湿陷性黄土地区管沟回填构筑结构

本技术涉及一种土木工程构筑结构，特别是涉及一种运输管线塌陷修复施工中的回填构筑结构，属于土木工程。

背景技术：

1、管道运输是以管道输送流体货物的运输方式，已成为当今重要的运输类型。埋地管道结构是运输管线工程的基础。在长距离运输管线工程中，埋地管道结构的稳定安全是保障管道运输畅通高效的前提条件。黄土区埋地管道结构容易遭遇的环境破坏因素在于黄土湿陷造成的地面塌陷或陷穴。地面塌陷或陷穴会使得管道弯曲发生下沉或悬空现象，进而埋地管道会发生局部应力集中，当应力超过管道强度极限后，管道就会发生破坏。

2、黄土的湿陷性是指，黄土具有在自重或外部荷重下，受水浸湿后结构迅速破坏发生突然下沉的性质。引起湿陷的原因是因为黄土以粉粒和亲水弱的矿物为主，具有大孔结构，天然含水量小，具有粘粒的强结合水连结和盐分的胶结连结，在干燥时可以承担一定荷重而变形不大，但浸湿后，土粒连结显著减弱，引起土结构破坏产生湿陷变形。在湿陷性黄土地区，埋地管道结构易发生黄土塌陷作用下的局部埋地管道悬空，面临管沟塌陷治理。

3、在管沟塌陷治理的施工中，修筑截排水构筑体或进行回填是最为常用的工程形式。由于运输管道所经之处多为山地斜坡或台田地，进行截排水工程会占用农田或破坏环境，且其花费较大，若直接回填，在雨季又会被冲刷掏蚀，进而重新形成管沟塌陷，浪费资金。中国实用新型专利cn 209686419 u公开一种管沟回填结构。该管沟回填结构，包括沟体和截水墙，沟体内设置有多个截水墙，沟体由上至下依次设置有腐殖土回填层和原土回填层，截水墙由上至下设置的粘土夯填层和基础夯填层。该结构通过在原土回填区段加灰土夯填的截水墙，既阻止沿管沟冲刷造成悬管等破坏，又避免浆砌石或混凝土等工程造成的环境破坏，以低成本方式防止水体沿管沟冲蚀破坏造成管沟塌陷。该结构在一定程度上解决了前述问题，但在该结构在湿陷性黄土地区推广时发现一些不完善之处。主要缺陷在于，粘土夯填层与基础夯填层相结合的截水墙在环境水分年变化剧烈的黄土环境中，在明显干湿季之间墙体土体湿胀与干缩变化明显，截水墙吸湿性与稳固性均不稳定。同时，灰土夯填改变工程原土壤环境，影响与破坏土壤及地表生物群落原有稳定性，影响工程生态适应性。因而，现有结构不能很好满足湿陷性黄土地区工程整体技术要求。

技术实现思路

1、本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供一种针对湿陷性黄土地区运输管线中对管沟塌陷区修复时的回填技术，能够有效应对在以湿陷性黄土为代表的土体层中面临的回填问题。

2、为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下。

3、一种湿陷性黄土地区管沟回填构筑结构，其特征在于：在运输管线的管沟回填修复段间隔设置回填段与截水墙；所述回填段上层是腐殖土层，下层是原土层，运输管道埋设在回填段的原土层中；所述截水墙是秸秆层与原土层的交替铺设结构。

4、本实用新型上述湿陷性黄土地区管沟回填构筑结构在管沟回填时，一方面通过在施工区土体中增加截水墙将回填线间隔为回填段，减少管沟两侧冲刷程度，避免悬管等破坏性结果；另一方面截水墙引入秸秆层，充分利用秸秆材料的吸湿性能与纤维拉扯性能，调节黄土区截水墙在明显干湿季之间墙体土体湿胀与干缩的明显变化，增强截水墙及整体回填构筑结构的稳定性。秸秆层营造的微观土壤结构同时有助于土壤生物的生存。

5、上述湿陷性黄土地区管沟回填构筑结构有如下的优化方案。

6、进一步地，截水墙设计数量与地形特征充分结构。具体是，若管沟底面坡度 β<7°且运输管道埋深 h<3 m，相邻截水墙间回填段长度 l2＝5m～6m；若7°< β<15°且 h<3 m， l2＝3m～4m；若15°< β<30°且 h<3 m， l2＝2 m。

7、进一步地，若管沟底面坡度 β<7°，截水墙厚度 d3＝1m；若7°< β<15°， d3＝1.5m；若15°< β<30°， d3＝2m。

8、进一步地，截水墙宽度大于管沟回填修复段顶宽。

9、进一步地，截水墙的秸秆层单层高度 h31＝1/5 d～1/4 d且不超过20cm，原土层单层高度 h41＝1/4 d～1/3 d且不超过30cm， d是运输管道管径。

