CN110512658B - 一种黄土管沟防水施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种黄土管沟防水施工工艺，属于油气管道管沟的防水施工领域。该施工工艺包括以下步骤：确定黄土管沟内管道的位置；沿所述管道的长度方向布设多个互不连通的防水坑，且使所述管道穿过所述防水坑；向所述防水坑内填充化学泥浆，并至距离地表的预设高度处；其中，黄土65～70％，熟石灰10～15％，水玻璃与氯化钙混合液3.5～5％，腐殖酸纳2.5～4％，和余量的水；水玻璃与氯化钙的质量配比为4:1～5:1。本发明实施例提供的施工工艺所使用的化学泥浆，原料成本低，易于购得和运输，且施工便捷，能够减小施工人员的工作量，降低成本。且所修建防水坑，可降低黄土管沟土层的渗透性，有效防治黄土地区油气管道管沟的水土流失，且不会腐蚀管道防腐层。
Description
技术领域
本发明涉及油气管道管沟的防水施工领域，特别涉及一种黄土管沟防水施工工艺。
背景技术
我国现有的多条油气管道均穿越黄土地区，如西气东输一线、二线、马惠宁原油管道、涩宁兰输气管道、兰郑长成品油管道、陕京输气管道等，这些管道大多埋置于细颗粒的粉粒黄土中。而黄土区土壤固结性差，水稳性差，易发生沿管沟方向的水土流失，形成管沟塌陷和管周孔洞，致使管道埋深不足、露管或悬空，造成对管线的正常运营的威胁。
黄土较差的水稳性使黄土区的管沟水土流失变得异常容易，而管沟水的渗流则是形成水土流失的直接原因。现有技术中，为了阻隔管沟水的渗流，防止水土流失，通常采用修建截水墙的方法，即采用渗透性低的水泥混凝土沿垂直管沟的方向浇注成墙，来阻隔管沟水的渗流。
发明人发现现有技术中至少存在以下问题：
水泥混凝土是由水泥、砂、石、外加剂和水拌和，经硬化而成的一种人造石材，在制备水泥混凝土的过程中，需要从外地运输大量的水泥、砂、石以备使用，这使得修建截水墙的工作量很大，且成本高、施工费用较高。
发明内容
本发明提供一种黄土管沟防水施工工艺，可解决上述技术问题。
具体而言，包括以下的技术方案：
本发明实施例提供一种黄土管沟防水施工工艺，所述施工工艺包括以下步骤：
确定黄土管沟内管道的位置；
沿所述管道的长度方向布设多个互不连通的防水坑，且使所述管道穿过所述防水坑；
向所述防水坑内填充化学泥浆，并至距离地表的预设高度处；
其中，所述化学泥浆通过以下重量百分比的组分制备得到：
黄土65～70％，熟石灰10～15％，水玻璃与氯化钙混合液3.5～5％，腐殖酸纳2.5～4％，和余量的水；
水玻璃与氯化钙的质量配比为4:1～5:1。
在一种可能的设计中，所述化学泥浆通过以下重量百分比的组分制备得到：
黄土70％，熟石灰10％，水玻璃与氯化钙混合液4％，腐殖酸纳3％，和余量的水；其中，水玻璃与氯化钙的质量配比为4:1。
在一种可能的设计中，所述防水坑为长方体防水坑；
所述管道垂直穿过所述防水坑。
在一种可能的设计中，相邻的两个所述防水坑之间的距离不大于5米。
在一种可能的设计中，所述防水坑的底面与所述管道的管底所在的平面位于同一个水平面上。
在一种可能的设计中，所述防水坑沿所述管道的横截面方向的长为3-4米，沿所述管道的长度方向的宽为0.6-1米。
在一种可能的设计中，所述预设高度为15-25厘米。
在一种可能的设计中，所述向所述防水坑内填充化学泥浆，并至距离地表预设高度处之前，所述施工工艺还包括：
检测所述管道的外表面是否设置有防腐层；
如果没有设置防腐层，则对所述防水坑内的所述管道涂覆防腐层；
如果设置有防腐层，则向所述防水坑内填充化学泥浆。
在一种可能的设计中，所述向所述防水坑内注入化学泥浆，并至距离地表预设高度处之后，所述施工工艺还包括：
