陜京輸氣管道黃土滑塌災害分析及治理

2011-12-31 00:00:00郭存杰孟祥巖李攀峰

科技創新導報 2011年19期

摘要:黃土滑塌災害具有地域性、突發性等特點，對管道建設危害極大。詳細介紹陜京輸氣管道沿線黃土滑塌災害地段的特點及形成原因，分析了針對地質災害應采取的工程對策，提出經濟有效的邊坡開挖設計方案和防止措施，對管道建設具有一定的指導意義。

關鍵詞:陜京管道黃土塬區地質災害滑塌治理

中圖分類號:TE973文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(a)-0021-01

黃土滑塌災害指在自然因素或人類工程活動影響下，黃土斜坡帶所發生的兼有滑坡和崩塌特點的地質災害。此類災害具有突發性，對工程建設危害性極大。陜京輸氣管道線路經過陜北晉西黃土高原地段，途經的黃土區滑塌災害發育。研究這一類型地質災害發生的原因和條件，提出經濟有效的邊坡開挖設計方案和防止措施，對管道建設具有一定的指導意義。

1 黃土滑塌災害的地域性

通過對陜京輸氣管道工程沿線黃土區滑塌現象進行野外調查，結合前人的研究成果和樣品分析資料發現:黃土滑塌災害的形成和發育具有明顯的地域性，其發育程度受黃土顆粒組成特點，特別是粘粒含量的控制。

陜西省靖邊縣青陽岔鎮至子長安定鎮間是管道沿線滑塌地質災害最嚴重的地段。此段屬砂黃土區，黃土成分中粒徑小于0.005mm的粘粒含量僅為4.5%～8.5%。SEM(電子掃描影像)觀察表明，在微觀上此種黃土為具有極微弱結構連結的粗骨架狀架空結構。極低的粘粒含量導致此類黃土粘聚力極低，粘聚力c值僅為5.0～13.2kPa，這在難以過程中已粘性土中極其罕見。低粘聚力導致坡體在滑移過程中因應力場的變化而發生結構解體破壞，而不是整體滑動，即表現出滑塌特征。而子長安定鎮至山西蒲縣段滑塌地質災害為中等(或弱)發育區，黃土成分中粒徑小于0.005mm粘粒的含量明顯增高，達12.5%～18.9%，在粒度成分上屬典型的黃土區(即粘粉質黃土區)。這充分表明，不同地域黃土粘粒含量不同，黃土滑塌地質災害的發育程度也不同，即黃土滑塌災害具有地域性。

我國黃土顆粒組成具有地帶性分布規律，即西北粗、東南細，自西北向東南依次可以劃分為3個帶:最北部I帶為砂黃土帶，即鹽池、榆林、靖邊以南，海源、志丹、子長、寧武以北地區(粒徑小于0.005mm粘粒的含量小于10%)，這一地區是黃土滑塌災害最嚴重的地區，相當于陜京輸氣管道工程陜西靖邊至神木段;第II帶為I帶以南，渭源-臨汾一線以北的典型黃土區，即粘粉質黃土區(粒徑小于0.005mm粘粒的含量為10%～20%)，粘聚力c值僅為25～35kPa。這一地區為滑塌地質災害中等或弱發育區，相當于陜京輸氣管道工程陜西榆林市神木至山西嵐縣以西地區;第III帶為包括神木、佳縣、興縣、嵐縣等在內的粘粉質黃土區(粒徑小于0.005mm粘粒的含量為20%～30%)，粘聚力c值僅為40～45kPa，罕有滑塌地質災害。可見，滑塌地質災害的地域性與黃土顆粒成分變化的地帶性極為一致。

此外，黃土成分中粘粒含量不僅決定黃土滑塌災害的分布規律，還決定著暴雨作用下黃土的沖刷侵蝕速率。西起動輸管道沿線陜北無定河流域不僅是我國黃土滑塌災害最嚴重的地區，也是黃河中游水土流失最嚴重的地區。由于砂黃土的易沖刷性和強烈的侵蝕性，在地表水流作用下，黃土道面極易快速形成狹長的深切沖溝，這對陜京輸氣管道的安全運營構成嚴重威脅。

