黄土高原地区水工保护设计总结

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　　【摘要】近年来，天然气管道工程在我国发展迅速，其中有很多管道途径黄土高原地区，黄土高原地区也必然成为长输管道水工保护重点防治区域，本文根据黄土高原地形、地貌特点、水毁成因，有针对性的论述黄土高原地区水工保护设计，总结黄土地区水工保护经验。
　　【关键词】天然气管道;黄土高原地区;水工保护
　　1、管道所经过黄土地区的基本情况
　　1.1 我国黄土高原的范围
　　黄土高原地区主要包括山西省和宁夏回族自治区全部，陕西省的中部和北部，甘肃省的陇中和陇东地区，青海省的东北部，内蒙古自治区的河套平原和鄂尔多斯高原，河南省的西部丘陵地带。东西长约1300km，南北宽约800km，总面积62.68万k㎡，占全国总面积的6.5%。
　　1.2 黄土高原主要地貌类型
　　黄土高原按成因划分，黄土高原地貌类型有以下六种：
　　（1）侵蚀构造类型。主要是基岩构造山地，如六盘山、子午岭、黄龙山、南华山、马衔山等。
　　（2）剥蚀构造类型。主要受构造控制，剥蚀作用为次。残留的基岩残山，如山西吕梁山、离石西北的山地，陕北的北山等。
　　（3）剥蚀堆积类型。系黄土高原的主要地貌类型。黄土堆积承袭了复杂的古地貌，堆积过程既有河流下切，又有局部隆起，因而形成了塬、梁、峁及与之相嵌的沟壑等多种形态的地貌。
　　（4）侵蚀冲积类型。由河谷下切、冲击作用形成，在各大河流的中下游均有分布。
　　（5）堆积构造类型。构造断陷盆地、山间盆地的堆积地貌，如晋西北的五寨、神池境内的盆地。
　　（6）风成堆积类型。黄土高原北部的风积沙地均属此类型。
　　1.3 黄土高原主要气候
　　黄土高原具有冬季寒冷，夏季暖热的特点。
　　黄土高原年平均气温 3.6℃～14.3℃，具有由南而北，自东向西逐渐降低的分布特点。
　　黄土高原大陆性季风气候特征明显，属温带亚干旱气候区，其基本特点是：冬长夏短;春季干旱多风沙;夏季前期干旱，后期降雨集中，多为阵雨和暴雨;秋季较湿润，降雨较多，降温急骤;冬季干旱少雪，年际降雨量变化很大，降雨主要集中在夏季，7、8、9三个月的降雨量占全年降雨量的50～70%，有些年份夏季几场降雨的总量就等于年平均降雨量。
　　1.4 黄土高原植被
　　管道所经过黄土高原地区主要为荒漠草原地带，此类区域乔木植被较少，仅有沙枣、榆、旱柳等，灌木有柽柳、沙柳、柠条等。
　　2、黄土地区对管道安全的危害
　　2.1 水力侵蚀
　　水力侵蚀对长输管道的安全运行影响较大。在管线周围的沟蚀，像下切侵蚀常使管道出现露管现象，沟蚀进一步发展，还可使管道悬空。位于腰岘部位的长输管道，沟头朔源侵蚀也会使管道产生露管。若沟道下切较深，沟头部位沟底比降较大，还会导致管道周围土坡失稳，发生崩塌、小范围滑坡等现象，对管道安全威胁更大，且难于处理。
　　管道建设常导致地形改变，形成新的暴雨径流汇集路径，使侵蚀加剧，有时虽不至于直接威胁管道运行，但可能破坏农田，危及当地群众生活、生产或财产安全，引发赔偿纠纷。
　　2.2 重力侵蚀
　　黄土高原的重力侵蚀的表现形式主要为崩塌和滑坡。
　　滑坡对管线的安全运行影响巨大。如滑坡体滑动方向与管道敷设的方向一致，如滑坡滑动，其对管道的巨大作用力，很容易导致管道变形、断裂，酿成重大事故。如滑坡体移动的方向与管道敷设方向垂直，当滑坡体滑动时，会使管道发生位移，久之，可使管线断裂。
　　3、黄土地区的主要水工保护措施及总结
　　3.1 常见的水工保护措施
　　黄土高原地区主要常见的水工保护措施为草袋护坡、浆砌石护坡、浆砌石截水墙、浆砌石挡土墙，石笼护底，浆砌石过水面护底等，此外，还有各类的截、排水沟渠，恢复植被工程等其他管道防护工程。
　　3.2 黄土地区水工保护注意事项
　　3.2.1 坡面水毁侧重坡面防护而忽视排水措施
　　部分黄土高原地区水保设计中，只注重坡面的防护或截水措施，如护坡、护面工程，截水墙工程，而忽略了排水措施。在雨季时，坡面极易产生坡面径流，水土大量流失，最终造成管沟覆土流失，塌陷，最终导致坡面防护措施损毁，管道出现浅埋、裸露和悬空。
　　建议在今后的水保设计中，除了设置常规的坡面防护外，还应設置系统的排水措施，根据现场实际情况，坡面坡度，设置排水措施，如在护坡顶部、两侧，截水墙两侧设置排水沟，将坡面汇水有组织的排至坡面底部。
　　3.2.2 忽视水工保护构筑物的地基处理
　　黄土高原地区多存在湿陷性黄土，在一定的压力下受水侵湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉。施工保护构筑物设计时，常常忽略地基处理问题，最终水工保护构筑物开裂、滑移、裂缝，最终导致整体失效。
　　建议在今后的水保设计中，针对湿陷性黄土地区的浆砌石水工构筑物，增设地基处理方式，如地基换填，夯实等措施。
　　3.2.3 忽视植被恢复
　　长输管道中植被恢复属于水土保持范畴，本章节只论述水工保护工程中的植被恢复问题，如拱形骨架护坡中的植被恢复，鱼鳞坑中的植被恢复，素土草袋中的植被恢复等。
　　管道穿越黄土地区时，素土草袋水工构筑物是较为常见的水保措施，设计一般要求素土草袋中填充素土并撒草籽，但根据现场调研情况，植被恢复效果并不理想。分析原因如下：
　　（1）播撒不适合当地生长的草籽或植被;
　　（2）虽撒播种适合的草籽或植被，但忽略了土壤和灌溉条件，导致草籽不能很好的生长;
　　（3）草籽不能很好的生长，导致素土草袋失稳垮塌。
　　建议在今后的设计中，充分调研当地事宜生产植被和草籽，并充分结合《水土保持评价报告》中建议选择合适的植被恢复措施。
　　3.2.4 选择适当材质的水保措施
　　黄土地区水工保护措施中，由于存在湿陷性黄土，极易发生不均匀沉降等次生灾害，对水工构筑物的材料选取也显得尤为重要。针对黄土地区的水工构筑物材料选取应注意以下几点：
　　（1）在满足规范和保护功能的情况下，尽量选用轻型防护材料，如在湿陷性黄土发育区域，尽量选用素土草袋、灰土等柔性防护材料;
　　（2）将工程防护与植被恢复相结合，如浆砌石拱形骨架，鱼鳞坑等措施;
　　（3）新型轻型材料的引进，如生态袋防护。生态袋是一种高强抗紫外线抗冻融耐酸碱的生态合成材料，是高新技术新型特种材料，具有耐酸碱、抗腐蚀、抗冻融。主要运用于建造柔性生态边坡。
　　结语：
　　黄土高原地区是长输管道水工保护的重点区域，在水工保护设计中，应注意其黄土地区的特殊性，提出有针对性、可实施性的设计方案。
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