摘要:黃土峽現(xiàn)地區(qū)洪水、地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，油氣管道工程容易遭受水毀、滑坡、坍塌等災(zāi)害的威脅，嚴(yán)重影響管道安全運(yùn)行為有效保護(hù)管道安全，就必須對(duì)黃土峽現(xiàn)水毀危害成因進(jìn)行科學(xué)分析，對(duì)黃土峽現(xiàn)水毀機(jī)理有一個(gè)全面認(rèn)識(shí)，以便有針對(duì)性地提出治理措施

關(guān)鍵詞:陜京輸氣管道;黃土峽現(xiàn);機(jī)理;防治

1引言

陜京輸氣管道作為全國(guó)天然氣管網(wǎng)的重要組成部分，是向京、津、冀等地區(qū)供氣的重要“生命線”，有四條干線、一七條支線，總長(zhǎng)度約3340公里。陜京輸氣管道線路經(jīng)過(guò)陜北晉西黃土高原地段，途經(jīng)的黃土峽觀區(qū)滑塌等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，研究這一類(lèi)型地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的原因和條件，提出經(jīng)濟(jì)有效的防止措施，對(duì)管道建設(shè)具有一定的指導(dǎo)意義。

2黃土山要艦水毀機(jī)理

峽觀水毀原因卞要由它的地形、土質(zhì)和降雨決定。由于峽觀是連接兩個(gè)梁鄖坡地的通道，在任何區(qū)域峽觀均處在較低地段，也就是說(shuō)峽觀是長(zhǎng)期水土流失和雨水沖刷形成的地貌類(lèi)型。日前陜晉地區(qū)未治理的黃土峽觀在短歷時(shí)強(qiáng)暴雨的作用下，降雨強(qiáng)度遠(yuǎn)大于土壤的人滲速率，產(chǎn)生較強(qiáng)烈的坡面徑流，徑流水沿梁鄖坡面匯集到峽觀，造成峽觀坡面沖刷，沖毀峽觀坡角，引起峽觀滑塌或崩塌，峽觀寬度在逐年縮窄。陜京輸氣管道途經(jīng)的峽觀頂部多為Q3和Q4黃土，具有大孔隙結(jié)構(gòu)、柱狀節(jié)理。在干燥情況下結(jié)構(gòu)良好，強(qiáng)度很大，穩(wěn)定性很好。但Q3和Q4黃土抗蝕力差，且遇水強(qiáng)烈浸泡后發(fā)生崩解(原結(jié)構(gòu)破壞、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度喪失)，使柱狀節(jié)理破壞，大孔隙結(jié)構(gòu)喪失發(fā)生沉陷或濕陷，對(duì)自重濕陷性黃土在無(wú)外荷載下遇水時(shí)也會(huì)發(fā)生下沉，危及管道安全

陜京輸氣管道在陜西黃土高原溝壑區(qū)多處峽觀上敷設(shè)，峽觀土體結(jié)構(gòu)一般上部為Q4黃土，依次向下為Q3,Q2和Q1黃土。大部分峽觀經(jīng)過(guò)多年治理基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，但由于未  采取有效的綜合治理措施，在短歷時(shí)強(qiáng)降雨的作用下仍有可能再次發(fā)生水毀。

神木縣楊家畔坡村腰觀Q4黃土厚度約1m,Q3黃土厚度約15m,Q2厚度約10m,Ql黃土在溝底露頭3m。管道在腰觀r敷設(shè)長(zhǎng)度約60m ,理深約1.2m通過(guò)對(duì)該腰觀Q3和Q2黃土在不同含水率條件下的土樣進(jìn)行r物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，Q3和Q2黃土基本物理指標(biāo)、其不同含水率的抗剪強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。和干密度pd的變化關(guān)系見(jiàn)表1-5。