向所述防水坑内夯填原黄土，至地表所在平面。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果：
本发明实施例提供的黄土管沟防水施工工艺，通过沿管道的长度方向布设多个互不连通的防水坑，且管道穿过防水坑，使填充在防水坑内的化学泥浆能环抱管道，形成一堵墙，从而可防止水土沿管道的长度方向流失。其中，本发明实施例通过上述各组分之间的协同复配制备得到的化学泥浆，渗透率低、硬化快，所采用的原料成本低，易于购得和运输，且施工便捷，能够减小施工人员的工作量，降低成本。且采用该化学泥浆修建的防水坑，可降低黄土管沟土层的渗透性，有效防治黄土地区油气管道管沟的水土流失，且不会腐蚀管道防腐层。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种黄土管沟防水施工工艺的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种黄土管沟防水坑的结构示意图；
图3为图2沿A-A方向的剖视示意图。
图中的附图标记分别表示：
1-管道；
2-防水坑；
3-地表；
L-防水坑沿管道的横截面方向的长；
W-防水坑沿管道的长度方向的宽；
H-预设高度；
D-相邻的两个防水坑之间的距离。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。
本发明实施例提供一种黄土管沟防水施工工艺，如图1至图3所示，该施工工艺包括以下步骤：
步骤101、确定黄土管沟内管道1的位置；
步骤102、沿管道1的长度方向布设多个互不连通的防水坑2，且使管道1穿过防水坑2；
步骤103、向防水坑2内填充化学泥浆，并至距离地表3预设高度处；
其中，化学泥浆通过以下重量百分比的组分制备得到：
黄土65～70％，熟石灰10～15％，水玻璃与氯化钙混合液3.5～5％，腐殖酸纳2.5～4％，和余量的水；水玻璃与氯化钙的质量配比为4:1～5:1。
可以理解的是，黄土可采用黄土区管沟附近的土，即可在制备现场取用；熟石灰化学式为Ca(OH)2，水玻璃为硅酸钠，化学式为Na2SiO3·9H2O，氯化钙化学式为Cacl，腐殖酸钠化学式为C9H8Na2O4，熟石灰、水玻璃、氯化钙和腐殖酸钠均可通过市场购得。
其中，化学泥浆的工作原理为：
1)水玻璃与黄土中硫酸钙发生化学反应，形成硅酸凝胶，硅酸凝胶可填充黄土中的裂隙，为本发明形成的化学泥浆提供了低渗透的特性。
2)氯化钙可加速水玻璃(硅酸钠)的水解，促进硅酸凝胶迅速生成，同时水玻璃(硅酸钠)与氯化钙反应生成一定量氢氧化钙，可填充硅酸凝胶的脱水空隙，为本发明提供了较强的抗水和稳定特性，削弱湿陷性和渗透性。
3)腐植酸钠具有分散、凝聚、胶溶的作用，能够在制备过程中促进水玻璃与黄土之间的化学反应，且在使用过程中加快泥浆硬化。
4)熟石灰与黄土中硅酸盐矿物发生化学反应生成硅酸钙和硅酸铝，硅酸钙和硅酸铝是一种水稳性良好的胶结材料，具有水硬性胶凝材料性质，为本发明提供了较高的强度特性。
另外，熟石灰能够极大缩短泥浆的凝结时间，配比试验和现场开挖验证结果表明，缺少熟石灰这一组分的化学泥浆，从半流动状态至完全凝固状态历时不少于60天，而添加了熟石灰这一组分的化学泥浆，从半流动状态至完全凝固状态历时可短于7天。长时间未完全固化的泥浆极易因降雨和地表径流发生浆体失稳或流失，进而无法达到满意的化学泥浆防水效果。
本发明实施例提供的化学组分中的熟石灰，在材料匮乏条件下可由普通硅酸盐水泥替代，同样可起到为化学泥浆提供强度特性和缩短固化时间的作用。
