山區(qū)燃氣管道建設(shè)中的水保擋墻及其設(shè)計要點

邵語辰，劉 澤，鄭 聰

1.臺州市城市天然氣有限公司，浙江 臺州 318013

2.湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201

隨著國民經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)保要求的提高，天然氣的需求越來越旺盛，使得輸送管網(wǎng)的建設(shè)工程越來越多。遠距離輸送天然氣時，敷設(shè)管道所遇到的地形條件極其復(fù)雜，也面臨著各種潛在的破壞風(fēng)險，特別是水土流失帶來的危害。因此，水工保護是管道建設(shè)的重要任務(wù)之一。其中，擋土墻是最為常見而有效的水保結(jié)構(gòu)物。顧伯通等[1]在分析水工保護對長輸管道重要性的基礎(chǔ)上，分析了常用水保措施；張喜榮等[2]研究了重力式擋土墻的構(gòu)造與設(shè)計方法；林銘玉[3]研究了生態(tài)袋防護結(jié)構(gòu)的特點及其用于水保工程的適用性；褚睿峰等[4]通過數(shù)值模擬研究了不同形狀石籠擋墻的抗沖刷性能并將其用于雙蘭線管道工程的防護。目前，實際工程中的支擋結(jié)構(gòu)類型比較多，也各有特點，必須對這些方法進行針對性的分析，便于設(shè)計人員進行合理選擇。

1 山區(qū)燃氣管道敷設(shè)特點

山區(qū)地形起伏大、溝壑縱橫，巖土性能變化大，時而堅硬如鐵、時而疏松易塌，同時山高坡長匯水面積大，降雨后水流沖刷能力強。在建造輸氣管道時，一般要求管道以埋地的方式進行敷設(shè)，使得管道敷設(shè)必須先開挖管溝再鋪管焊管，然后回填管溝。但受溝內(nèi)埋有管道的影響，管溝回填土很難進行有效壓實。這種水文地質(zhì)條件和管道建造方式的組合，使得燃氣管道面臨著嚴(yán)重的水害風(fēng)險。特別是在一些陡坡地段，管道敷設(shè)的施工開挖與回填還會對邊坡造成擾動，降低邊坡穩(wěn)定性。因此，水保措施是燃氣管道建設(shè)的重要內(nèi)容，其中擋土墻又是水保措施中的重點，一方面，可以發(fā)揮支擋作用，保證邊坡與陡坎的穩(wěn)定性，避免邊坡滑塌造成管道損傷；另一方面，當(dāng)用在非常陡的地形時，可以減少開挖量、營造管道敷設(shè)所需要的空間，當(dāng)用在有水流沖刷的地方時，可以發(fā)揮墻身抗刷能力強的作用，避免土體遭沖刷造成管道裸露。

2 常用水保擋墻及其適用性

現(xiàn)有的擋土墻類型很多，如干砌漿砌擋土墻、錨桿擋墻、加筋土擋墻、懸臂式和扶壁式擋土墻等[5]，而在山區(qū)燃氣管道建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛的還是漿砌擋土墻、袋裝砂（土）擋土墻以及石籠擋土墻。

2.1 漿砌擋土墻

漿砌擋土墻是以就地取得的片石、塊石為基本材料，以水泥砂漿為黏結(jié)材料，人工現(xiàn)場砌筑而成的重力式擋土墻，常用的結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。這種擋土墻具有剛度大、支擋能力強、對地形適應(yīng)能力強、布置靈活、就地取材、成本較低等優(yōu)點，是山區(qū)燃氣管道建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛的墻型。其缺點是自重大、地基承載力要求高、變形適應(yīng)能力弱，且在山區(qū)施工時水泥砂漿等材料運輸困難，而且施工用水也時常存在困難。隨著工程建設(shè)體力勞動者的缺乏，漿砌擋土墻的優(yōu)點越來越不明顯。漿砌擋土墻只適用于石料豐富、水流沖刷嚴(yán)重的地段。