試驗(yàn)結(jié)果表明Q3,Q2黃土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度與土壤含水率ω。非常密切，由表2可見(jiàn)，Q3黃土的抗剪強(qiáng)度隨含水率增加而降低，當(dāng)土樣含水率由15.5 %增加到24%時(shí)，原狀土樣凝聚力(:值由73kPa降低到20kPa，內(nèi)摩擦角Φ值由28.5°降到13.0°，由表3可見(jiàn)，Q3黃土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度隨土壤含水率的增大而急劇降低，土樣含水率由14.0%增加到24%，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度由138.6kPa減小到40.0kPa，土樣平均含水率每增加1%時(shí)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低約10kPa;由表5可見(jiàn)，Q2黃土的抗剪強(qiáng)度隨含水率增加而顯著降低，當(dāng)土樣含水率由11.18%增加到23.9%時(shí)，原狀土樣凝聚力C值由145kPa降低到24kPa，內(nèi)摩擦角Φ值由30.40降到19.4°，由表6可見(jiàn)，Q2黃土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度隨土壤含水率的增大而急劇降低，土樣含水率由15.23%增加到24.03 %，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度由183.5kPa減小到78.9kPa ,土樣平均含水率每增加1%時(shí)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低約12kPa。

由表3和表6還可看出，Q2黃土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于Q3黃土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在同等條件下，Q2黃土的抗剪強(qiáng)度高于Q3黃土的抗剪強(qiáng)度。分析其原因是由于Q2黃土的形成遠(yuǎn)早于Q3黃土，受古氣候干濕交替溶濾長(zhǎng)期作用，形成更加顯著的柱狀節(jié)里。同時(shí)受到上部Q4黃土和Q3黃土的自重壓力作用，形成更加穩(wěn)定的原始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此，受強(qiáng)降雨匯集水作用，當(dāng)Q4和Q3黃土產(chǎn)狀向外傾斜時(shí)，容易發(fā)生溜滑在長(zhǎng)歷時(shí)強(qiáng)降雨或連陰雨天氣時(shí)，當(dāng)Q4和Q3黃土產(chǎn)狀向里傾斜時(shí)，容易產(chǎn)生漏斗型土壤侵蝕，進(jìn)而形成坡體崩塌。

三腳通過(guò)以上分析，陜京輸氣管道在峽觀地段敷設(shè)造成水毀高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)內(nèi)在因素是黃土具有的大孔隙結(jié)構(gòu)、柱狀節(jié)理，外因是降雨匯集。要改變峽觀的土壤物理力學(xué)性質(zhì)(如更換為灰土和水泥土)工程量大、費(fèi)用高。因此，在峽觀治理措施上卞要是改變峽觀地段水流匯集條件，改變峽觀地段的微地貌(如修筑魚(yú)鱗坑、水平階、梯田等)，增加截排水工程，保障峽觀處在干燥條件下。

3黃土山要艦水毀治理措施

三腳綜上所述，黃土峽觀滑塌卞要原因可分為兩類(lèi)，即由降雨徑流為卞導(dǎo)因素的外因條件，另一類(lèi)黃土峽觀立地為卞導(dǎo)因素的內(nèi)因條件。因此峽觀治理也可分為兩類(lèi)。一類(lèi)是消除降雨徑流對(duì)峽觀的危害，可采取在峽觀兩側(cè)梁鄖上修筑水土保持工程，一是修筑如魚(yú)鱗坑、水平階、水平溝等工程，就地?cái)r蓄暴雨徑流。二是在峽觀兩側(cè)梁}I}匯水坡面修筑截排水工程，以及分散降雨徑流在峽觀處的匯集。另一類(lèi)是修建必要的工程建筑物，改善峽觀土體結(jié)構(gòu)增加黃土的穩(wěn)定性，如修筑護(hù)坡工程和擋土墻工程。

三腳通過(guò)對(duì)愉林市愉陽(yáng)區(qū)麻黃梁畔坡村的兒處峽觀分析，部分峽觀已于2009年春季進(jìn)行了整治，如樁號(hào)51-0370處峽觀2009年采取3:7灰土夯實(shí)處理，現(xiàn)穩(wěn)定性良好。該處腰觀地貌和治理現(xiàn)狀見(jiàn)圖1。

該腰觀治理坡高為24m，經(jīng)力學(xué)分析得知，若保證腰觀邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.5時(shí)，素土夯實(shí)回填的穩(wěn)定坡比為1:0.75 , 2:8灰土、3:7灰土和1:9水泥土夯實(shí)回填的穩(wěn)定坡比均為1:0.5。該腰觀邊坡治理時(shí)采用3:7灰土夯實(shí)回填，平均坡比為1:1.0，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該處溝谷兩側(cè)天然邊坡坡比陡峻，坡比在1: 0.25 1: 0.5之間，若溝道邊坡高度為24m，保證其穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.5時(shí)，溝道天然邊坡在干燥情況下的穩(wěn)定坡比為1:0.5;在濕潤(rùn)情況下的穩(wěn)定坡比為1:0.75;在飽和情況下邊坡坡比在1:0.5一1: 1.25之間均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

