許 豪

1.中石化河南石油工程設(shè)計(jì)有限公司 河南鄭州 450047；2.中國(guó)石油化工股份有限公司上海石油化工研究院 上海 201208

隨著環(huán)境問(wèn)題全球化，工程建設(shè)中的環(huán)保問(wèn)題也越來(lái)越受到重視。油氣田地面建設(shè)工程中，輸油管道的水土保持是其中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。由于輸油管道線路長(zhǎng)且采用管溝埋設(shè)，沿途經(jīng)過(guò)的地貌類(lèi)型多，特別是在山區(qū)、丘陵、黃土高原等地域，管道施工容易造成水土流失等環(huán)境問(wèn)題。加蓬是非洲撒哈拉以南第三大產(chǎn)油國(guó)，加蓬A(yù)KONDO 油田項(xiàng)目是中國(guó)石化大力實(shí)施走出去戰(zhàn)略，在海外找油找氣的重要項(xiàng)目。該油田采用氣舉采油，原油生產(chǎn)規(guī)模為20.75×104t/ a，伴生氣處理規(guī)模為9.99×104m3/ d，氣舉規(guī)模為26×104m3/ d。本工程共建設(shè)7 個(gè)井組（PAD），1 座集中處理站（CPF），1座交油站（CMS），1 座生產(chǎn)管理區(qū)（PMF），以及集輸、外輸管網(wǎng)56.8km。

加蓬A(yù)KONDO 油田位于Salsich 區(qū)塊東北部，Salsich 區(qū)塊位于加蓬共和國(guó)濱海奧果韋省，加蓬西部第二大城市讓蒂爾港市東北。Salsich 區(qū)塊位于赤道，其西、北面臨大西洋幾內(nèi)亞灣，沿海地區(qū)為平原和丘陵，平均海拔不到200m，河流眾多、河網(wǎng)密布。年降雨量1600～3000mm，年平均氣溫26℃。地表為森林、瀉湖、沼澤，屬于熱帶雨林氣候，森林茂盛，覆蓋程度高，地表植被以棕櫚林為主。

本工程地質(zhì)勘察委托加蓬當(dāng)?shù)氐目辈旃?，?dāng)?shù)匾罁?jù)的是法國(guó)規(guī)范，與國(guó)內(nèi)略有差別，但是大體一致。通過(guò)對(duì)比地勘報(bào)告的數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，本工程集輸管道經(jīng)過(guò)的地區(qū)全部為粉土質(zhì)砂覆蓋區(qū)域。粉土質(zhì)砂是一種常見(jiàn)的土質(zhì)。此前，本課題組已經(jīng)對(duì)南寧膨脹土和甘肅濕陷性黃土等特殊土進(jìn)行了一系列科學(xué)研究和工程實(shí)踐，得出了很多有意義的結(jié)論[1-7]。加蓬A(yù)KONDO 油田地基土的物理性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

1 常用水土保持處理方法

1.1 擋土墻

1.1.1 漿砌石擋土墻

漿砌石擋土墻屬于剛性重力式結(jié)構(gòu)，應(yīng)依據(jù)管道水工保護(hù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算；依據(jù)公路部門(mén)擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算以確定結(jié)構(gòu)斷面，亦可按圖集（04J008）《擋土墻—重力式、衡重式、懸臂式》中相關(guān)內(nèi)容確定斷面結(jié)構(gòu)尺寸。根據(jù)擋土墻墻背滲水量合理布置排水構(gòu)造物，并設(shè)置伸縮縫和沉降縫。還需要進(jìn)行強(qiáng)度、抗傾覆、抗滑移等計(jì)算。

表1 AKONDO油田地基土的物理性質(zhì)指標(biāo)

一般地區(qū)漿砌石重力式擋土墻的基礎(chǔ)埋深不小于1m，且應(yīng)置于凍深線以下不小于0.3m、沖刷線以下不小于1m 處。擋土墻墻背填料宜用滲水性強(qiáng)的砂性土、砂礫、碎（礫）石等材料，嚴(yán)禁采用淤泥、腐殖土、膨脹土，不宜采用粘性土。在季節(jié)性凍土地區(qū)，不應(yīng)采用凍脹性材料做填料。1.1.2 草袋擋土墻

草袋擋土墻屬于散體材料結(jié)構(gòu)。一般地區(qū)擋土墻高度不大于5m，用于堡坎支護(hù)時(shí)高度一般不大于3m。草袋擋土墻基礎(chǔ)埋深可不考慮凍結(jié)深度及沖刷深度的影響，一般基礎(chǔ)埋深在0.5～1.0m。草袋擋土墻設(shè)計(jì)不計(jì)算整體抗滑移、抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)，采用就地取材填料的草袋結(jié)構(gòu)，原則上亦不進(jìn)行地基承載力計(jì)算。但是，對(duì)于高度不小于2m 的草袋擋墻，應(yīng)進(jìn)行墻身水平抗剪強(qiáng)度計(jì)算。