10、进一步地，回填段的腐殖土层高度 h21＝1/3 d～1/2 d。

11、进一步地，管沟回填修复段长度大于管沟塌陷区长度。

12、进一步地，管沟回填修复段深度大于运输管道埋深。

13、进一步地，管沟回填修复段横断面呈梯形。

14、整体上，管沟回填修复段长度 l大于管沟塌陷区长度 l6，管沟回填修复段深度 h大于运输管道埋深 h。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本实用新型湿陷性黄土地区管沟回填构筑结构是一种针对湿陷黄土区运输管线局部塌陷修复施工中埋地管道结构回填结构体。在现有技术基础上，本发明创造的第一个重点是对截水墙结构的改进。通过将秸秆材料引入作为截水墙墙体材料，利用了秸秆材料的吸湿性能与纤维拉扯性能，同时通过秸秆层与原土层交替铺设结构设计增大两种墙体材料间摩擦力，促进了秸秆材料性能的更充分发挥，使截水墙墙体整体结构及抗性得以改进，能够适应湿陷黄土地明显干湿分季时的环境条件变化，增强截水墙及整体回填构筑结构的稳定性。同时，秸秆层在土壤中营造的微系统有利于形成稳定的土壤生物群落，提升工程的生态适应性。在现有技术基础上，本发明创造的第二个重点是对截水墙设计分布控制条件加以改进，更综合性地考虑各种工况条件，便于施工材料就地取材。本实用新型回填构筑体结构更适应于黄土区环境条件。本产品所需材料与工艺均为目前湿陷黄土区土木工程构筑体中常用，造价经济，适宜推广。

技术特征：

1.湿陷性黄土地区管沟回填构筑结构，其特征在于：在管运输管线的管沟回填修复段（1）间隔设置回填段（2）与截水墙（3）；所述回填段（2）上层是腐殖土层（21），下层是原土层（4），运输管道（5）埋设在回填段（2）的原土层（4）中；所述截水墙（3）是秸秆层（31）与原土层（4）的交替铺设结构。

2.根据权利要求1所述管沟回填构筑结构，其特征在于：若管沟底面坡度β<7°且运输管道（5）埋深h<3 m，相邻截水墙（3）间回填段（2）长度l2＝5m～6m；若7°<β<15°且h<3 m，l2＝3m～4m；若15°<β<30°且h<3 m，l2＝2 m。

3.根据权利要求2所述管沟回填构筑结构，其特征在于：若管沟底面坡度β<7°，截水墙（3）厚度d3＝1m；若7°<β<15°，d3＝1.5m；若15°<β<30°，d3＝2m。

4.根据权利要求3所述管沟回填构筑结构，其特征在于：所述截水墙（3）宽度b3大于所述管沟回填修复段（1）顶宽b。

5.根据权利要求4所述管沟回填构筑结构，其特征在于：所述截水墙（3）宽度为两端分别超出所述管沟回填修复段（1）顶宽1m～2m。

6.根据权利要求5所述管沟回填构筑结构，其特征在于：所述截水墙（3）的秸秆层（31）单层高度h31＝1/5d～1/4d且不超过20cm，原土层（4）单层高度h41＝1/4d～1/3d且不超过30cm，d是运输管道（5）管径。

7.根据权利要求6所述管沟回填构筑结构，其特征在于：所述回填段（2）的腐殖土层（21）高度h21＝1/3d～1/2d。

8.根据权利要求7所述管沟回填构筑结构，其特征在于：所述管沟回填修复段（1）横断面呈梯形。

9.根据权利要求1～7任一所述管沟回填构筑结构，其特征在于：所述管沟回填修复段（1）长度l大于管沟塌陷区（6）长度l6，管沟回填修复段（1）深度h大于运输管道（5）埋深h。

10.根据权利要求9所述管沟回填构筑结构，其特征在于：所述管沟回填修复段（1）两端分别超出管沟塌陷区（6）2 m～3 m，h大于h 0.5m～1m。

技术总结本技术公开一种湿陷性黄土地区管沟回填构筑结构。针对现有技术不能很好满足湿陷性黄土地区工程整体技术要求的缺陷，本技术提供一种湿陷性黄土地区管沟回填构筑结构，具体在管运输管线的管沟回填修复段间隔设置回填段与截水墙；回填段上层是腐殖土层，下层是原土层，运输管道埋设在回填段的原土层中；截水墙是秸秆层与原土层的交替铺设结构。截水墙各层高度根据管道管径确定，回填段长度根据管沟底面坡度与管道埋深确定。本产品提高截水墙及整体回填构筑结构在黄土区季节变化中的稳定性，以及生态适用性；且适宜工程地就地取材。本产品所需材料与工艺均为目前湿陷黄土区土木工程构筑体中常用，造价经济，适宜推广。技术研发人员：黄金燕,刘兴荣,马彦杰,李启润,张金霞受保护的技术使用者：甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所技术研发日：20231018技术公布日：2024/5/29