聚酯袋水工保护形式在江西天然气管网项目中的应用

杨波(江西省天然气集团有限公司管道分公司，江西 南昌 330012)

关建词：天然气管道工程；水土保持；水工保护；聚酯袋；生态袋

0 引言

根据江西省“十三五”天然气管网规划和江西省委省政府确定的2020 年“气化江西”的目标，江西省天然气集团有限公司管道分公司按照江西省政府确定的“统一主体、统一网络、统一调配、统一价格”原则和“全省一张网”的模式，承接西气东输二线、西气东输三线入赣天然气。工程主要集中在赣州、吉安、赣西、赣东北等革命老区和原中央苏区；最终形成以西气东输二线、西气东输三线在南昌、宜春、萍乡、上饶、吉安、赣州等设区市境内分输站、分输阀室为起点建设至各县(市、区)中心城市门站的省级管网。

江西省天然气管网建设工期紧、任务重，是全省脱贫攻坚的硬性指标；结合全省40 余处施工标现场情况，均表现出地形地貌不利于石材搬运，人、材、机成本高昂，且无法达到预计工期进度，对建设方、施工方都存在较大的影响。为此，江西省天然气管网工程开展了对水工保护模式改进的探讨。

1 江西地形地貌、水利情况

江西省位于长江中下游南岸，东经113035～118029，北纬24029～30005；境内地势南高北低，边缘群山环绕，中部丘陵起伏，北部平原坦荡。全省土地总面积16.69×104km2，其中山区面积6.01×104km2、丘陵区面积7.01×104km2、平原区面积3.68×104km2，分别占全省总面积的36%、42%和22%；山区、丘陵面积占比高达78%。

江西天然气管线敷设路由约70%经过山区、丘陵地段，通常相对高差为20～50m，山体连续性差，山顶浑圆，沟谷“U”形，山坡自然坡度一般在20～35°左右，地表植被以人工种植的松树、灌木、脐橙等经济类果木为主；其余30%管线沿山区、丘陵间谷地敷设，续分布于丘陵之间、沿线小型河流两侧，相对高差5～15m，地表植被以烟草、蔬菜、杂草及灌木为主。

地层岩性：

(1)残坡积砾质黏性土，黄褐～红褐色，干强度及韧性中等，表层多含一层厚度0.1～0.3m 不等的砾石层，砾石以砂岩、石英岩为主。

(2)全～强风化泥质砂岩，以强风化为主，红褐色，矿物成分主要为黏土矿物及长石、石英等，泥质胶结，砂质结构，薄层状构造，裂隙发育，易风化成砂土状、碎块状，强度较低，锤击易碎，遇水易软化、崩解。

(3)中等风化泥质砂岩，红褐色，矿物成分主要为黏土矿物及长石、石英等，粉砂状、泥状结构，薄层状构造，遇水易软化，失水后干裂呈碎块状。

根据江西省水利厅年报数据显示，江西总体呈现出雨水丰沛，河流小溪众多，水系发达，全省多年平均降水量1638mm，居全国第4 位；加之不同区域独特的地形气候条件，使得江西洪涝干旱灾害频繁，水土流失较为严重；江西天然气地质勘探报告显示，管线路由地段，地下水深通常为1.0～2.8m 间，年变幅1.0～2.0m。此外，水土保持工作一直是江西省各类工程长期督办红线，省水土保持局每月收集数据，按季度进行专项督查，由此，水土保持工作显得格外重要。

2 浆砌石水工保护

浆砌石水工保护措施，具有抗冲刷强度大，不受环境影响限制，使用周期长等特点；明显的缺点有，在材料倒运困难、地貌地形受限时，浆砌石结构水工保护施工难度高，需要投入的工程成本较大；浆砌石结构水工保护施工地表覆盖部分永久不生长植被，对工程周围环境影响较大；浆砌石结构与边坡镶嵌结合不好，在雨水冲刷下，时常会造成新的水土流失问题[1]。

江西管网浆砌石水工保护的主要形式有浆砌石挡土墙、截水墙、堡坎、护坡、护岸、石笼等，在工程建设期浆砌石结构受原材料、地形地质条件、施工工序等控制因素影响质量波动较大；存在水保砌体压顶厚度不足、易开裂，砌体墙体开裂、断面尺寸不足、含泥量大，水泥砂浆强度不足等或多或少的缺陷；加之常年降水量多，浆砌石水土保持的作用在该区域未达到较理想的效果。

3 江西天然气管网工程的聚酯袋水工保护

3.1 聚酯袋

聚酯袋是生态袋的一种，原材料是一种无纺织的土工布料，它是由聚丙烯(聚酯纤维)纤维材料的无纺布经同步机高强纱线缝制加工而成的具有一定物理性能的袋子，常规为绿色或黑色。聚酯袋在水工保护工程中，主要由四个部分组成，分别为聚酯袋、联接扣、扎口带和土工格栅[2]。优点有：材料绿色环保，抗老化、抗高温抗低温、抗紫外线、抗潮湿抗腐蚀动及动物破坏、不降解、耐风化、无污染、抗酸碱盐及微生物分解，可百分之百回收；有利于植被生长、防治水土流失，便于绿化，有透水不透土的过滤功能，既能防止填充物(土壤和营养成分混合物)流失，又能实现水分在土壤中的正常交流，对植物生长所需的水分提供了有效的保持和及时补充，使植物根系能自由穿过袋体进入基础土壤中，对植物生长非常有利[3]。