1.2 堡坎

根據(jù)砌體材料不同，堡坎分為漿砌石堡坎、干砌石堡坎和草袋堡坎。漿砌石堡坎一般用于田坎恢復(fù)，干砌石堡坎一般用于石料豐富的石方山區(qū)坡臺(tái)地的地坎恢復(fù)，草袋堡坎一般用于黃土等一般土質(zhì)地區(qū)地坎的恢復(fù)。

堡坎屬于簡(jiǎn)易支擋結(jié)構(gòu)。漿砌石堡坎需進(jìn)行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算，包括抗滑動(dòng)、抗傾覆、地基承載力和墻身抗剪強(qiáng)度計(jì)算。對(duì)于草袋堡坎和干砌石堡坎兩種散體材料結(jié)構(gòu)，需進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗剪強(qiáng)度計(jì)算。

1.3 護(hù)坡

1.3.1 漿砌石護(hù)坡

漿砌石護(hù)坡一般適用于邊坡坡度介于1∶2～1∶1的巖石或土質(zhì)邊坡的坡角防護(hù)，對(duì)于邊坡坡比介于1∶1～1∶0.5 的巖質(zhì)邊坡慎用。漿砌石護(hù)坡應(yīng)根據(jù)坡后滲水量合理布置排水構(gòu)造物，并設(shè)置伸縮縫和沉降縫。漿砌石護(hù)坡基礎(chǔ)嚴(yán)禁置于未經(jīng)處理的松散回填土和軟土地基上，一般情況下基底應(yīng)置于中密的砂土、碎（卵）石土和基巖上。漿砌石護(hù)坡應(yīng)設(shè)置沉降縫和泄水孔。漿砌石護(hù)坡單級(jí)護(hù)坡高度不宜大于6m，當(dāng)防護(hù)邊坡高度大于6m 時(shí)，應(yīng)設(shè)置分級(jí)平臺(tái)，且平臺(tái)寬度不宜小于2m。

1.3.2 干砌石護(hù)坡

干砌石護(hù)坡一般適用于邊坡坡度介于1∶2～1∶1.25土質(zhì)邊坡的坡角防護(hù)，對(duì)于邊坡坡比介于1∶1.25～1∶1的土質(zhì)邊坡慎用。干砌石護(hù)坡一般用于坡角或坡面有地下水或坡面滲水情況下的防護(hù)，亦可以用于石方地區(qū)地坎的恢復(fù)。其基礎(chǔ)埋深原則上不受凍結(jié)深度的影響。

1.3.3 草袋護(hù)坡

草袋護(hù)坡一般適用于邊坡坡度介于1:2～1:1 的土質(zhì)邊坡的坡角防護(hù)，對(duì)于邊坡坡比介于1:1～1:0.5的土質(zhì)邊坡慎用。一般用于包括黃土在內(nèi)的土質(zhì)地區(qū)非浸水情況下的坡角、坡面防護(hù)，亦可以用于土質(zhì)地坎的恢復(fù)。草袋護(hù)坡基礎(chǔ)埋深原則上不受凍結(jié)深度的影響。草袋護(hù)坡的單級(jí)護(hù)坡高度不宜大于10m。當(dāng)防護(hù)邊坡高度大于10m 時(shí)，應(yīng)設(shè)置分級(jí)平臺(tái)，且平臺(tái)寬度不宜小于2m。

1.4 截水墻

截水墻是管溝內(nèi)設(shè)置的一種長(zhǎng)輸管道所特有的水工保護(hù)結(jié)構(gòu)形式，其主要目的是防止水流順管溝沖刷，造成管溝覆土的流失。其結(jié)構(gòu)形式一般包括漿砌石截水墻、灰土截水墻和草袋截水墻3 種。漿砌石截水墻一般用于卵礫石和石方地區(qū)?；彝两厮畨κ遣捎盟嗷蚴遗c土料拌合、夯實(shí)而成的一種膠結(jié)體結(jié)構(gòu)，通常灰與土比例為2∶8（體積比）。草袋截水墻一般用于地基承載力較低的軟土土質(zhì)地區(qū)。

