張居業(yè)

（臨夏公路事業(yè)發(fā)展中心，甘肅 臨夏 731100）

黃土地區(qū)作為我國(guó)的重要生態(tài)環(huán)境類型之一，在水資源管理和土壤保持方面一直面臨著諸多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的圬工急流槽養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)雖然在一定程度上可以減緩水土流失，但其在效率、可持續(xù)性等方面存在一些限制。近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，新的技術(shù)手段被引入并逐漸應(yīng)用于黃土地區(qū)的水資源管理和土壤保持工作中。其中，將PE管代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圬工急流槽成為備受關(guān)注的新興技術(shù)。文章將對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行淺析，旨在探討黃土地區(qū)采用PE管的可行性、優(yōu)勢(shì)以及可能面臨的挑戰(zhàn)，為該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供新的思路和方法。

1 技術(shù)背景及簡(jiǎn)介

G568線永靖至東鄉(xiāng)段公路地處臨夏州東鄉(xiāng)縣境內(nèi)，該路段屬于典型的濕陷性黃土路段，每年汛期，水毀損壞是該路段養(yǎng)護(hù)工作的一大難題。黃土路基沉陷、陷穴、邊坡沖刷與失穩(wěn)、圬工砌體排水溝及涵洞出口漿砌片石急流槽斷裂等公路病害頻繁發(fā)生。黃土本身性狀是導(dǎo)致路基濕陷性破壞的內(nèi)部因素，而排水不暢及合成坡度大等因素，是導(dǎo)致黃土路基濕陷性破壞的外在因素。針對(duì)以上問題實(shí)踐，東鄉(xiāng)公路段經(jīng)過多年對(duì)濕陷性黃土地區(qū)公路的養(yǎng)護(hù)總結(jié)出合理解決排水問題是防止黃土路基發(fā)生濕陷性破壞的關(guān)鍵。

2 基本原理

2.1 圬工排水設(shè)施損壞原因分析

因黃土具有大孔隙、垂直節(jié)理、透水性強(qiáng)、抗水性弱、易崩解、濕陷性明顯等水理特性，因而在黃土地區(qū)的邊坡上修筑的傳統(tǒng)漿砌片石或混凝土急流槽，圬工體本身或伸縮縫一旦開裂，雨水下滲會(huì)使土基結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，形成溶洞，從而導(dǎo)致急流槽發(fā)生破壞。在雨水的匯聚沖刷和附加應(yīng)力作用下，容易引起路基坡面的不均勻沉降，從而導(dǎo)致圬工體的變形開裂或者折斷損壞。這類病害早期不易發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)時(shí)已造成排水設(shè)施損壞，部分損壞的急流槽和排水溝，在強(qiáng)降雨的影響下，易引起路基整體失穩(wěn)或者路基缺口的出現(xiàn)，進(jìn)一步增加了修復(fù)難度和維修成本。

2.2 解決水毀問題的原理

PE管所具有的柔韌性使其土體結(jié)構(gòu)的抗沉降能力增強(qiáng)。從管材表面結(jié)構(gòu)材料看，與金屬管理相比，剛度、強(qiáng)度等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。從實(shí)際應(yīng)用看，PE管材屬于“柔性管”，埋設(shè)后聚乙烯壓力松弛化的特征可產(chǎn)生形變，與周圍土壤環(huán)境形成共性負(fù)載；實(shí)際軸向應(yīng)力水平與理論計(jì)算值相比較低，其中管材的斷裂伸長(zhǎng)率≤300%，彎曲的軸向半徑值要小于管道直徑的20倍左右。作為高強(qiáng)度的韌性材料，可適應(yīng)地基結(jié)構(gòu)的不均勻沉降。本管材自身接頭密封性好，接頭的強(qiáng)度高于管道本體強(qiáng)度。綜合以上特點(diǎn)，PE管急流槽具備其他形式的排水設(shè)施所沒有的耐久性和可靠性，可從源頭上避免了黃土濕陷性崩解的發(fā)生。

