐燃煤煙氣污染，原管網敷設方案采用地溝方式，占地面積大，施工周期長，大型管溝相應對地基要求較高，特別是原道路修建未考慮供熱管位，大型管溝穿越市區又幾乎不可能。采用管溝深埋設技術，又使工程造價陡增數倍，該管網方案經政府主管部門組織有關人員數次論證，終未能實施。進入九十年代后，我工程小組結合國內其它城市供熱管網敷設經驗，通過考察調研對管網地溝敷設方案進行了修改和調整，結合工程實際，提出了濕陷性黃土地區采用直埋敷設技術，并由甘肅省建設專家委員會牽頭，組織專家進行了技術論證，在此基礎我工程小組編制了蘭州市第二熱電廠供熱管網工程設計統一技術措施，綜合應用了上述幾種工程處理手法，使蘭州市“二熱”供熱管道工程得以實施。該管網采用直埋敷設技術后較采用地溝的直接工程費減少1500萬元，其它如減少用地及經常維修費用均不計在內。由于直埋管網保溫效果好，僅此一項就可使“二熱”供熱管網增加供熱面積30萬平方米。該工程已被甘肅省建委向建設部申報重點技術實施示范工程。甘肅省暖通空調學術委員會為指導甘肅省地區直埋敷設技術的發展和應用，主編了甘肅省熱水熱網直埋敷設技術規程（DBJ25-66-96）總之一項新技術、新工藝的采用和推廣，應有科學求實態度，充分發揮：“科學是第一生產力”的作用，采用適當的、并符合本地區工程特點的技術，為我所用，以達到高效、優質、創新的目的。應冷靜、客觀地對以往的實踐進行實事求是的科學分析、研究，繼而加強科研力度，以促進供熱管道直埋技術的進一步提高和完善。隨著國民經濟的發展，科學技術的進步，采用管道輸送各種介質的范圍及領域越來越廣，距離越來越遠。輸送管道的設計、施工、維護等有它的特殊性，它和地形、地質、輸送的介質、管材等有著密切的關系。在長距離管道安裝中，由于各方面的因素，采用直埋的方法最為普遍，而直埋管道的基礎對不同地基、土質也有著不同的要求。不良地質主要有：軟粘土、雜填土、沖填土、膨脹土、紅粘土、泥炭質土、巖溶、濕陷性黃土等。濕陷性黃土地區在我國土地面積中占相當大的比例，在這種土質中敷設管道，對地基的處理有著特殊的要求。本文著重介紹濕陷性黃土地區管道基礎的處理與施工的幾種方法。1濕陷性黃土的分布在我國，黃土和黃土狀土廣泛分布在華北、西北等地，且地層多、厚度大。在這些地區，一般氣候干燥、降雨量少，蒸發量大，屬于干旱、半干旱氣候類型。黃土分布地區年平均降水量在250500mm之間。黃土在自重或一定荷重作用下受水浸濕后其結構迅速破壞而發生顯著的附加下沉，以至在其上的建筑物遭到破壞。這是黃土的一種特殊性質。我國濕陷性黃土分布約占黃土分布面積的60，大部分在黃河中游地區。由于各地黃土堆積環境、地理和氣候條件不同，致使其在堆積黃土的物理、力學性質等方面都具有明顯的差別，濕陷性有自西向東、自北向南逐漸減弱的規律。2管道地基處理由于濕陷性黃土的特性，在濕陷性黃土地區管道發生事故的主要原因是地基的不均勻沉降。因此管道對地基強度、穩定性及不均勻沉降有極為嚴格的要求。21影響地基的幾個因素(1)強度及穩定性。當地基的抗剪強度不足以支撐上部結構的自重及附加荷載時，地基就全產生局部或整體剪切破壞。(2)壓縮及不均勻沉降。當地基由于上部結構的自重及附加荷載作用而產生過大的壓縮變形時，特別是超過管道所能允許的不均勻沉降時，則會引起管道過量下沉，接口開裂，影響管道的正常使用。(3)地震造成的地基土震陷以及車輛的振動和爆破等動力荷載可能引起地基土失穩。