楊波(江西省天然氣集團(tuán)有限公司管道分公司，江西 南昌 330012)

關(guān)建詞：天然氣管道工程；水土保持；水工保護(hù)；聚酯袋；生態(tài)袋

0 引言

根據(jù)江西省“十三五”天然氣管網(wǎng)規(guī)劃和江西省委省政府確定的2020 年“氣化江西”的目標(biāo)，江西省天然氣集團(tuán)有限公司管道分公司按照江西省政府確定的“統(tǒng)一主體、統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)一調(diào)配、統(tǒng)一價(jià)格”原則和“全省一張網(wǎng)”的模式，承接西氣東輸二線、西氣東輸三線入贛天然氣。工程主要集中在贛州、吉安、贛西、贛東北等革命老區(qū)和原中央蘇區(qū)；最終形成以西氣東輸二線、西氣東輸三線在南昌、宜春、萍鄉(xiāng)、上饒、吉安、贛州等設(shè)區(qū)市境內(nèi)分輸站、分輸閥室為起點(diǎn)建設(shè)至各縣(市、區(qū))中心城市門站的省級管網(wǎng)。

江西省天然氣管網(wǎng)建設(shè)工期緊、任務(wù)重，是全省脫貧攻堅(jiān)的硬性指標(biāo)；結(jié)合全省40 余處施工標(biāo)現(xiàn)場情況，均表現(xiàn)出地形地貌不利于石材搬運(yùn)，人、材、機(jī)成本高昂，且無法達(dá)到預(yù)計(jì)工期進(jìn)度，對建設(shè)方、施工方都存在較大的影響。為此，江西省天然氣管網(wǎng)工程開展了對水工保護(hù)模式改進(jìn)的探討。

1 江西地形地貌、水利情況

江西省位于長江中下游南岸，東經(jīng)113035～118029，北緯24029～30005；境內(nèi)地勢南高北低，邊緣群山環(huán)繞，中部丘陵起伏，北部平原坦蕩。全省土地總面積16.69×104km2，其中山區(qū)面積6.01×104km2、丘陵區(qū)面積7.01×104km2、平原區(qū)面積3.68×104km2，分別占全省總面積的36%、42%和22%；山區(qū)、丘陵面積占比高達(dá)78%。

江西天然氣管線敷設(shè)路由約70%經(jīng)過山區(qū)、丘陵地段，通常相對高差為20～50m，山體連續(xù)性差，山頂渾圓，溝谷“U”形，山坡自然坡度一般在20～35°左右，地表植被以人工種植的松樹、灌木、臍橙等經(jīng)濟(jì)類果木為主；其余30%管線沿山區(qū)、丘陵間谷地敷設(shè)，續(xù)分布于丘陵之間、沿線小型河流兩側(cè)，相對高差5～15m，地表植被以煙草、蔬菜、雜草及灌木為主。

地層巖性：

(1)殘坡積礫質(zhì)黏性土，黃褐～紅褐色，干強(qiáng)度及韌性中等，表層多含一層厚度0.1～0.3m 不等的礫石層，礫石以砂巖、石英巖為主。

(2)全～強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，以強(qiáng)風(fēng)化為主，紅褐色，礦物成分主要為黏土礦物及長石、石英等，泥質(zhì)膠結(jié)，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，易風(fēng)化成砂土狀、碎塊狀，強(qiáng)度較低，錘擊易碎，遇水易軟化、崩解。

(3)中等風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，紅褐色，礦物成分主要為黏土礦物及長石、石英等，粉砂狀、泥狀結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，遇水易軟化，失水后干裂呈碎塊狀。

根據(jù)江西省水利廳年報(bào)數(shù)據(jù)顯示，江西總體呈現(xiàn)出雨水豐沛，河流小溪眾多，水系發(fā)達(dá)，全省多年平均降水量1638mm，居全國第4 位；加之不同區(qū)域獨(dú)特的地形氣候條件，使得江西洪澇干旱災(zāi)害頻繁，水土流失較為嚴(yán)重；江西天然氣地質(zhì)勘探報(bào)告顯示，管線路由地段，地下水深通常為1.0～2.8m 間，年變幅1.0～2.0m。此外，水土保持工作一直是江西省各類工程長期督辦紅線，省水土保持局每月收集數(shù)據(jù)，按季度進(jìn)行專項(xiàng)督查，由此，水土保持工作顯得格外重要。

2 漿砌石水工保護(hù)

漿砌石水工保護(hù)措施，具有抗沖刷強(qiáng)度大，不受環(huán)境影響限制，使用周期長等特點(diǎn)；明顯的缺點(diǎn)有，在材料倒運(yùn)困難、地貌地形受限時(shí)，漿砌石結(jié)構(gòu)水工保護(hù)施工難度高，需要投入的工程成本較大；漿砌石結(jié)構(gòu)水工保護(hù)施工地表覆蓋部分永久不生長植被，對工程周圍環(huán)境影響較大；漿砌石結(jié)構(gòu)與邊坡鑲嵌結(jié)合不好，在雨水沖刷下，時(shí)常會造成新的水土流失問題[1]。