3 PE管急流槽材料選擇

PE壓力管采用聚乙烯管材，原料等級(jí)為PE100，壓力等級(jí)為0.8 MPa，管徑可根據(jù)工程實(shí)際選擇，常用管徑為400 mm。聚乙烯（壓力PE）管材的技術(shù)特性和性能指標(biāo)如表1所示。

表1 管材的技術(shù)特性和性能指標(biāo)

4 PE管急流槽關(guān)鍵技術(shù)

4.1 設(shè)置位置的選擇

管道埋設(shè)時(shí)要以“早接遠(yuǎn)送”為原則，管道線路選擇時(shí)盡量規(guī)避山坡不穩(wěn)定地段，并且做到管口（出水口）要遠(yuǎn)離坡腳，安裝到溝底穩(wěn)定地段（如巖石層）或無濕陷性的土壤地段，避免侵蝕坡腳和溯源侵蝕現(xiàn)象，誘發(fā)路基高邊坡的不穩(wěn)定，引起次生災(zāi)害以及管道的損壞。

4.2 管材的焊接工藝與實(shí)施要點(diǎn)

①對(duì)管材進(jìn)行切割處理，切割面需與管材軸線位置具有垂直向，避免出現(xiàn)斜口；②管材結(jié)構(gòu)插入后，需按照設(shè)計(jì)要求，為減少管道內(nèi)雜質(zhì)含量，需做好管道內(nèi)外部清潔處理工作，減少泥砂、水等的存在量；③管材焊接過程中，需去除管道表面的氧化層，選用刮削的方法去除，同時(shí)要留余部分刮削區(qū)域，保證管材或插口管件位置，便于切割。④管材應(yīng)按設(shè)計(jì)要求安裝到位，使管材、管件結(jié)構(gòu)能夠平行化處理，保證管材結(jié)構(gòu)穿插化，并需在插口端口位置達(dá)到既定的設(shè)計(jì)要求；⑤管材焊接過程中，電焊機(jī)械設(shè)備（交流電壓39.5 V）應(yīng)按照實(shí)際配套選用。

5 施工工藝簡(jiǎn)介

5.1 施工流程

施工準(zhǔn)備→施工放樣→溝槽開挖→基底處治→管道安裝→管道焊接→土方回填→邊坡綠化。

5.2 施工準(zhǔn)備

5.2.1 施工方案定制

①對(duì)水毀修復(fù)處的地形進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，確定跌水井位置和排水管埋設(shè)的走向，埋設(shè)位置盡量避開水毀的坑洞和回填土位置，選擇未沖刷土體，防止基底沉降造成構(gòu)造物破壞。必要時(shí)可采用石灰土等方法進(jìn)行基底處理。②根據(jù)相應(yīng)的邊溝匯水量確定跌水井的尺寸和管道急流槽管材的直徑。③出水口位置盡量選擇在較穩(wěn)定的原出水口，或者采用漿砌片石、混凝土等方式，因地制宜，靈活選擇。

5.2.2 施工人員及材料進(jìn)場(chǎng)

①工程用材料機(jī)具由專人對(duì)其供應(yīng)商進(jìn)行考查備案，考查合格后，才能按計(jì)劃進(jìn)場(chǎng)。②工人應(yīng)當(dāng)熟練掌握各項(xiàng)工藝、技術(shù)參數(shù)和安全規(guī)章，確保施工隊(duì)伍人員穩(wěn)定，安排專人專職負(fù)責(zé)。③作業(yè)人員和設(shè)備進(jìn)場(chǎng)后，做好施工現(xiàn)場(chǎng)的安全防護(hù)，圈出危險(xiǎn)地帶和施工區(qū)域，做好安全警示。