本发明实施例提供的黄土管沟防水施工工艺，通过沿管道1的长度方向布设多个互不连通的防水坑2，且管道1穿过防水坑2，使填充在防水坑2内的化学泥浆能环抱管道1，形成一堵墙，从而可防止水土沿管道1的长度方向流失。其中，本发明实施例通过上述各组分之间的协同复配制备得到的化学泥浆，渗透率低、硬化快，所采用的原料成本低，易于购得和运输，且施工便捷，能够减小施工人员的工作量，降低成本。
另外，采用该化学泥浆修建的防水坑2，可降低黄土管沟土层的渗透性，有效防治黄土地区油气管道管沟的水土流失，且不会腐蚀管道防腐层。
具体地，对于步骤101而言，可采用探管仪对埋在黄土管沟内的管道1进行测定，标定出管道1的管道轴线位置及管顶埋深；然后结合管道尺寸确定管道1在黄土管沟内的位置。
对于步骤102而言，由于管道1被埋在黄土中，而施工时需环绕管道1布设防水坑2，因此，为了防止施工过程中损坏管道1，可采用人工挖掘的方式布设防水坑2。
进一步地，如图2所示，为了便于挖掘和布设，可使防水坑2为长方体防水坑，且为了达到更好的防水效果，可设置管道1垂直穿过防水坑2，也即是说，防水坑2的较长的边与管道1的管道轴线垂直。
在上述的黄土管沟防水施工工艺中，“管道1穿过防水坑2”可以理解为，防水坑2环抱管道1，且沿管道1的截面横切时(如图3所示)，防水坑2的横截面大于管道1的横截面。因此，防水坑2的底面应不高于管道1的管底所在的平面，为了便于施工，可设置防水坑2的底面与管道1的管底所在的平面位于同一个水平面上，即防水坑2的底面与管道1的管底平齐。
进一步地，且如图2至图3所示，当防水坑2为长方体防水坑时，可使防水坑2沿管道1的横截面方向的长L为3-4米，沿管道1的长度方向的宽W为0.6-1米。
可以理解的是，沿管道1的长度方向布设多个互不连通的防水坑2，可加强黄土管沟内土壤的固结性，有效防止管沟水沿管道1的长度方向渗流。理论上来说，相邻的两个防水坑2之间的距离越近，所产生的固结性越好，因此，可使相邻的两个防水坑2之间的距离D不大于5米，且考虑到修建防水坑2的工作量和施工费用，可设置相邻的两个防水坑2之间的距离D为5米。
另外，布设好防水坑2后，还可在防水坑2的四周设置警戒标识，以防止人畜跌入。
对于步骤103而言，化学泥浆由黄土、熟石灰、水玻璃与氯化钙混合液、腐殖酸钠和水制备得到。在上述黄土管沟防水施工工艺，可在施工现场制备上述化学泥浆，具体可包括：
由于化学泥浆制备所需要的黄土取自施工现场，考虑到施工现场不同地方的土层的差异性，为制备出适用的、具有较优性能的化学泥浆，需在施工场地进行化学泥浆的配比试验，试验黄土、熟石灰、水、水玻璃与氯化钙混合液、腐殖酸纳四种材料不同配比下制备的化学泥浆的流动性和固化特性，同时记录其流动性、凝固时间、凝固后自然塌陷程度；然后选择符合用户使用需求的、具有最优性能的化学泥浆。
其中，配比试验的场地要求如下：
1)距离管道轴线不超过100米；
2)场地地表的土层类型与施工场地一致；
3)地形起伏情况与施工场地类似；
4)地表植被情况与施工场地类似；
5)无塌陷、孔洞或地裂缝等不良工程地质现象。
另外，配比试验选定的化学泥浆应满足如下理想物理状态：
流动性包括可流淌，半流动、欠流动、无法流动。理想状态为欠流动。
凝固时间定义为搅拌完成至单脚踩无显著踏痕时的时间间隔。理想状态为：不大于2小时。
凝固后自然塌陷程度包括显著塌陷、一般塌陷、轻微塌陷、无塌陷。理想情况为：轻微塌陷和无塌陷。
通过对比多组配比实验，可确定上述各组分的重量百分比为：黄土65～70％，熟石灰10～15％，水玻璃与氯化钙混合液3.5～5％，腐殖酸纳2.5～4％，和余量的水。其中，黄土可以为：65％、66％、67％、68％、69％、70％等；熟石灰可以为：10％、11％、12％、13％、14％、15％等；水玻璃与氯化钙混合液可以为：3.5％、4％、4.5％、5％等；腐殖酸钠可以为2.5％、3％、3.5％、4％等；水玻璃与氯化钙混合液质量配比为4:1或5:1。通过如上设置，可确保各个组分协同作用，且保证化学泥浆具有理想物理状态——欠流动，凝固时间不大于2小时，且凝固后自然塌陷程度为轻微塌陷和无塌陷。
