聚酯袋水工保護形式在江西天然氣管網項目中的應用

楊波(江西省天然氣集團有限公司管道分公司，江西 南昌 330012)

關建詞：天然氣管道工程；水土保持；水工保護；聚酯袋；生態袋

0 引言

根據江西省“十三五”天然氣管網規劃和江西省委省政府確定的2020 年“氣化江西”的目標，江西省天然氣集團有限公司管道分公司按照江西省政府確定的“統一主體、統一網絡、統一調配、統一價格”原則和“全省一張網”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、贛東北等革命老區和原中央蘇區；最終形成以西氣東輸二線、西氣東輸三線在南昌、宜春、萍鄉、上饒、吉安、贛州等設區市境內分輸站、分輸閥室為起點建設至各縣(市、區)中心城市門站的省級管網。

江西省天然氣管網建設工期緊、任務重，是全省脫貧攻堅的硬性指標；結合全省40 余處施工標現場情況，均表現出地形地貌不利于石材搬運，人、材、機成本高昂，且無法達到預計工期進度，對建設方、施工方都存在較大的影響。為此，江西省天然氣管網工程開展了對水工保護模式改進的探討。

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113035～118029，北緯24029～30005；境內地勢南高北低，邊緣群山環繞，中部丘陵起伏，北部平原坦蕩。全省土地總面積16.69×104km2，其中山區面積6.01×104km2、丘陵區面積7.01×104km2、平原區面積3.68×104km2，分別占全省總面積的36%、42%和22%；山區、丘陵面積占比高達78%。

江西天然氣管線敷設路由約70%經過山區、丘陵地段，通常相對高差為20～50m，山體連續性差，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、臍橙等經濟類果木為主；其余30%管線沿山區、丘陵間谷地敷設，續分布于丘陵之間、沿線小型河流兩側，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)殘坡積礫質黏性土，黃褐～紅褐色，干強度及韌性中等，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～強風化泥質砂巖，以強風化為主，紅褐色，礦物成分主要為黏土礦物及長石、石英等，泥質膠結，砂質結構，薄層狀構造，裂隙發育，易風化成砂土狀、碎塊狀，強度較低，錘擊易碎，遇水易軟化、崩解。

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

根據江西省水利廳年報數據顯示，江西總體呈現出雨水豐沛，河流小溪眾多，水系發達，全省多年平均降水量1638mm，居全國第4 位；加之不同區域獨特的地形氣候條件，使得江西洪澇干旱災害頻繁，水土流失較為嚴重；江西天然氣地質勘探報告顯示，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據，按季度進行專項督查，由此，水土保持工作顯得格外重要。

2 漿砌石水工保護

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

江西管網漿砌石水工保護的主要形式有漿砌石擋土墻、截水墻、堡坎、護坡、護岸、石籠等，在工程建設期漿砌石結構受原材料、地形地質條件、施工工序等控制因素影響質量波動較大；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域未達到較理想的效果。

3 江西天然氣管網工程的聚酯袋水工保護

3.1 聚酯袋

聚酯袋是生態袋的一種，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同步機高強紗線縫制加工而成的具有一定物理性能的袋子，常規為綠色或黑色。聚酯袋在水工保護工程中，主要由四個部分組成，分別為聚酯袋、聯接扣、扎口帶和土工格柵[2]。優點有：材料綠色環保，抗老化、抗高溫抗低溫、抗紫外線、抗潮濕抗腐蝕動及動物破壞、不降解、耐風化、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(土壤和營養成分混合物)流失，又能實現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補充，使植物根系能自由穿過袋體進入基礎土壤中，對植物生長非常有利[3]。

3.2 聚酯袋水工保護形式

3.2.1 聚酯袋截水墻

在線路管道山區段，宜結合施工作業帶地形地貌設置聚酯袋截水墻；人工清理水保基槽至管道下方約20cm 的原土持力層，結合管溝實際情況將基槽開挖至兩側的管溝壁嵌入深度≥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，對基底表面進行平整、密實處理，確保基底處于一個理想的水平面。

聚酯袋扎帶掐口端始終朝向砌體內側，砌筑時不得形成袋體間通縫，袋與袋之間采用細土回填密實，采用自制的 T 形振搗壓實工具對每層生態袋袋進行夯實處理，確保每層聚酯袋在一個水平面；然后，在每兩個聚酯袋中間放一個聯接卡扣，往上碼放的第二層聚酯袋放置在聯接卡扣上方，第二層與第一層縱橫交替錯縫碼砌，按照上述步驟直至生態袋與地面齊平，最終聚酯袋砌體在管溝方向呈倒梯形結構。碼放聚酯袋截水墻時，確保砌體始終與基底水平面呈垂直狀態，尤其砌體上側面的垂直度，且兩端嵌入原土層應≥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系數為0.8。聚酯袋水工保護基礎應保證置于穩定的土層中，如基底為巖石，可將砌體置于巖石上，但應將表面風化層鑿除，H ＜2m 時，不設砌石基礎；擋墻背面應逐層回填原狀土逐層夯實至原地貌，夯實系數≥0.9，夯實時應注意勿使墻身受較大夯擊影響；并且應設排水孔，高于常水位，設置兩排，按品字型布置，如圖2 所示。聚酯袋防護長度應嵌入施工作業帶兩側原土層內各1m。

圖2 聚酯袋擋土墻

3.2.3 聚酯袋護坡(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，且邊坡坡比不應大于1:1。結構形式為單層鋪砌聚酯袋裝素土，厚度為0.4m；用于護坡時，不得改變原坡面的形式，且兩邊必須嵌入原坡各0.5m；用于護岸時，兩端要求圓滑過渡嵌入原岸各2m，用于非浸入護岸兩端則應該各嵌入1m。

3.2.4 聚酯袋排水溝

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

3.2.5 聚酯袋導水坎

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

4 應用結果

4.1 應用選取

江西天然氣管線敷設沿山坡起伏，水工保護工程量大，需花費大量的機械設備對材料進行倒運，施工基建材料、設備轉運困難，施工難度高，地形結構復雜；要做好防護，需要進行大的基礎開挖和表面平整，工程量大，造價高。各參建方結合前期漿砌石水工保護施工情況，現場地形地貌、巖土體工程地質性質、管道敷設特點、汛期應急防護需要；以及為防止管道外防腐層長期暴露在外，風吹日曬降低使用壽命，防止雨水量大造成水土流失，需要及時對管道進行覆蓋等，最終采用聚酯袋進行水土保持施工。表1 是聚酯袋和漿砌石的優劣勢對比情況。

表1 聚酯袋和漿砌石比較

4.2 局限性

聚酯袋水工保護形式主要由聯接扣將聚酯袋連接碼砌而成，其強度及耐久度不如漿砌石防護措施，而天然氣管網工程通常在坡腳及路邊需要的是能夠對坡體側承壓受力較大的高強度防護方式，這也顯示出了其局限性[4]。

5 結語

聚酯袋一類生態袋水工保護形式具有柔性結構，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構功能，避免產生裂縫；具有良好的施工便捷性和環境適應性，就地取材，方便快捷，無需大型機械的輔助；有利施工地段植被恢復等。同時，隨著生態袋技術的越發成熟，該類水土保持方法在天然氣管網工程中應用也會越來越普遍。