2 滑塌災害發生的條件

雖然黃土滑塌災害發育在黃土斜坡區，但并非所有黃土斜坡區都會發生滑塌災害，通常黃土滑塌災害發生需具備以下條件:

滑塌主要發生在高度10m以上，由厚層馬蘭黃土組成的斜坡帶，黃土斜坡的坡度通常在55°以上。

自然條件下，在川地和大型沖溝兩側因河水側向侵蝕、洪水沖刷或蓄水浸潤黃土坡腳易誘發滑塌災害。

在黃土塬邊和其他黃土斜坡地帶，因修筑傍山公路或其他工程建設開挖的邊坡，因坡高、坡比過大易發生強烈滑塌災害。特別是一些縣、鄉鎮級公路建設中，斜坡內側雖留有排水溝，但因未襯砌，造成雨水聚集、滲透，使坡腳浸水軟化而誘發滑塌災害。

滑塌災害雨季比旱季發生的頻率高。

3 工程對策

為防止黃土區滑塌災害的發生或減輕災害的程度，可采取如下措施:

重視坡形、坡比設計。根據西北黃土區公路、鐵路邊坡的工程實踐，結合陜北地區黃土工程性質和穩定坡度隨高度而降低的規律，提出如下建議:直立穩定坡高度4～6m的坡比為1:0.3～1:0.5、6～12m的坡比為1:0.5～1:0.6、12～20m的坡比為1:0.6～1:0.7、20～30m的坡比為1:0.75～1:1、30～40m的坡比為1:1.11～1:1.25。

由于暴雨對黃土特別是砂黃土邊坡的強烈沖刷侵蝕作用，常常造成黃土邊坡坡面沖溝密布，因此在控制總坡度的條件下，采用臺階式邊坡，臺階式邊坡高4m，坡度80°，即每高4m留一個1.5m寬的平臺。

為防止管溝回填后雨水的沖刷、侵蝕破壞，保證施工后邊坡的穩定，不僅坡腳要留排水溝，而且排水溝必須采取嚴格的防滲措施(混凝土襯砌或塊石襯砌)。在排水溝外側路面采用1:9(體積比)灰土墊層處理，以防止下部管道遭受沖刷。

為保證邊坡開挖及管道安放中的施工安全，避免人員傷亡，邊坡開挖應在對邊坡坡形、坡比設計的基礎上，由坡頂至坡腳自上而下逐次施工。

由于黃土滑塌災害發育區黃土濕陷性等級高，輸氣管道還需采取如下防護措施:

一是導流排水，避免地表徑流向管線附近匯集，將可能影響管道安全的地表徑流改道，排向遠離管道的安全地帶。

二是在斜坡地段、寬梁地段、陡坎、陡崖地段的管溝均需進行地基處理。地基處理方法是把管溝黃土翻松20～25cm，翻一層土，澆一遍水，在最優含水量條件下將翻松的土夯實;在夯實的管夠底部用灰土比1:9(體積比)的石灰土在最優含水量條件下夯實墊層，夯實后的墊層厚度為30cm，管道直接鋪設在墊層上。

三是穿越沖溝的加固措施應采取導流排水、邊坡加固及植物護坡措施等綜合治理方法，并應防止沖溝的溯源侵蝕。

此外，陜京輸氣管道建設過程中尚需借鑒已建管道(如陜京線)黃土區治理的成功經驗，確保管道運營安全。

參考文獻

[1]陜西省水利科學研究所.西北黃土的性質.西安:陜西renminbi出版社，1959.

[2]劉東生，等.黃土與環境.北京:科學出版社，1985.

[3]錢鴻縉，等.濕陷性黃土地基.北京:中國建筑工業出版社，1985.