根據(jù)管道敷設(shè)形式，常在以下3 種條件下設(shè)置截水墻：一是在管道順坡敷設(shè)（管線與地形等高線交叉）的條件下，坡面匯水順管溝的沖刷防護(hù)；二是管線長(zhǎng)距離橫切坡面（平行等高線）敷設(shè)時(shí)，由于坡面匯水量較大，亦容易造成匯水順管溝的沖刷，因此應(yīng)考慮設(shè)置截水墻；三是管道順河溝、河道底部敷設(shè)，采用截水墻既可以起到防止沖刷的作用，又具有配重穩(wěn)管的作用。

2 輸油管道水保處理

2.1 總體布置

根據(jù)開(kāi)發(fā)方案部署及生產(chǎn)井分布情況，合理確定站場(chǎng)布局；再根據(jù)站場(chǎng)布局、已有井場(chǎng)路走向，合理確定管道線路的走向。本工程集輸系統(tǒng)采用一級(jí)布站方式，即井組（PAD）→集中處理站（CPF）→交油站（CMS）→法國(guó)TOTAL 集油站[8]。AKONDO 油田地面集輸管網(wǎng)布置見(jiàn)圖1。

圖1 AKONDO油田集輸管網(wǎng)布置圖

2.2 沿線現(xiàn)狀

由于本工程地處與世隔絕的加蓬國(guó)家原始森林地帶，缺少基礎(chǔ)設(shè)施，施工難度非常大。輸油管道經(jīng)過(guò)的地貌主要是未開(kāi)發(fā)的熱帶原始森林、草原、沼澤等區(qū)域，地形主要是丘陵和平原交替。由于土質(zhì)為粉土質(zhì)砂，坡地開(kāi)挖后如果處理不及時(shí)，再遇上大雨很容易造成水土流失。

2.3 水土保持處理方法

根據(jù)地勘報(bào)告，輸油管道經(jīng)過(guò)地區(qū)均為粉土質(zhì)砂覆蓋，管頂標(biāo)高- 1.50m。由于本工程地處偏僻的原始森林地帶，一是運(yùn)輸成本非常高，二是加蓬國(guó)家原始森林管理局要求我方采用環(huán)保材料。綜合考慮土質(zhì)、成本和環(huán)保的因素，最終決定采用草袋截水墻、護(hù)坡、擋土墻等水保處理方法。本管道線路使用最多的是截水墻（見(jiàn)圖2），其次是擋土墻，護(hù)坡和過(guò)水面數(shù)量不多。

圖2 截水墻縱截面

由于線路經(jīng)過(guò)地區(qū)的土質(zhì)條件差，管線縱截面角度小于2°時(shí)，截水墻每20m 設(shè)置一道；2°～3°時(shí)，每15m 設(shè)置一道；3°～5°時(shí)，每10m 設(shè)置一道；5°～8°時(shí)，每8m 設(shè)置一道；8°以上時(shí)，每5m 設(shè)置一道。

管道線路共有25 處設(shè)置草袋截水墻，共計(jì)設(shè)置草袋截水墻717 道。在管道懸空處、橋涵河道兩邊共設(shè)置草袋擋土墻8 處，橋涵兩邊堆土路基設(shè)置草袋護(hù)坡1處，最低點(diǎn)匯水面設(shè)置過(guò)水面2 處，共計(jì)草袋工程量4316.25m3。草袋按照500mm×800mm 考慮，裝土成型尺寸為200mm×400mm×500mm，單個(gè)體積為0.04m3，堆砌1m3需要25 個(gè)草袋。草袋交替碼砌，碼砌時(shí)不得形成通縫，袋與袋之間用細(xì)土填實(shí)。每層草袋碼砌完畢簡(jiǎn)單壓實(shí)后，方可進(jìn)行上層草袋的碼砌。草袋內(nèi)填土，不得含有粒徑大于10mm 的石塊，回填土必須壓實(shí)。建成后的效果見(jiàn)圖3。

3 結(jié)論

（1）水土保持應(yīng)符合環(huán)境保護(hù)的要求，避免誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，最大程度地滿足水土保持的要求。

（2）水土保持應(yīng)從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、線路優(yōu)化等多方面做全面比較，在保證管道安全的前提下，以綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益為目標(biāo)，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選確定。

（3）水土保持應(yīng)從防護(hù)的目的與范圍、水工設(shè)施的強(qiáng)度與穩(wěn)定性、地基的要求與處理、建筑材料的選擇，以及關(guān)鍵部位的施工技術(shù)等方面進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。

（4）本工程采用的草袋截水墻、擋土墻和護(hù)坡等水土保持方法，是綜合考慮了加蓬當(dāng)?shù)貙?shí)際施工情況、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和環(huán)保要求確定的，在滿足規(guī)范的前提下，技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)適用。