(4)地基滲漏量或水力比降超過容許值時，會發生水量損失或因潛蝕和管涌而可能導致管道破壞。當管道的天然地基存在上述四類問題之一或幾個時，應采取適當的地基處理措施，以確保管道的安全正常運行。在確定管道基礎處理方案時，可根據工程的具體情況對幾種處理方法進行技術、經濟以及施工進度等方面的比較。合理的地基處理一定是技術可靠，經濟合理，又能滿足工程進度的要求。22濕陷性黃土地基的處理方法為了保證濕陷性黃土地基上管道的安全和正常使用，在絕大多數情況下都必須考慮地基處理，濕陷性黃土地基處理的目的是消除黃土的濕陷性，同時提高地基的承載能力。管道的地基處理不同于其它建筑物地基的處理，管道地基處理主要是全部或部分消除其濕陷性。對非自重濕陷性黃土地基，如基礎下地基處理厚度達到壓縮層下限，或達到飽和的自重壓力與附加壓力之和等于或小于該土層的濕陷起始壓力，就可以認為地基的濕陷性全部消除。對自重濕陷性黃土地基，由于地基的濕陷量和濕陷變形與自重濕陷性土層的厚度、浸水面積有關，而與壓縮層厚度無關，所以必須處理基礎地面以下的全部自重濕陷性黃土層。在非自重濕陷性黃土地基上，對級濕陷性黃土一般不需要地基處理。對于級處理厚度為1015m，如處理厚度小于10m時，濕陷性仍要危及構筑物或管道安全。對于級濕陷性黃土，處理厚度為1020m，級應為2.03.0m。此外，應根據土層的濕陷性系數的分布情況，濕陷性黃土層的厚度及管徑、管材、介質等具體情況，適當增加或減少處理厚度。濕陷性黃土層的管道基礎處理方法很多，常用的方法有土或灰土墊層、砂或砂墊層、強夯法、重錘夯實法、樁基礎、預浸法等。各種處理方法都有它的適用范圍，局限性和優缺點。由于管線長，工程地質條件千變萬化，而且機具、材料等條件也會因地區不同而有較大差別。因此，對每一具體線段都要進行細致分析，從地基條件、處理要求(包括處理達到的各項指標、處理范圍)、工程費用、材料、機具等諸多方面進行考慮，以確定合適的地基處理方法。221灰土墊層灰土墊屋常被用于非自重濕陷性黃土地區管道基礎的處理。一般適用于處理14m厚的軟弱土層。管道的基礎是條形基礎，作用于地基上的力也比其它建筑物小，而且是基槽開挖后埋入地下，表面的軟弱土一部分已被去掉，所以在管道施工中常用灰土(或素土)墊層來處理濕陷性地區的管道基礎，以提高承載力，減少沉降力。灰土墊層是將基礎下面一定范圍內的弱土層挖去，用一定體積比配合的灰土在最優含水量情況下分層回填夯實或壓實。(1)承載力的確定。經過人工壓實(或夯實)的37灰土墊層，當壓實系數控制在097及干土重度不小于145150kN/m3時，其容許承載力可達300kPa以上。對于28灰土，當壓實系數控制在097及干土重度不小于148155kN/m3時，其容許承載力可達300kPa。(2)灰土墊層材料配比。灰土中石灰用量在一定范圍內，其強度隨灰土用量的增大而提高，但當超過一定限值后，強度則增加很小?/cc不良地質條件下給水管道基礎處理與施工 2006-7-19 0:06:00 | By: rockheart 摘要：管道輸送是一種較為安全的運輸手段，但在不同的地質條件下設計、施工管道有著不同的技術要求。介紹了在濕陷性黃土地區地基處理的幾種方法以及灰土及砂墊層處理方法。 關鍵詞：不良地質條件 濕陷性黃土 管道施工 管道地基 處理方法 0前言 隨著國民經濟的發展，科學技術的進步，采用管道輸送各種介質的范圍及領域越來越廣，距離越來越遠。