黃土高原地區水工保護設計總結

文/哈田甜 中國石油工程建設有限公司華北分公司 河北任丘 062552

1、管道所經過黃土地區的基本情況

1.1 我國黃土高原的范圍

黃土高原地區主要包括山西省和寧夏回族自治區全部，陜西省的中部和北部，甘肅省的隴中和隴東地區，青海省的東北部，內蒙古自治區的河套平原和鄂爾多斯高原，河南省的西部丘陵地帶。東西長約1300km,南北寬約800km，總面積62.68 萬km2，占全國總面積的6.5%。

1.2 黃土高原主要地貌類型

黃土高原按成因劃分，黃土高原地貌類型有以下六種：

（1）侵蝕構造類型。主要是基巖構造山地，如六盤山、子午嶺、黃龍山、南華山、馬銜山等。

（2）剝蝕構造類型。主要受構造控制，剝蝕作用為次。殘留的基巖殘山，如山西呂梁山、離石西北的山地，陜北的北山等。

（3）剝蝕堆積類型。系黃土高原的主要地貌類型。黃土堆積承襲了復雜的古地貌，堆積過程既有河流下切，又有局部隆起，因而形成了塬、梁、峁及與之相嵌的溝壑等多種形態的地貌。

（4）侵蝕沖積類型。由河谷下切、沖擊作用形成，在各大河流的中下游均有分布。

（5）堆積構造類型。構造斷陷盆地、山間盆地的堆積地貌，如晉西北的五寨、神池境內的盆地。

（6）風成堆積類型。黃土高原北部的風積沙地均屬此類型。

1.3 黃土高原主要氣候

黃土高原具有冬季寒冷，夏季暖熱的特點。

黃土高原年平均氣溫 3.6℃～14.3℃，具有由南而北，自東向西逐漸降低的分布特點。

黃土高原大陸性季風氣候特征明顯，屬溫帶亞干旱氣候區，其基本特點是：冬長夏短；春季干旱多風沙；夏季前期干旱，后期降雨集中，多為陣雨和暴雨；秋季較濕潤，降雨較多，降溫急驟；冬季干旱少雪，年際降雨量變化很大，降雨主要集中在夏季，7、8、9 三個月的降雨量占全年降雨量的50～70%，有些年份夏季幾場降雨的總量就等于年平均降雨量。

1.4 黃土高原植被

管道所經過黃土高原地區主要為荒漠草原地帶，此類區域喬木植被較少，僅有沙棗、榆、旱柳等，灌木有檉柳、沙柳、檸條等。

2、黃土地區對管道安全的危害

2.1 水力侵蝕

水力侵蝕對長輸管道的安全運行影響較大。在管線周圍的溝蝕，像下切侵蝕常使管道出現露管現象，溝蝕進一步發展，還可使管道懸空。位于腰峴部位的長輸管道，溝頭朔源侵蝕也會使管道產生露管。若溝道下切較深，溝頭部位溝底比降較大，還會導致管道周圍土坡失穩，發生崩塌、小范圍滑坡等現象，對管道安全威脅更大，且難于處理。

管道建設常導致地形改變，形成新的暴雨徑流匯集路徑，使侵蝕加劇，有時雖不至于直接威脅管道運行，但可能破壞農田，危及當地群眾生活、生產或財產安全，引發賠償糾紛。

2.2 重力侵蝕

黃土高原的重力侵蝕的表現形式主要為崩塌和滑坡。

滑坡對管線的安全運行影響巨大。如滑坡體滑動方向與管道敷設的方向一致，如滑坡滑動，其對管道的巨大作用力，很容易導致管道變形、斷裂，釀成重大事故。如滑坡體移動的方向與管道敷設方向垂直，當滑坡體滑動時，會使管道發生位移，久之，可使管線斷裂。

3、黃土地區的主要水工保護措施及總結

3.1 常見的水工保護措施

黃土高原地區主要常見的水工保護措施為草袋護坡、漿砌石護坡、漿砌石截水墻、漿砌石擋土墻，石籠護底，漿砌石過水面護底等，此外，還有各類的截、排水溝渠，恢復植被工程等其他管道防護工程。

3.2 黃土地區水工保護注意事項

3.2.1 坡面水毀側重坡面防護而忽視排水措施

部分黃土高原地區水保設計中，只注重坡面的防護或截水措施，如護坡、護面工程，截水墻工程，而忽略了排水措施。在雨季時，坡面極易產生坡面徑流，水土大量流失，最終造成管溝覆土流失，塌陷，最終導致坡面防護措施損毀，管道出現淺埋、裸露和懸空。

建議在今后的水保設計中，除了設置常規的坡面防護外，還應設置系統的排水措施，根據現場實際情況，坡面坡度，設置排水措施，如在護坡頂部、兩側，截水墻兩側設置排水溝，將坡面匯水有組織的排至坡面底部。

3.2.2 忽視水工保護構筑物的地基處理

黃土高原地區多存在濕陷性黃土，在一定的壓力下受水侵濕，土結構迅速破壞，并產生顯著附加下沉。施工保護構筑物設計時，常常忽略地基處理問題，最終水工保護構筑物開裂、滑移、裂縫，最終導致整體失效。

建議在今后的水保設計中，針對濕陷性黃土地區的漿砌石水工構筑物，增設地基處理方式，如地基換填，夯實等措施。

3.2.3 忽視植被恢復

長輸管道中植被恢復屬于水土保持范疇，本章節只論述水工保護工程中的植被恢復問題，如拱形骨架護坡中的植被恢復，魚鱗坑中的植被恢復，素土草袋中的植被恢復等。

管道穿越黃土地區時，素土草袋水工構筑物是較為常見的水保措施，設計一般要求素土草袋中填充素土并撒草籽，但根據現場調研情況，植被恢復效果并不理想。分析原因如下：

（1）播撒不適合當地生長的草籽或植被；

（2）雖撒播種適合的草籽或植被，但忽略了土壤和灌溉條件，導致草籽不能很好的生長；

（3）草籽不能很好的生長，導致素土草袋失穩垮塌。

建議在今后的設計中，充分調研當地事宜生產植被和草籽，并充分結合《水土保持評價報告》中建議選擇合適的植被恢復措施。

3.2.4 選擇適當材質的水保措施

黃土地區水工保護措施中，由于存在濕陷性黃土，極易發生不均勻沉降等次生災害，對水工構筑物的材料選取也顯得尤為重要。針對黃土地區的水工構筑物材料選取應注意以下幾點：

（1）在滿足規范和保護功能的情況下，盡量選用輕型防護材料，如在濕陷性黃土發育區域，盡量選用素土草袋、灰土等柔性防護材料；

（2）將工程防護與植被恢復相結合，如漿砌石拱形骨架，魚鱗坑等措施；

（3）新型輕型材料的引進，如生態袋防護。生態袋是一種高強抗紫外線抗凍融耐酸堿的生態合成材料，是高新技術新型特種材料，具有耐酸堿、抗腐蝕、抗凍融。主要運用于建造柔性生態邊坡。

結語：

黃土高原地區是長輸管道水工保護的重點區域，在水工保護設計中，應注意其黃土地區的特殊性，提出有針對性、可實施性的設計方案。