圖1 漿砌片石擋土墻

2.2 袋裝砂（土）擋土墻

袋裝砂（土）墻是將砂或土等材料裝入土工編織袋內(nèi)再通過連接扣碼砌成墻體，如圖2所示。這種擋土墻適用于土質(zhì)邊坡工程環(huán)境下的管道防護建設(shè)，具有成本低、地基承載力要求低的優(yōu)點，且擋墻為柔性結(jié)構(gòu)，可以很好地適應(yīng)地基的變形。當(dāng)采用生態(tài)袋裝土?xí)r，可以快速復(fù)綠，恢復(fù)工程施工所破壞的環(huán)境。如果采用普通編織袋，由于袋體材料耐久性比較差，需要在擋墻頂面和墻面現(xiàn)澆一層混凝土層進行防護，其生態(tài)功能減弱。

圖2 袋裝砂（土）擋土墻

2.3 石籠擋土墻

石籠擋土墻是將經(jīng)防腐處理的機織鋼絲網(wǎng)作為箱形結(jié)構(gòu)物，再將不易風(fēng)化崩解的塊石或片石充填箱體構(gòu)成擋土墻，如圖3所示。這是一種柔性支擋結(jié)構(gòu)，具有地基變形適應(yīng)性強、透水消能性好、施工簡便的優(yōu)點，而且不需要使用水泥砂漿砌筑，需要運輸?shù)牟牧狭繕O小，非常適合山區(qū)燃氣管道的防護施工，特別是在缺水、材料運輸困難的山脊段和水流沖刷嚴(yán)重的山谷與河道段的防護。

圖3 石籠擋土墻

3 山區(qū)燃氣管道工程中擋土墻的設(shè)計要點

作為山區(qū)燃氣管道建設(shè)的重要內(nèi)容之一，擋土墻發(fā)揮了穩(wěn)定性與水土保持兩方面的作用。因此，設(shè)計時應(yīng)充分結(jié)合工點的水文地質(zhì)條件和管道防護要求，因地制宜地進行合理設(shè)計。設(shè)計應(yīng)重點關(guān)注以下幾個問題：

（1）墻型選擇上應(yīng)充分考慮材料來源。燃氣輸送工程是一種長距離的線性工程，特別是在山區(qū)施工時，交通不便、材料運輸困難是制約工程進度的關(guān)鍵。因此，進行墻型選擇時應(yīng)盡量做到就地取樣，減少外運量。如在有石料的山上施工，漿砌擋土墻是一個較好的選擇，主材可以就地取樣，但需要考慮水泥、砂子以及施工用水的來源，當(dāng)缺乏這些材料時，石籠擋土墻的優(yōu)勢究更為明顯。如果缺乏工點石料，袋裝砂（土）擋土墻就更加適宜。

（2）擋土墻的穩(wěn)定性應(yīng)通過驗算并滿足要求。擋土墻的首要作用是保護邊坡的穩(wěn)定性，因此設(shè)計時需對擋土墻的抗滑移穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性、地基承載力以及抗沖刷能力等進行驗算，并滿足規(guī)范要求。

（3）注重現(xiàn)場條件與動態(tài)設(shè)計[5]。作為長距離線性工程，燃氣管道跨越的區(qū)域往往非常大，地形地質(zhì)條件變化很大，工程勘察資料也不可能很詳實，因此設(shè)計人員要重視現(xiàn)場施工時發(fā)現(xiàn)的問題，及時對設(shè)計方案進行調(diào)整、補充與完善。

（4）盡快恢復(fù)工程生態(tài)環(huán)境，減少水土流失。

4 結(jié)束語

在山區(qū)建設(shè)天然氣管道時，擋土墻是一種必不可少的水保結(jié)構(gòu)，其質(zhì)量直接關(guān)系到管道的安全運營，但由于天然氣管道跨越區(qū)域大，沿線條件復(fù)雜多變，很難在有限的勘察資料下做出完美的設(shè)計。因此，設(shè)計人員應(yīng)充分了解各種支擋結(jié)構(gòu)的特性及其適用范圍，再結(jié)合現(xiàn)場實際條件靈活選擇與布置，從而實現(xiàn)既安全有效又經(jīng)濟合理的水保擋墻設(shè)計。