5.3 施工過程與過程控制

5.3.1 施工放樣

依照制定的方案對(duì)跌水井位置、排水管路徑和出口位置進(jìn)行準(zhǔn)確放樣，并用石灰或木樁實(shí)地標(biāo)記，以免由于地形險(xiǎn)峻和不通視造成盲目施工。

5.3.2 溝槽開挖

可采用機(jī)械開挖和人工開挖，開挖時(shí)溝槽寬度應(yīng)保證人員便于施工，一般管槽底寬為管外徑+0.3 m作為施工面，管槽開挖深度為埋設(shè)在車行道下時(shí)，管頂覆土不應(yīng)小于0.6 m；埋設(shè)在非車行道下時(shí)，管頂覆土不應(yīng)小于0.3 m。

5.3.3 基底處置

開挖后應(yīng)對(duì)溝槽基底進(jìn)行整平夯實(shí)，如有農(nóng)路、農(nóng)田等人員活動(dòng)的區(qū)域，應(yīng)采用水泥穩(wěn)定土、石灰穩(wěn)定土等進(jìn)行基底處置。

5.3.4 管節(jié)安裝

施工前首先應(yīng)對(duì)安裝繩索等工器具予以檢查，施工人員在上崗前必須進(jìn)行專門培訓(xùn)，培訓(xùn)內(nèi)容包括聚乙烯專用料特性、電工知識(shí)、聚乙烯熔接設(shè)備、聚乙烯管道施工技術(shù)等理論知識(shí)。

5.3.5 管道安裝

①管道準(zhǔn)備與布置。首先，需要對(duì)PE管進(jìn)行準(zhǔn)備和布置。在準(zhǔn)備階段，對(duì)PE管進(jìn)行檢查，確保管道質(zhì)量符合要求，沒有損壞或缺陷。然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將PE管進(jìn)行切割和加工，使其符合實(shí)際施工需要的長(zhǎng)度和形狀。其次，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和施工方案，對(duì)管道進(jìn)行布置，確定管道的位置和走向，確保管道的布置符合設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范。②管道安裝與連接。在管道準(zhǔn)備和布置完成后，開始進(jìn)行管道的安裝和連接工作。首先，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地面的準(zhǔn)備和清理，確保施工環(huán)境整潔和安全。其次，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和布置圖紙，將PE管逐段鋪設(shè)到預(yù)定位置，并進(jìn)行連接。在連接過程中，需要采用專用的連接件和工具，確保連接牢固和密封。同時(shí)，要注意管道的排水和排氣，避免管道內(nèi)部積水和氣體，確保管道的正常使用和運(yùn)行。在安裝過程中，還需要進(jìn)行必要的質(zhì)量檢查和驗(yàn)收，確保管道的安裝質(zhì)量符合要求，沒有質(zhì)量問題和安全隱患。

5.3.6 電熔接頭焊接

①對(duì)于電焊管材來說，按要求應(yīng)對(duì)電焊管材進(jìn)行包裝處理，及時(shí)清潔管道內(nèi)外環(huán)境；②PE管具有良好的耐腐蝕性和抗老化性，但是在接頭工具選取的過程中，需選用手動(dòng)或者機(jī)械處理，保證刮削過程符合設(shè)計(jì)要求。例如，在選用鞍形三通的過程中，需按照既定的焊接位置進(jìn)行刮皮處理。③使用塑料管材切刀或帶切削導(dǎo)向裝置的細(xì)齒鋸對(duì)所需的管材位置進(jìn)行確定，進(jìn)而確保其端面位置能夠垂直于管材軸線處。④管材位置的插入深度，應(yīng)符合既定設(shè)計(jì)的要求，確保標(biāo)記插入深度符合工程施工實(shí)際應(yīng)用要求，插入深度同管件的承口深度。⑤管材的焊接區(qū)域應(yīng)對(duì)管道口位置進(jìn)行清洗，可選取高濃度酒精擦洗，確保管口絕對(duì)干凈整潔、無水漬殘留。