3.2 聚酯袋水工保护形式

3.2.1 聚酯袋截水墙

在线路管道山区段，宜结合施工作业带地形地貌设置聚酯袋截水墙；人工清理水保基槽至管道下方约20cm 的原土持力层，结合管沟实际情况将基槽开挖至两侧的管沟壁嵌入深度≥20cm，基槽底部宽度尺寸(沿线路轴向)1m,基槽底部长度尺寸(沿线路管道径向)≥1.4m，对基底表面进行平整、密实处理，确保基底处于一个理想的水平面。

聚酯袋扎带掐口端始终朝向砌体内侧，砌筑时不得形成袋体间通缝，袋与袋之间采用细土回填密实，采用自制的 T 形振捣压实工具对每层生态袋袋进行夯实处理，确保每层聚酯袋在一个水平面；然后，在每两个聚酯袋中间放一个联接卡扣，往上码放的第二层聚酯袋放置在联接卡扣上方，第二层与第一层纵横交替错缝码砌，按照上述步骤直至生态袋与地面齐平，最终聚酯袋砌体在管沟方向呈倒梯形结构。码放聚酯袋截水墙时，确保砌体始终与基底水平面呈垂直状态，尤其砌体上侧面的垂直度，且两端嵌入原土层应≥20cm，如图1 所示。

图1 聚酯袋截水墙截面

3.2.2 聚酯袋挡土墙

适用于高度1.5≤H≤2.5m 的陡坎，聚酯袋墙体综合夯实系数为0.8。聚酯袋水工保护基础应保证置于稳定的土层中，如基底为岩石，可将砌体置于岩石上，但应将表面风化层凿除，H ＜2m 时，不设砌石基础；挡墙背面应逐层回填原状土逐层夯实至原地貌，夯实系数≥0.9，夯实时应注意勿使墙身受较大夯击影响；并且应设排水孔，高于常水位，设置两排，按品字型布置，如图2 所示。聚酯袋防护长度应嵌入施工作业带两侧原土层内各1m。

图2 聚酯袋挡土墙

3.2.3 聚酯袋护坡(岸)

适用于无水边坡及水流流速小于1.5m/s 的河岸边坡防护，且边坡坡比不应大于1:1。结构形式为单层铺砌聚酯袋装素土，厚度为0.4m；用于护坡时，不得改变原坡面的形式，且两边必须嵌入原坡各0.5m；用于护岸时，两端要求圆滑过渡嵌入原岸各2m，用于非浸入护岸两端则应该各嵌入1m。

3.2.4 聚酯袋排水沟

聚酯袋排水沟地基应修成台阶状，在台阶式铺砌时，上下两阶聚酯袋搭接长度不小于15cm(1/3 袋长)，沟壁应错缝码砌，不得形成通缝，聚酯袋综合夯实系数不应小于0.7；沟壁外侧空隙应用细土夯填，夯实系数≥0.85。在软土方地段，渠底设置30cm 水泥土垫层，水泥土夯实系数应≥0.9；原状土地段，需将渠底夯实，处理深度为基础底面以下30cm，夯实系数应≥0.85；坡面缓陡程度突变，则应按实际情况增加台阶聚酯袋数量，渠顶应于地表齐平或略高于地表。

3.2.5 聚酯袋导水坎

应在截水墙后侧设置与截水墙不相交(导水坎应在截水墙所处山坡面上侧，两者相距约0.5m)，铺设方向与施工作业带宽度方向存在一定的倾斜角度。聚酯袋导水坎基础埋入和露出地面各30cm，共层4 层聚酯袋，砌筑导水坎前应将地基清理干净，并做平整、夯实处理；地基处理厚度为基础表面以下30cm，地基夯实系数≥0.85；综合夯实系数≥0.8，并且两端应延伸至作业带外原状土内各1m。

4 应用结果

4.1 应用选取

江西天然气管线敷设沿山坡起伏，水工保护工程量大，需花费大量的机械设备对材料进行倒运，施工基建材料、设备转运困难，施工难度高，地形结构复杂；要做好防护，需要进行大的基础开挖和表面平整，工程量大，造价高。各参建方结合前期浆砌石水工保护施工情况，现场地形地貌、岩土体工程地质性质、管道敷设特点、汛期应急防护需要；以及为防止管道外防腐层长期暴露在外，风吹日晒降低使用寿命，防止雨水量大造成水土流失，需要及时对管道进行覆盖等，最终采用聚酯袋进行水土保持施工。表1 是聚酯袋和浆砌石的优劣势对比情况。

表1 聚酯袋和浆砌石比较

4.2 局限性

聚酯袋水工保护形式主要由联接扣将聚酯袋连接码砌而成，其强度及耐久度不如浆砌石防护措施，而天然气管网工程通常在坡脚及路边需要的是能够对坡体侧承压受力较大的高强度防护方式，这也显示出了其局限性[4]。

5 结语

聚酯袋一类生态袋水工保护形式具有柔性结构，可以有效地抵抗地基沉降，局部的下沉不会影响砌体整体结构功能，避免产生裂缝；具有良好的施工便捷性和环境适应性，就地取材，方便快捷，无需大型机械的辅助；有利施工地段植被恢复等。同时，随着生态袋技术的越发成熟，该类水土保持方法在天然气管网工程中应用也会越来越普遍。