且化学泥浆的制备工艺要求如下：
1)采用混凝土搅拌机进行泥浆搅拌制备，以达到充分搅拌混合的目的；
2)搅拌料的放入顺序为：黄土、水、水玻璃与氯化钙混合液、腐殖酸纳、熟石灰；
3)制备前，将黄土过筛，过筛后的黄土允许存在一定粗颗粒，但粉末状的黄土占比要达到90％以上；
4)黄土可一次性放入搅拌机，随后开启搅拌机(泥浆倒入防水坑前搅拌机不能停机)；
5)水分不少于3次放入搅拌机，间隔时间不小于5分钟；
6)水玻璃与氯化钙混合液不少于3次放入搅拌机，间隔时间不小于5分钟，由人工采用铁锨、瓢盆等器具撒入；
7)腐殖酸纳不少于3次放入搅拌机，间隔时间不小于5分钟，由人工采用铁锨、瓢盆等器具撒入；
8)熟石灰不少于3次放入搅拌机，间隔时间不小于5分钟，由机械或人工拌入。
将制备好的化学泥浆缓慢倒入开挖好的防水坑2内，至距离地表3的预设高度H处(如图3所示)，可以理解的是，化学泥浆的上表面高于管道1的管顶所在的平面，且低于地表3预设高度H，为了保证较好的防水效果，可使预设高度H为15-25厘米。
考虑到上述化学泥浆对管道1具有一定的腐蚀作用，因此，在步骤103之前，上述施工工艺还包括：
步骤102’、检测所述管道1的外表面是否设置有防腐层；
如果没有设置防腐层，则对防水坑2内的所述管道1涂覆防腐层；
如果设置有防腐层，则向防水坑2内填充化学泥浆。
其中，对管道防腐层的检测还可理解为：检测管道1的外表面上的防腐层是否有损伤现象，当检测有损伤(视为没有设置防腐层)时，对其进行修复处理；当检测无损伤(视为设置有防腐层)时，向防水坑2内填充化学泥浆。
由此，可保证与化学泥浆接触的管道1的外表面涂覆有防腐层，从而防止化学泥浆腐蚀管道1。
且使施工现场的地表3与周边环境和谐统一，在步骤103之后，上述施工工艺还包括：向防水坑2内夯填原黄土，至地表3所在平面。
具体地，可待防水坑2内化学泥浆的表面无水析出后，夯填原黄土至地表3所在平面，以使埋伏有管道1的地表3与周边环境一致。1个月后拆除警戒标识。
进一步地，通过以下具体实施例来进一步说明本发明的技术方案和所产生的技术效果：
实施例
本实施例提供了一种黄土管沟防水施工工艺，该施工工艺包括：
1)对管道1测定：采用探管仪对管道1进行测定，标定管道轴线位置及管顶埋深，确定黄土管沟内管道1的位置。
2)现场化学泥浆的配比试验：在施工场地进行化学泥浆配比试验，试验黄土、水、水玻璃与氯化钙混合液、腐殖酸纳四种材料在不同配比下制备的化学泥浆的流动性和固化特性，记录其流动性、凝固时间、凝固后自然塌陷程度。本实施例开展了5组配比试验，配比比例和试验记录见表1。
表1黄土化学泥浆的配比试验记录表
最终，本实施例确定的化学泥浆的配比比例为黄土70％、熟石灰10％、水13％，水玻璃与氯化钙混合液4％(二者质量配比4:1)、腐殖酸钠3％。
3)开挖防水坑2：采用人工挖掘方式。防水坑2呈长方体形，防水坑2的长边与管道轴线垂直，防水坑2沿管道1的横截面方向的长L为3.5m，防水坑2沿管道1的长度方向的宽W为0.8m，防水坑2的底面与管道1的管底平齐。每相邻两个防水坑2之间的距离D为5m。在防水坑2的四周设置警戒标识，防止人畜跌入。
4)管道外防腐层检测及修复：防水坑2开挖后，对管道1防腐层进行专业检测，如检测出管道1外表面上的防腐层有损伤现象，应进行修复处理。