6 工程應(yīng)用案例與應(yīng)用前景分析

6.1 G568線K107+740處水毀修復(fù)應(yīng)用實(shí)例

結(jié)合G568線K107+740處水毀修復(fù)工程案例，具體施工圖如圖1。

圖1 G568線K107+740處水毀修復(fù)應(yīng)用實(shí)例

6.2 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

“十三五”以來，東鄉(xiāng)公路段已累計(jì)使用PE管急流槽達(dá)到4 800 m，通過可靠的PE管排水設(shè)施將雨水輸送到遠(yuǎn)離路基的地方，充分保證了路基安全穩(wěn)定。PE管急流槽在實(shí)踐中展現(xiàn)了優(yōu)良的性能，尤其是在縱坡高低起伏、復(fù)雜多變、邊坡坡度超過60°或者跨越垂直陷穴的陡峭斜坡上有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)檫@種環(huán)境下機(jī)械無法靠近，而PE管具有剛度大、柔韌性強(qiáng)且重量較輕的優(yōu)點(diǎn)。施工中不需機(jī)械設(shè)備輔助，人工采取簡(jiǎn)單的安全措施后，就可以在各種困難的地形上作業(yè)，完成管道埋設(shè)工作。

6.3 效益評(píng)價(jià)

（1）經(jīng)濟(jì)效益分析。近年來，在全球變暖的大背景下，臨夏地區(qū)雨期降雨的頻次和強(qiáng)度均有所上升，在臨夏地區(qū)穿越黃土區(qū)的國(guó)、省道上修建的圬工急流槽，埋設(shè)的雙壁波紋管急流槽等由于材料自身的局限性和不足，常發(fā)生損壞，抗自然災(zāi)害能力差，致使每年需要投入大量的資金、人力進(jìn)行維修，養(yǎng)護(hù)成本高，效果有限。與傳統(tǒng)圬工急流槽相比，PE管急流槽具有造價(jià)相對(duì)低，材料質(zhì)地輕，便于運(yùn)輸、安裝，內(nèi)壁光滑，阻力小，泄水能力強(qiáng)，不易損壞，后期維修費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，在黃土地區(qū)推廣應(yīng)用可有效節(jié)約公路全壽命周期養(yǎng)護(hù)成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（2）社會(huì)效益分析。使用PE管代替?zhèn)鹘y(tǒng)圬工急流槽，大量減少了水泥、塊片石或碎石、砂等建筑材料的使用，避免了頻繁修復(fù)排水設(shè)施所產(chǎn)生的固體廢棄物造成環(huán)境污染。且PE管具有優(yōu)良的耐久性和適應(yīng)地基承載力變化的能力；管道間采用電熔連接，連接強(qiáng)度高；低溫抗沖擊強(qiáng)度強(qiáng)，施工難度??；能減少土地占用；且廢舊的PE管可以回收利用，符合我國(guó)節(jié)約型社會(huì)的生態(tài)理念，具有較高的社會(huì)效益。

7 結(jié)束語

總之，黃土地區(qū)采用PE管代替?zhèn)鹘y(tǒng)圬工急流槽養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)在水資源管理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。通過對(duì)比分析傳統(tǒng)圬工急流槽與PE管技術(shù)，可以看到PE管在施工、維護(hù)和環(huán)保等方面都呈現(xiàn)出更為可行和可持續(xù)的特點(diǎn)。其在減少水資源浪費(fèi)、防止土壤侵蝕、提高養(yǎng)護(hù)效率等方面的表現(xiàn)，為黃土地區(qū)的水資源保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供了新的思路。然而，在實(shí)際應(yīng)用過程中仍需要考慮地方特色和實(shí)際情況，持續(xù)監(jiān)測(cè)和改進(jìn)技術(shù)手段，以確保該技術(shù)在黃土地區(qū)的有效推廣和應(yīng)用，從而為該區(qū)域的水資源管理和生態(tài)建設(shè)做出更大貢獻(xiàn)。