江西管網(wǎng)漿砌石水工保護(hù)的主要形式有漿砌石擋土墻、截水墻、堡坎、護(hù)坡、護(hù)岸、石籠等，在工程建設(shè)期漿砌石結(jié)構(gòu)受原材料、地形地質(zhì)條件、施工工序等控制因素影響質(zhì)量波動(dòng)較大；存在水保砌體壓頂厚度不足、易開裂，砌體墻體開裂、斷面尺寸不足、含泥量大，水泥砂漿強(qiáng)度不足等或多或少的缺陷；加之常年降水量多，漿砌石水土保持的作用在該區(qū)域未達(dá)到較理想的效果。

3 江西天然氣管網(wǎng)工程的聚酯袋水工保護(hù)

3.1 聚酯袋

聚酯袋是生態(tài)袋的一種，原材料是一種無紡織的土工布料，它是由聚丙烯(聚酯纖維)纖維材料的無紡布經(jīng)同步機(jī)高強(qiáng)紗線縫制加工而成的具有一定物理性能的袋子，常規(guī)為綠色或黑色。聚酯袋在水工保護(hù)工程中，主要由四個(gè)部分組成，分別為聚酯袋、聯(lián)接扣、扎口帶和土工格柵[2]。優(yōu)點(diǎn)有：材料綠色環(huán)保，抗老化、抗高溫抗低溫、抗紫外線、抗潮濕抗腐蝕動(dòng)及動(dòng)物破壞、不降解、耐風(fēng)化、無污染、抗酸堿鹽及微生物分解，可百分之百回收；有利于植被生長、防治水土流失，便于綠化，有透水不透土的過濾功能，既能防止填充物(土壤和營養(yǎng)成分混合物)流失，又能實(shí)現(xiàn)水分在土壤中的正常交流，對植物生長所需的水分提供了有效的保持和及時(shí)補(bǔ)充，使植物根系能自由穿過袋體進(jìn)入基礎(chǔ)土壤中，對植物生長非常有利[3]。

3.2 聚酯袋水工保護(hù)形式

3.2.1 聚酯袋截水墻

在線路管道山區(qū)段，宜結(jié)合施工作業(yè)帶地形地貌設(shè)置聚酯袋截水墻；人工清理水保基槽至管道下方約20cm 的原土持力層，結(jié)合管溝實(shí)際情況將基槽開挖至兩側(cè)的管溝壁嵌入深度≥20cm，基槽底部寬度尺寸(沿線路軸向)1m,基槽底部長度尺寸(沿線路管道徑向)≥1.4m，對基底表面進(jìn)行平整、密實(shí)處理，確保基底處于一個(gè)理想的水平面。

聚酯袋扎帶掐口端始終朝向砌體內(nèi)側(cè)，砌筑時(shí)不得形成袋體間通縫，袋與袋之間采用細(xì)土回填密實(shí)，采用自制的 T 形振搗壓實(shí)工具對每層生態(tài)袋袋進(jìn)行夯實(shí)處理，確保每層聚酯袋在一個(gè)水平面；然后，在每兩個(gè)聚酯袋中間放一個(gè)聯(lián)接卡扣，往上碼放的第二層聚酯袋放置在聯(lián)接卡扣上方，第二層與第一層縱橫交替錯(cuò)縫碼砌，按照上述步驟直至生態(tài)袋與地面齊平，最終聚酯袋砌體在管溝方向呈倒梯形結(jié)構(gòu)。碼放聚酯袋截水墻時(shí)，確保砌體始終與基底水平面呈垂直狀態(tài)，尤其砌體上側(cè)面的垂直度，且兩端嵌入原土層應(yīng)≥20cm，如圖1 所示。

圖1 聚酯袋截水墻截面

3.2.2 聚酯袋擋土墻

適用于高度1.5≤H≤2.5m 的陡坎，聚酯袋墻體綜合夯實(shí)系數(shù)為0.8。聚酯袋水工保護(hù)基礎(chǔ)應(yīng)保證置于穩(wěn)定的土層中，如基底為巖石，可將砌體置于巖石上，但應(yīng)將表面風(fēng)化層鑿除，H ＜2m 時(shí)，不設(shè)砌石基礎(chǔ)；擋墻背面應(yīng)逐層回填原狀土逐層夯實(shí)至原地貌，夯實(shí)系數(shù)≥0.9，夯實(shí)時(shí)應(yīng)注意勿使墻身受較大夯擊影響；并且應(yīng)設(shè)排水孔，高于常水位，設(shè)置兩排，按品字型布置，如圖2 所示。聚酯袋防護(hù)長度應(yīng)嵌入施工作業(yè)帶兩側(cè)原土層內(nèi)各1m。