5)制备化学泥浆：按照配比试验确定的黄土、水、水玻璃与氯化钙混合液、腐殖酸纳的配比，制备化学泥浆。
6)灌浆：将制备好的化学泥浆缓慢倒入开挖好的防水坑2内，至化学泥浆的上表面与地表3的距离为20cm。
7)恢复地貌：待泥浆的上表面无水析出后，夯填原黄土至地表3。1个月后拆除警戒标识。
一月后，开挖取防水坑2的土样，进行室内土工试验(土常规试验、压缩试验和渗透试验)，并与实施场地旁原状黄土样进行对比，试验结果如表2所示。
表2防水坑土样与原状黄土样的性能对比
由表2可明显看出，历时一个月，应用本发明实施例提供的黄土管沟防水施工工艺所修建的防水坑，其渗透性极差，较原状黄土有了非常明显的改善，能有效的防止管沟水土流失，达到保护管沟的使用功效。同时，还可以看到，应用本发明的化学泥浆的湿陷性系数也得到了显著的降低，提高了管沟的抗沉陷能力。
且本实施例综合成本为每10m防水坑长度约2500元，远低于普通浆砌石截水墙或灰(水泥)土截水墙每10m8000-10000元的成本。
本发明实施例提供的黄土管沟防水施工工艺适用于黄土地区油气管道管沟水土流失的防治，施工工序简单、施工人员作业强度低、成本低廉、效果显著，尤其适用于偏远或砌筑材料相对匮乏的黄土地区。可主要有以下应用前景：
1)一般黄土地区，可作为传统管沟截水墙或管土土置换的备选施工方案；
2)偏远或砌筑材料相对匮乏的黄土地区，可替代传统管沟截水墙；
3)可作为黄土地区管沟水土流失灾害的应急抢险措施。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种黄土管沟防水施工工艺，其特征在于，所述施工工艺包括以下步骤：
确定黄土管沟内管道的位置；
沿所述管道的长度方向布设多个互不连通的防水坑，且使所述管道穿过所述防水坑；
向所述防水坑内填充化学泥浆，并至距离地表的预设高度处；
其中，所述化学泥浆通过以下重量百分比的组分制备得到：
黄土65～70％，熟石灰10～15％，水玻璃与氯化钙混合液3.5～5％，腐殖酸纳2.5～4％，和余量的水；水玻璃与氯化钙的质量配比为4:1～5:1。
2.根据权利要求1所述的黄土管沟防水施工工艺，其特征在于，所述化学泥浆通过以下重量百分比的组分制备得到：
黄土70％，熟石灰10％，水玻璃与氯化钙混合液4％，腐殖酸纳3％，和余量的水；
其中，水玻璃与氯化钙的质量配比为4:1。
3.根据权利要求1所述的黄土管沟防水施工工艺，其特征在于，所述防水坑为长方体防水坑；
所述管道垂直穿过所述防水坑。
4.根据权利要求3所述的黄土管沟防水施工工艺，其特征在于，相邻的两个所述防水坑之间的距离不大于5米。
5.根据权利要求4所述的黄土管沟防水施工工艺，其特征在于，所述防水坑的底面与所述管道的管底所在的平面位于同一个水平面上。
6.根据权利要求5所述的黄土管沟防水施工工艺，其特征在于，所述防水坑沿所述管道的横截面方向的长为3-4米，沿所述管道的长度方向的宽为0.6-1米。
7.根据权利要求1所述的黄土管沟防水施工工艺，其特征在于，所述预设高度为15-25厘米。
8.根据权利要求1所述的黄土管沟防水施工工艺，其特征在于，所述向所述防水坑内填充化学泥浆，并至距离地表预设高度处之前，所述施工工艺还包括：
检测所述管道的外表面是否设置有防腐层；
如果没有设置防腐层，则对所述防水坑内的所述管道涂覆防腐层；
如果设置有防腐层，则向所述防水坑内填充化学泥浆。
9.根据权利要求1所述的黄土管沟防水施工工艺，其特征在于，所述向所述防水坑内注入化学泥浆，并至距离地表预设高度处之后，所述施工工艺还包括：
向所述防水坑内夯填原黄土，至地表所在平面。
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