山區燃氣管道建設中的水保擋墻及其設計要點

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.湖南科技大學土木工程學院，湖南 湘潭 411201

隨著國民經濟建設的發展和生態環保要求的提高，天然氣的需求越來越旺盛，使得輸送管網的建設工程越來越多。遠距離輸送天然氣時，敷設管道所遇到的地形條件極其復雜，也面臨著各種潛在的破壞風險，特別是水土流失帶來的危害。因此，水工保護是管道建設的重要任務之一。其中，擋土墻是最為常見而有效的水保結構物。顧伯通等[1]在分析水工保護對長輸管道重要性的基礎上，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造與設計方法；林銘玉[3]研究了生態袋防護結構的特點及其用于水保工程的適用性；褚睿峰等[4]通過數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構類型比較多，也各有特點，必須對這些方法進行針對性的分析，便于設計人員進行合理選擇。

1 山區燃氣管道敷設特點

山區地形起伏大、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，使得管道敷設必須先開挖管溝再鋪管焊管，然后回填管溝。但受溝內埋有管道的影響，管溝回填土很難進行有效壓實。這種水文地質條件和管道建造方式的組合，使得燃氣管道面臨著嚴重的水害風險。特別是在一些陡坡地段，管道敷設的施工開挖與回填還會對邊坡造成擾動，降低邊坡穩定性。因此，水保措施是燃氣管道建設的重要內容，其中擋土墻又是水保措施中的重點，一方面，可以發揮支擋作用，保證邊坡與陡坎的穩定性，避免邊坡滑塌造成管道損傷；另一方面，當用在非常陡的地形時，可以減少開挖量、營造管道敷設所需要的空間，當用在有水流沖刷的地方時，可以發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]，而在山區燃氣管道建設中應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，以水泥砂漿為黏結材料，人工現場砌筑而成的重力式擋土墻，常用的結構形式如圖1所示。這種擋土墻具有剛度大、支擋能力強、對地形適應能力強、布置靈活、就地取材、成本較低等優點，是山區燃氣管道建設中應用最為廣泛的墻型。其缺點是自重大、地基承載力要求高、變形適應能力弱，且在山區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。隨著工程建設體力勞動者的缺乏，漿砌擋土墻的優點越來越不明顯。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邊坡工程環境下的管道防護建設，具有成本低、地基承載力要求低的優點，且擋墻為柔性結構，可以很好地適應地基的變形。當采用生態袋裝土時，可以快速復綠，恢復工程施工所破壞的環境。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澆一層混凝土層進行防護，其生態功能減弱。

圖2 袋裝砂（土）擋土墻

2.3 石籠擋土墻

石籠擋土墻是將經防腐處理的機織鋼絲網作為箱形結構物，再將不易風化崩解的塊石或片石充填箱體構成擋土墻，如圖3所示。這是一種柔性支擋結構，具有地基變形適應性強、透水消能性好、施工簡便的優點，而且不需要使用水泥砂漿砌筑，需要運輸的材料量極小，非常適合山區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重的山谷與河道段的防護。

圖3 石籠擋土墻

3 山區燃氣管道工程中擋土墻的設計要點

作為山區燃氣管道建設的重要內容之一，擋土墻發揮了穩定性與水土保持兩方面的作用。因此，設計時應充分結合工點的水文地質條件和管道防護要求，因地制宜地進行合理設計。設計應重點關注以下幾個問題：

（1）墻型選擇上應充分考慮材料來源。燃氣輸送工程是一種長距離的線性工程，特別是在山區施工時，交通不便、材料運輸困難是制約工程進度的關鍵。因此，進行墻型選擇時應盡量做到就地取樣，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，當缺乏這些材料時，石籠擋土墻的優勢究更為明顯。如果缺乏工點石料，袋裝砂（土）擋土墻就更加適宜。

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

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

（4）盡快恢復工程生態環境，減少水土流失。

4 結束語

在山區建設天然氣管道時，擋土墻是一種必不可少的水保結構，其質量直接關系到管道的安全運營，但由于天然氣管道跨越區域大，沿線條件復雜多變，很難在有限的勘察資料下做出完美的設計。因此，設計人員應充分了解各種支擋結構的特性及其適用范圍，再結合現場實際條件靈活選擇與布置，從而實現既安全有效又經濟合理的水保擋墻設計。