圖2 聚酯袋擋土墻

3.2.3 聚酯袋護(hù)坡(岸)

適用于無水邊坡及水流流速小于1.5m/s 的河岸邊坡防護(hù)，且邊坡坡比不應(yīng)大于1:1。結(jié)構(gòu)形式為單層鋪砌聚酯袋裝素土，厚度為0.4m；用于護(hù)坡時(shí)，不得改變原坡面的形式，且兩邊必須嵌入原坡各0.5m；用于護(hù)岸時(shí)，兩端要求圓滑過渡嵌入原岸各2m，用于非浸入護(hù)岸兩端則應(yīng)該各嵌入1m。

3.2.4 聚酯袋排水溝

聚酯袋排水溝地基應(yīng)修成臺階狀，在臺階式鋪砌時(shí)，上下兩階聚酯袋搭接長度不小于15cm(1/3 袋長)，溝壁應(yīng)錯(cuò)縫碼砌，不得形成通縫，聚酯袋綜合夯實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.7；溝壁外側(cè)空隙應(yīng)用細(xì)土夯填，夯實(shí)系數(shù)≥0.85。在軟土方地段，渠底設(shè)置30cm 水泥土墊層，水泥土夯實(shí)系數(shù)應(yīng)≥0.9；原狀土地段，需將渠底夯實(shí)，處理深度為基礎(chǔ)底面以下30cm，夯實(shí)系數(shù)應(yīng)≥0.85；坡面緩陡程度突變，則應(yīng)按實(shí)際情況增加臺階聚酯袋數(shù)量，渠頂應(yīng)于地表齊平或略高于地表。

3.2.5 聚酯袋導(dǎo)水坎

應(yīng)在截水墻后側(cè)設(shè)置與截水墻不相交(導(dǎo)水坎應(yīng)在截水墻所處山坡面上側(cè)，兩者相距約0.5m)，鋪設(shè)方向與施工作業(yè)帶寬度方向存在一定的傾斜角度。聚酯袋導(dǎo)水坎基礎(chǔ)埋入和露出地面各30cm，共層4 層聚酯袋，砌筑導(dǎo)水坎前應(yīng)將地基清理干凈，并做平整、夯實(shí)處理；地基處理厚度為基礎(chǔ)表面以下30cm，地基夯實(shí)系數(shù)≥0.85；綜合夯實(shí)系數(shù)≥0.8，并且兩端應(yīng)延伸至作業(yè)帶外原狀土內(nèi)各1m。

4 應(yīng)用結(jié)果

4.1 應(yīng)用選取

江西天然氣管線敷設(shè)沿山坡起伏，水工保護(hù)工程量大，需花費(fèi)大量的機(jī)械設(shè)備對材料進(jìn)行倒運(yùn)，施工基建材料、設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)困難，施工難度高，地形結(jié)構(gòu)復(fù)雜；要做好防護(hù)，需要進(jìn)行大的基礎(chǔ)開挖和表面平整，工程量大，造價(jià)高。各參建方結(jié)合前期漿砌石水工保護(hù)施工情況，現(xiàn)場地形地貌、巖土體工程地質(zhì)性質(zhì)、管道敷設(shè)特點(diǎn)、汛期應(yīng)急防護(hù)需要；以及為防止管道外防腐層長期暴露在外，風(fēng)吹日曬降低使用壽命，防止雨水量大造成水土流失，需要及時(shí)對管道進(jìn)行覆蓋等，最終采用聚酯袋進(jìn)行水土保持施工。表1 是聚酯袋和漿砌石的優(yōu)劣勢對比情況。

表1 聚酯袋和漿砌石比較

4.2 局限性

聚酯袋水工保護(hù)形式主要由聯(lián)接扣將聚酯袋連接碼砌而成，其強(qiáng)度及耐久度不如漿砌石防護(hù)措施，而天然氣管網(wǎng)工程通常在坡腳及路邊需要的是能夠?qū)ζ麦w側(cè)承壓受力較大的高強(qiáng)度防護(hù)方式，這也顯示出了其局限性[4]。

5 結(jié)語

聚酯袋一類生態(tài)袋水工保護(hù)形式具有柔性結(jié)構(gòu)，可以有效地抵抗地基沉降，局部的下沉不會影響砌體整體結(jié)構(gòu)功能，避免產(chǎn)生裂縫；具有良好的施工便捷性和環(huán)境適應(yīng)性，就地取材，方便快捷，無需大型機(jī)械的輔助；有利施工地段植被恢復(fù)等。同時(shí)，隨著生態(tài)袋技術(shù)的越發(fā)成熟，該類水土保持方法在天然氣管網(wǎng)工程中應(yīng)用也會越來越普遍。