為保障溝道邊坡長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)，必須保證其土壤含水處于干燥狀態(tài)。因此，應(yīng)在梁鄖坡地上修筑魚(yú)鱗坑、水平階和截水溝。禁止兩側(cè)梁}n降雨徑流向峽觀處匯集。該處峽觀治理措施為:魚(yú)鱗坑、水平溝和水平階防御標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)各地不同降雨情況，分別采用不同的暴雨頻率和當(dāng)?shù)刈钜桩a(chǎn)生嚴(yán)重水土流失的短歷時(shí)、高強(qiáng)度暴雨，或按照GB/T 16453水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用10年或20年一遇3h或6h最大暴雨設(shè)計(jì)。

(1)魚(yú)鱗坑

三腳梁鄖坡度大于2s。的坡面設(shè)置魚(yú)鱗坑。魚(yú)鱗坑呈半圓形，長(zhǎng)徑0.8m～1.5m,短徑0.5m～0.8m，坑深0.3m～0.5m，下沿成弧形土埂，高0.2m～0.3m。魚(yú)鱗坑在坡面上宜沿等高線布設(shè)，上下兩行呈“品”‘字形錯(cuò)開(kāi)排列。

(2)水平溝

梁鄖坡度在15～25。的陡坡段應(yīng)設(shè)置水平溝。水平溝上口寬宜為0.6～1.0m，溝底寬宜為0.3～0.5m，溝深宜為0.4～0.6m，水平溝沿等高線開(kāi)挖，每?jī)尚兴�平溝呈“品”‘字形排列，每個(gè)水平溝長(zhǎng)3～5m，溝內(nèi)植樹(shù)3株一5株。根據(jù)坡面和暴雨徑流情況確定水平溝間距和具體尺寸.

(3)水平階

梁鄖坡度在15°～25°的陡坡段，根據(jù)暴雨強(qiáng)度和暴雨量設(shè)置水平階，階面寬宜為1.0m～1.5m，呈3°～5°反坡。可根據(jù)暴雨確定階面寬度、反坡坡度(或階邊設(shè)埂)，或調(diào)整節(jié)間距離。

4結(jié)論

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察和計(jì)算分析，我們認(rèn)為，峽觀天然坡高在10m時(shí)，坡比應(yīng)>>1:0.75，當(dāng)峽觀天然坡高在20m時(shí)，坡比應(yīng)>1:1.0，當(dāng)腰觀坡高>30m時(shí)，坡比應(yīng)>1:1.25，當(dāng)腰觀坡高>>50m時(shí)，坡比應(yīng)>>1:1.15。對(duì)未整治的腰觀，當(dāng)腰觀坡比大于上述相應(yīng)坡比時(shí)，可采用水土保持整地措施和植物措施進(jìn)行相應(yīng)治理，降低腰觀的水毀風(fēng)險(xiǎn)，不必采用工程措施對(duì)其進(jìn)行治理。

通過(guò)計(jì)算，素土夯實(shí)回填適用于腰觀坡高在20m以下，坡比在1:0.75以上或坡高<10m，坡比>1:1.15的腰觀邊坡;1:9水泥土適用于腰觀坡高<20m，坡比>1:05或腰觀坡高>20m , <30m，坡比>1:0.75的腰觀邊坡;2:8灰土適用于腰觀坡高<30m，坡比>> 1:0.5或坡高>20m，坡比>>1:1.0腰觀，和當(dāng)腰觀坡高<30m，坡比>1:0.5或坡高>30m，坡比> 1:0.75的腰觀。若整治過(guò)的腰觀坡高滿足上述相應(yīng)坡比的要求，水毀風(fēng)險(xiǎn)低。為保障管道安全運(yùn)行，可采用改變局部微地形的方法，促使降雨就地?cái)r蓄人滲，減少腰觀兩側(cè)梁峁坡地降雨徑流的匯流量，保障管道安全。

《管道保護(hù)》2012年第1期（總第2期）