輸送管道的設計、施工、維護等有它的特殊性，它和地形、地質、輸送的介質、管材等有著密切的關系。在長距離管道安裝中，由于各方面的因素，采用直埋的方法最為普遍，而直埋管道的基礎對不同地基、土質也有著不同的要求。不良地質主要有：軟粘土、雜填土、沖填土、膨脹土、紅粘土、泥炭質土、巖溶、濕陷性黃土等。濕陷性黃土地區在我國土地面積中占相當大的比例，在這種土質中敷設管道，對地基的處理有著特殊的要求。本文著重介紹濕陷性黃土地區管道基礎的處理與施工的幾種方法。 1濕陷性黃土的分布 在我國，黃土和黃土狀土廣泛分布在華北、西北等地，且地層多、厚度大。在這些地區，一般氣候干燥、降雨量少，蒸發量大，屬于干旱、半干旱氣候類型。黃土分布地區年平均降水量在250500 mm之間。黃土在自重或一定荷重作用下受水浸濕后其結構迅速破壞而發生顯著的附加下沉，以至在其上的建筑物遭到破壞。這是黃土的一種特殊性質。我國濕陷性黃土分布約占黃土分布面積的60，大部分在黃河中游地區。 由于各地黃土堆積環境、地理和氣候條件不同，致使其在堆積黃土的物理、力學性質等方面都具有明顯的差別，濕陷性有自西向東、自北向南逐漸減弱的規律。 2管道地基處理 由于濕陷性黃土的特性，在濕陷性黃土地區管道發生事故的主要原因是地基的不均勻沉降。因此管道對地基強度、穩定性及不均勻沉降有極為嚴格的要求。 21影響地基的幾個因素 (1)強度及穩定性。當地基的抗剪強度不足以支撐上部結構的自重及附加荷載時，地基就全產生局部或整體剪切破壞。 (2)壓縮及不均勻沉降。當地基由于上部結構的自重及附加荷載作用而產生過大的壓縮變形時，特別是超過管道所能允許的不均勻沉降時，則會引起管道過量下沉，接口開裂，影響管道的正常使用。 (3)地震造成的地基土震陷以及車輛的振動和爆破等動力荷載可能引起地基土失穩。 (4)地基滲漏量或水力比降超過容許值時，會發生水量損失或因潛蝕和管涌而可能導致管道破壞。 當管道的天然地基存在上述四類問題之一或幾個時，應采取適當的地基處理措施，以確保管道的安全正常運行。在確定管道基礎處理方案時，可根據工程的具體情況對幾種處理方法進行技術、經濟以及施工進度等方面的比較。合理的地基處理一定是技術可靠，經濟合理，又能滿足工程進度的要求。 22濕陷性黃土地基的處理方法 為了保證濕陷性黃土地基上管道的安全和正常使用，在絕大多數情況下都必須考慮地基處理，濕陷性黃土地基處理的目的是消除黃土的濕陷性，同時提高地基的承載能力。 管道的地基處理不同于其它建筑物地基的處理，管道地基處理主要是全部或部分消除其濕陷性。對非自重濕陷性黃土地基，如基礎下地基處理厚度達到壓縮層下限，或達到飽和的自重壓力與附加壓力之和等于或小于該土層的濕陷起始壓力，就可以認為地基的濕陷性全部消除。對自重濕陷性黃土地基，由于地基的濕陷量和濕陷變形與自重濕陷性土層的厚度、浸水面積有關，而與壓縮層厚度無關，所以必須處理基礎地面以下的全部自重濕陷性黃土層。 在非自重濕陷性黃土地基上，對級濕陷性黃土一般不需要地基處理。對于級處理厚度為1015 m，如處理厚度小于10 m時，濕陷性仍要危及構筑物或管道安全。對于級濕陷性黃土，處理厚度為1020 m，級應為2.03.0 m。此外，應根據土層的濕陷性系數的分布情況，濕陷性黃土層的厚度及管徑、管材、介質等具體情況，適當增加或減少處理厚度。 