给水排水工程浅埋管道基层稳定技术研究

引言

北方地区给水排水工程是保障居民生活和工业生产的重要基础设施，浅埋管道作为其中关键组成部分，其基层稳定直接关系到工程的安全运行。然而，北方冬季寒冷，土壤冻胀现象显著，加之部分地区土壤性质复杂、荷载变化大等因素，导致浅埋管道基层易出现沉降、变形等问题，影响管道使用寿命和功能发挥。目前，针对北方地区该类问题的系统研究尚不完善，因此，开展北方地区给水排水工程浅埋管道基层稳定技术研究具有重要的现实意义。

一、北方地区浅埋管道基层不稳定的影响因素

（一）冻胀因素

北方地区冬季气温极低，土壤中的水分在低温作用下会冻结成冰，体积发生膨胀，即冻胀现象。冻胀产生的力会作用于浅埋管道基层，当冻胀力超过基层的承受能力时，就会导致基层变形、隆起。春季气温回升，冻土融化，土壤结构变得疏松，承载力下降，管道基层又会出现沉降。这种冻融循环反复作用，会严重破坏基层的稳定性。土壤的冻胀性与土壤的含水量、颗粒组成以及冻结温度等密切相关。当土壤中含水量较高，且含有较多的细颗粒土（如粉土、黏土）时，冻胀性较强。因为细颗粒土的孔隙小，水分容易聚集，冻结时产生的膨胀力更大。此外，冻结速度和冻结深度也会影响冻胀的程度，冻结速度越快、冻结深度越大，冻胀作用越明显。

（二）土壤性质因素

土壤的性质是影响浅埋管道基层稳定的重要内在因素。北方地区土壤类型多样，包括砂土、壤土、黏土等。不同类型的土壤具有不同的物理力学性质，对基层稳定性的影响也不同。

砂土颗粒较大，孔隙率大，透水性好，排水能力强，但其承载力相对较低，在荷载作用下容易发生沉降。黏土颗粒细小，透水性差，保水性强，在含水率较高时，强度会急剧下降，容易产生塑性变形，导致基层失稳。壤土的性质介于砂土和黏土之间，但其稳定性也会受到含水率变化的影响。此外，土壤的压缩性也是一个关键指标。高压缩性土壤在外部荷载作用下会产生较大的压缩变形，从而影响管道基层的平整度和稳定性。

（三）荷载因素

浅埋管道基层承受的荷载主要包括管道自身重量、管内介质重量以及外部荷载（如地面车辆荷载、建筑物荷载等）。外部荷载的大小、分布方式以及作用时间都会对基层稳定性产生影响。地面车辆荷载是常见的外部荷载之一，车辆行驶时产生的动荷载会通过路面传递到管道基层，引起基层的振动和变形。如果车辆荷载过大或频繁作用，会导致基层土壤结构破坏，承载力下降。建筑物荷载则具有长期稳定性，但其分布不均匀可能会导致基层局部沉降。

二、北方地区浅埋管道基层稳定技术措施

（一）换填法

换填法是将管道基层范围内不稳定的土壤挖除，替换为性能优良的材料（如砂石、灰土、水泥土等），以提高基层的承载力和稳定性。该方法适用于处理浅层软弱地基或不均匀地基。

在选择换填材料时，应根据工程实际情况进行综合考虑。砂石具有良好的透水性和强度，适用于地下水位较高或有排水要求的场地；灰土由石灰和黏土按一定比例配制而成，具有较高的强度和水稳定性，适用于干燥或中等湿度的场地；水泥土则是由水泥和土混合而成，强度高、整体性好，适用于对强度要求较高的场地。换填施工时，应分层开挖、分层回填、分层压实。每层回填厚度不宜过大，一般为 20-30cm ，压实度应达到设计要求。通过换填法，可以有效改善基层的土壤性质，提高基层的承载能力和抗变形能力。

