论文摘要
西气东输管道陕西省靖边至山西省临汾段线路长约360km,沿途通过沙漠、黄土丘陵、石质山区和河谷阶地。该段黄土梁峁沟壑极其发育,地形极为破碎,沟壑密度大,是整个管道工程最复杂、最困难的地段。同时,由于黄土特殊的水解性质,极易发生水力侵蚀以及由于水力侵蚀导致的重力侵蚀,从而危及管道安全,管道水工保护工程量大。因此立项对护坡、挡土墙、管沟基础、植被恢复等主要水工保护技术进行优化研究,具有显著的经济效益和环境效益。本研究通过现场调查、收集资料以及取样试验、室内试验、现场试验等工作,基于前人的研究成果,借鉴地方水工保护的经验,在研究黄土的矿物成分、化学成分、可溶盐、显微结构特征以及物理力学性质和水解性质的基础上,根据研究对象的边界条件,因地制宜地提出了改进措施,优化结构,达到了预期的目标。主要研究内容及结果如下:1.在管道的水工保护设计中,提出采用系统化设计的思想,将水工保护构筑物和水土保持措施有机结合起来,以水工构筑物为核心,通过对雨水截、排、引、消、渗、堵的方法构建一个系统,通过系统中的各个环节、各个方面相互补充,相互完善而提高整个系统的安全性。护坡采取了灰土、固化土、土工格室、草袋、鱼鳞坑、水平沟等多种形式,通过控制填土和地基土层中的含水量,优化灰土挡土墙结构形式,降低工程造价7%～30%,提出施工挡土墙结构达到夯实度≥0.93指导性技术方案。2.通过对管道沿线黄土的矿物、化学成分、微观结构和物理力学性质、水解性质进行研究,根据黄土遇水易崩解、遇水发生湿陷的特殊物理力学、水解性质,分析其内在原因,有针对地选择适宜、经济的加固材料,提高加固后土体的强度和水稳性,使水工保护构筑物起到良好的水土保持作用。根据不同黄土含水量的物理力学性质,分析其不同的原因,通过改变造成不同含水量的控制条件来优化挡土墙、护坡、管沟处理的结构。同时在每处挡土墙、护坡及管沟两侧通过植被恢复技术形成一个生态良好的小区域,使其互为补充,互为依托,取长补短共同维护管道的安全。3.现场模拟降雨试验表明:不同掺量的固化土都具有较好的抗渗性能,固化土的力学强度和水解性质有很大的改观,软化系数均大于0.80,经受水浸泡的能力大大增强。在强度、耐久性和抗冲刷性等方面较灰土更好,固化土完全满足水工保护要求要有效防治侵蚀,宜在侵蚀发生的初始阶段即面蚀阶段,预防的重点在于避免形成沟蚀,拦截雨水使其就地入渗,则会起到事半功倍的作用。（1）采用固化材固结湿陷性黄土,使用较少的掺量可使湿陷性黄土获得较高的强度和较好的水稳性能;（2）采用固化材固结的湿陷性黄土,具有较好的抗冻融性、耐干湿性和抗冲刷性;（3）现场试验表明,采用固化材固结陷性黄土作为长输管道水工保护的护坡、挡土墙是可行的;（4）固化土中固化材的掺量不同pH=7.4～7.8,满足灰土要求;（5）固化土渗透系数0.85×10-6～1.13×10-6cm/s,满足灰土要求;（6）固化土抗冲刷性,减蚀量≧93%,满足灰土要求。4.植被恢复选择当地适宜的乡土植物种类,避免引进新的物种,以保证植物安全,增强恢复植被的适应性。在技术上选择乔草灌相结合,以草、灌为主的植被恢复方案。推荐物种主要为:在黄河以西乔木以旱柳为主,灌木以柠条、红柳为主,草以沙打旺、苜蓿、黄蒿为主。黄河以东乔木以刺槐为主,灌木以酸枣为主,草以沙打旺、苜蓿为主。试验点植被建植后总覆盖度54%～85%。植被恢复建植1年半后测试表土流失量在大暴雨的情况下0.046 g·min-1·m-2～0.124g·min-1·m-2,侵蚀作用较同类地形减少61%以上,预计今后会进一步提高。
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