濕陷性黃土層的管道基礎處理方法很多，常用的方法有土或灰土墊層、砂或砂墊層、強夯法、重錘夯實法、樁基礎、預浸法等。各種處理方法都有它的適用范圍，局限性和優缺點。 由于管線長，工程地質條件千變萬化，而且機具、材料等條件也會因地區不同而有較大差別。因此，對每一具體線段都要進行細致分析，從地基條件、處理要求(包括處理達到的各項指標、處理范圍)、工程費用、材料、機具等諸多方面進行考慮，以確定合適的地基處理方法。 221灰土墊層 灰土墊屋常被用于非自重濕陷性黃土地區管道基礎的處理。一般適用于處理14 m厚的軟弱土層。管道的基礎是條形基礎，作用于地基上的力也比其它建筑物小，而且是基槽開挖后埋入地下，表面的軟弱土一部分已被去掉，所以在管道施工中常用灰土(或素土)墊層來處理濕陷性地區的管道基礎，以提高承載力，減少沉降力。 灰土墊層是將基礎下面一定范圍內的弱土層挖去，用一定體積比配合的灰土在最優含水量情況下分層回填夯實或壓實。 (1)承載力的確定。經過人工壓實(或夯實)的37灰土墊層，當壓實系數控制在097及干土重度不小于145150 kN/m3時，其容許承載力可達300 kPa以上。對于28灰土，當壓實系數控制在097及干土重度不小于148155 kN/m3時，其容許承載力可達300 k Pa。 (2)灰土墊層材料配比。灰土中石灰用量在一定范圍內，其強度隨灰土用量的增大而提高，但當超過一定限值后，強度則增加很小，并且有逐漸減小的趨勢。19灰土只能改善土和壓實性能，28和37灰土一般作為最優含灰率，但與石灰的等級有關，通常應以CaO+MgO所含總量達到8左右為最佳。 灰土中土不僅作填料用，而且參與化學作用，尤其是土中的粘粒或膠粒具有一定活性和膠結性。含量越多，灰土強度越高，土粒粒徑不得大于15 mm。灰土墊層的施工，應嚴格按有關規程進行。 (3)灰土的質量檢驗。一般采用環刀取樣，測定其干土重度。質量標準可按壓實系數確定，一般為093095。管道基礎壓實系數一般采用095，不得小于090。 (4)灰土墊層的厚度與濕陷變形的關系。墊層具有一定的厚度才能使濕陷量最大的上部土層的濕陷性消除，并由墊層擴散到天然黃土層的附加力減少到某種程度，使浸入后的濕陷量減少。墊層的寬度則以溝槽寬度為依據，對于孔洞、溝澗、墓穴及其它回填土、淤土地區，墊層處理范圍要擴大。 222素土墊層 素土墊層是先挖去基坑下的部分或全部軟弱土，然后回填素土分層夯實，處理級非自重濕陷性黃土，管徑不大的管道基礎常采用素土墊層。 素土墊層的土料一般以粘性土為宜，填土必須在無水的管溝(基坑)中進行。夯(壓 )實施工時，應使土的含水量接近于最佳含水量，填土的夯(壓)實應分層進行，多層虛鋪的厚度可參照灰土墊層的虛鋪厚度。 223砂和砂石墊層 當管道的不透水性基礎與軟土層相接觸時，在荷載的作用下，軟弱土地基中的水被迫從基礎兩側排出，基底下的軟弱土不易固結，形成較大的孔隙水壓力，還可能導致由于地基強度降低而產生塑性破壞的危險。砂墊層和砂石墊層材料透水性大，軟弱土層受壓后，墊層可作為良好的排水面，可以使基礎下面的孔隙水壓力迅速消散，加速墊層下軟弱土層的固結和提高其強度，避免地基土塑性破壞。因此濕陷性黃土地基處理也可采用砂和砂石墊層。 砂墊層的厚度一般根據墊層底面處的自重應力與附加應力之和不大于同一標高處軟弱土層的容許承載力來計算。 czR 式中c-墊層底面處土的自重應力，kPa； z-墊層底面處土的附