山区燃气管道建设中的水保挡墙及其设计要点

邵语辰，刘 泽，郑 聪

1.台州市城市天然气有限公司，浙江 台州 318013

2.湖南科技大学土木工程学院，湖南 湘潭 411201

随着国民经济建设的发展和生态环保要求的提高，天然气的需求越来越旺盛，使得输送管网的建设工程越来越多。远距离输送天然气时，敷设管道所遇到的地形条件极其复杂，也面临着各种潜在的破坏风险，特别是水土流失带来的危害。因此，水工保护是管道建设的重要任务之一。其中，挡土墙是最为常见而有效的水保结构物。顾伯通等[1]在分析水工保护对长输管道重要性的基础上，分析了常用水保措施；张喜荣等[2]研究了重力式挡土墙的构造与设计方法；林铭玉[3]研究了生态袋防护结构的特点及其用于水保工程的适用性；褚睿峰等[4]通过数值模拟研究了不同形状石笼挡墙的抗冲刷性能并将其用于双兰线管道工程的防护。目前，实际工程中的支挡结构类型比较多，也各有特点，必须对这些方法进行针对性的分析，便于设计人员进行合理选择。

1 山区燃气管道敷设特点

山区地形起伏大、沟壑纵横，岩土性能变化大，时而坚硬如铁、时而疏松易塌，同时山高坡长汇水面积大，降雨后水流冲刷能力强。在建造输气管道时，一般要求管道以埋地的方式进行敷设，使得管道敷设必须先开挖管沟再铺管焊管，然后回填管沟。但受沟内埋有管道的影响，管沟回填土很难进行有效压实。这种水文地质条件和管道建造方式的组合，使得燃气管道面临着严重的水害风险。特别是在一些陡坡地段，管道敷设的施工开挖与回填还会对边坡造成扰动，降低边坡稳定性。因此，水保措施是燃气管道建设的重要内容，其中挡土墙又是水保措施中的重点，一方面，可以发挥支挡作用，保证边坡与陡坎的稳定性，避免边坡滑塌造成管道损伤；另一方面，当用在非常陡的地形时，可以减少开挖量、营造管道敷设所需要的空间，当用在有水流冲刷的地方时，可以发挥墙身抗刷能力强的作用，避免土体遭冲刷造成管道裸露。

2 常用水保挡墙及其适用性

现有的挡土墙类型很多，如干砌浆砌挡土墙、锚杆挡墙、加筋土挡墙、悬臂式和扶壁式挡土墙等[5]，而在山区燃气管道建设中应用最为广泛的还是浆砌挡土墙、袋装砂（土）挡土墙以及石笼挡土墙。

2.1 浆砌挡土墙

浆砌挡土墙是以就地取得的片石、块石为基本材料，以水泥砂浆为黏结材料，人工现场砌筑而成的重力式挡土墙，常用的结构形式如图1所示。这种挡土墙具有刚度大、支挡能力强、对地形适应能力强、布置灵活、就地取材、成本较低等优点，是山区燃气管道建设中应用最为广泛的墙型。其缺点是自重大、地基承载力要求高、变形适应能力弱，且在山区施工时水泥砂浆等材料运输困难，而且施工用水也时常存在困难。随着工程建设体力劳动者的缺乏，浆砌挡土墙的优点越来越不明显。浆砌挡土墙只适用于石料丰富、水流冲刷严重的地段。

图1 浆砌片石挡土墙

2.2 袋装砂（土）挡土墙

袋装砂（土）墙是将砂或土等材料装入土工编织袋内再通过连接扣码砌成墙体，如图2所示。这种挡土墙适用于土质边坡工程环境下的管道防护建设，具有成本低、地基承载力要求低的优点，且挡墙为柔性结构，可以很好地适应地基的变形。当采用生态袋装土时，可以快速复绿，恢复工程施工所破坏的环境。如果采用普通编织袋，由于袋体材料耐久性比较差，需要在挡墙顶面和墙面现浇一层混凝土层进行防护，其生态功能减弱。

图2 袋装砂（土）挡土墙

2.3 石笼挡土墙

石笼挡土墙是将经防腐处理的机织钢丝网作为箱形结构物，再将不易风化崩解的块石或片石充填箱体构成挡土墙，如图3所示。这是一种柔性支挡结构，具有地基变形适应性强、透水消能性好、施工简便的优点，而且不需要使用水泥砂浆砌筑，需要运输的材料量极小，非常适合山区燃气管道的防护施工，特别是在缺水、材料运输困难的山脊段和水流冲刷严重的山谷与河道段的防护。

图3 石笼挡土墙

3 山区燃气管道工程中挡土墙的设计要点

作为山区燃气管道建设的重要内容之一，挡土墙发挥了稳定性与水土保持两方面的作用。因此，设计时应充分结合工点的水文地质条件和管道防护要求，因地制宜地进行合理设计。设计应重点关注以下几个问题：

（1）墙型选择上应充分考虑材料来源。燃气输送工程是一种长距离的线性工程，特别是在山区施工时，交通不便、材料运输困难是制约工程进度的关键。因此，进行墙型选择时应尽量做到就地取样，减少外运量。如在有石料的山上施工，浆砌挡土墙是一个较好的选择，主材可以就地取样，但需要考虑水泥、砂子以及施工用水的来源，当缺乏这些材料时，石笼挡土墙的优势究更为明显。如果缺乏工点石料，袋装砂（土）挡土墙就更加适宜。

（2）挡土墙的稳定性应通过验算并满足要求。挡土墙的首要作用是保护边坡的稳定性，因此设计时需对挡土墙的抗滑移稳定性、抗倾覆稳定性、地基承载力以及抗冲刷能力等进行验算，并满足规范要求。

（3）注重现场条件与动态设计[5]。作为长距离线性工程，燃气管道跨越的区域往往非常大，地形地质条件变化很大，工程勘察资料也不可能很详实，因此设计人员要重视现场施工时发现的问题，及时对设计方案进行调整、补充与完善。

（4）尽快恢复工程生态环境，减少水土流失。

4 结束语

在山区建设天然气管道时，挡土墙是一种必不可少的水保结构，其质量直接关系到管道的安全运营，但由于天然气管道跨越区域大，沿线条件复杂多变，很难在有限的勘察资料下做出完美的设计。因此，设计人员应充分了解各种支挡结构的特性及其适用范围，再结合现场实际条件灵活选择与布置，从而实现既安全有效又经济合理的水保挡墙设计。