（二）排水法

排水法是通过设置排水设施（如排水盲沟、渗水井、井点降水等），降低土壤中的含水量，减少冻胀和渗透压力对基层的影响。该方法适用于处理地下水位较高、土壤含水量较大的场地。排水盲沟是一种常用的排水设施，由透水性材料（如碎石、卵石）组成，设置在管道基层两侧或下方，能够将土壤中的水分汇集并排出。渗水井则适用于处理局部积水，将雨水或地下水引入地下深处。井点降水是通过在场地周围设置井点管，利用真空泵将地下水位降低，适用于大面积降水。在采用排水法时，应合理设计排水系统的布置和尺寸，确保排水畅通。同时，还应注意排水设施的反滤层设计，防止土壤颗粒进入排水设施造成堵塞。

（三）加固法

加固法是通过采用一定的技术手段（如水泥土搅拌桩、高压喷射注浆、灰土挤压桩等），对管道基层土壤进行加固处理，提高土壤的强度和稳定性。该方法适用于处理深层软弱地基或对基层稳定性要求较高的场地。水泥土搅拌桩是利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械将水泥和土强制搅拌均匀，形成具有一定强度的水泥土桩体，与周围土壤共同作用形成复合地基，提高基层的承载力。高压喷射注浆则是利用高压喷射流将水泥浆液与土壤混合，形成固结体，达到加固地基的目的。灰土挤压桩是通过将灰土挤压入土中，形成桩体，改善土壤的密实度和强度。加固法施工时，应严格控制施工参数（如桩长、桩径、水泥用量等），确保加固效果。

三、实例应用与效果分析

（一）工程概况

某北方城市给水工程中，一段长 500m 的浅埋管道采用 DN600 球墨铸铁管，管道埋深 2.5m 。该工程场地土壤为粉质黏土，地下水位较高，常年在地表下 1.0-1.5m 之间。冬季最低气温可达 ，土壤冻胀现象明显。在管道施工完成后，经过一个冬季，发现部分管道出现沉降、接口渗漏等问题，影响了给水系统的正常运行。

（二）问题分析

通过现场勘察和试验分析，发现该工程管道基层不稳定主要由以下原因造成：一是土壤冻胀作用，冬季土壤中的水分冻结膨胀，导致基层隆起，春季冻土融化后基层沉降；二是地下水位较高，土壤含水量大，降低了土壤的强度和承载力；三是管道基层采用的素土回填，压实度不够，难以承受管道和外部荷载的作用。

（三）稳定技术应用

针对上述问题，结合工程实际情况，采用了换填法与排水法相结合的基层稳定技术。具体措施如下：换填处理：将管道基层范围内 30cm 厚的粉质黏土挖除，替换为级配砂石，分层回填压实，压实度达到 95% 以上。级配砂石具有良好的透水性和强度，能够有效提高基层的承载力，减少冻胀影响。排水系统设置：在管道基层两侧设置排水盲沟，盲沟采用碎石填充，断面尺寸为 30cm×30cm ，盲沟内铺设透水土工布，防止土壤颗粒进入。排水盲沟每隔 50m 设置一个渗水井，将汇集的水分排出场外。

（四）效果分析

在采用上述稳定技术后，对该工程管道基层进行了为期一年的监测。监测结果表明：管道基层的沉降量控制在 5mm 以内，满足设计要求；冬季未出现明显的冻胀现象，管道接口无渗漏情况；基层土壤的承载力较处理前提高了 30% 以上。由此可见，换填法与排水法相结合的技术能够有效解决北方地区浅埋管道基层不稳定的问题，保证了管道的安全运行。

结束语

本文通过对北方地区给水排水工程浅埋管道基层稳定技术的研究，分析了影响基层稳定的主要因素，提出了换填法、排水法、加固法等技术措施，并结合实际工程案例验证了其有效性。研究成果为北方地区同类工程的设计和施工提供了参考，有助于提高浅埋管道的运行安全性和耐久性。然而，本研究仍存在一些局限性，如对不同稳定技术的长期效果监测不足，对复杂地质条件下的技术应用研究不够深入等。

参考文献

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