中国石油网消息:随着西部大开发号角的吹响,西气东输管道工程启动了,管道起自塔里木的轮南,途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏、上海等9个省市,全长4000公里。如此大规模、长距离的管道建设,在我国的管道建设史上也属空前。特别是该管道直径大、压力高,对管道的敷设都提出了新的挑战。
总的来看,管道全线大部分地区地势平坦、交通发达、便于施工,总体建设条件较好,但管道经武威至郑州区间时,基本上为黄土地区,为管道建设的困难段,由于黄土的特殊土性,造成了黄土高原的丘壑分布,水土流失严重,这些都给管道建设带来了相当的难度。在管道经过大型冲沟时,有人提出绕开办法,但这样会增加管道的长度,增加投资;有人提出采用穿越的方法,但是由于黄土的抗冲切能力差,需要做大量的水工保护。同时,也给管道的安全运行留下了隐患。由于西气东输管道的直径大,自跨能力也大,因此可以考虑中小型跨越与加筋土挡墙相结合,取直通过大型冲沟的新方法。该方法的管道跨越属于中小型跨越,施工方便,造价也不高,而且新方法中的加筋土挡墙,一方面它提供了中小型跨越工程所必须的承载力,完成了对黄土的水工保护,同时加筋土挡墙同重力式挡土墙相比较,经济上也是比较节约的。
■新方法的理论依据
管径大于1米的输气管道,在管道的制造、运输、安装等方面都存在着一定的问题与不便,但同时,管道直径大,也有它的优点。比如,结构强度方面,通过结构计算分析表明,直径大于1米的管道,它的自跨长度(即裸式管道跨越)大约为50米,这种跨越方式的特点是能充分发挥管材的强度,同时结构简单、施工方便。当管道跨越长度在90米以内,可以采用轻型托架式跨越,亦为下撑式组合梁。它利用管子本身的强度和设置少量的三角撑、拉杆,跨过较大的河流与冲沟,是一种简单而较好的跨越结构型式。其实,中小型跨越的种类很多。选择梁式自跨与轻型托架式跨越相组合的原因是:首先,两种方法的施工是所有中小型跨越方式中最简单的,没有技术上的难点,这样是可行的,经济上是节省的;其次,两种方法受力合理,传力途径明确,没有组合管拱等的支座推力,所以它的基础采用独立基础即可,基础简单,当然造价也就低。同时,由于它的支座反力小,也不会对加筋土挡墙造成太大的影响;再次,两者的组合已经能达到150~190米的跨度,应该说,很多大型冲沟都能跨过。特别是采用加筋土挡墙后,防止了黄土的水土流失,保证了跨越结构基础的稳定与安全。
在土中敷设拉筋而使整个土工系统的力学性能得到改善的土工加固方法叫土工加筋技术。该技术由法国工程师亨利·维达尔在1963年首先提出,并在工程中开始使用,以其显著的技术经济效益,在很短的时间内风靡全球。我国自80年代初开始应用加筋土技术,迄今已在全国建成加筋土工程逾千座。比如,云南楚大高速K218+635特高44米加筋土工程、三峡库区巫山集仙中路60米特高加筋土工程。交通部1991年颁布了相应的技术规范。
加筋土挡墙是一种由面板、拉筋和填土组成的复合体结构。在加筋土挡墙结构中,由填土自重和外力产生的侧压力作用于面板,通过面板将此侧压力传给筋带,企图将筋带从土中拔出,而筋带材料具有足够的强度,并且与土产生足够的摩擦力,那么,加筋的土体就可以保持稳定,并且在满足了只产生摩擦力而不产生滑移的条件下,筋带改良和提高了土的力学特性,成为能够支撑外力和自重的结构体。加筋土挡墙具有以下特点:1.面板可以预制,拉筋带采用工厂化生产,在现场用机械(或人工)分层填筑。这种装配式的方法施工简便快捷,并且节省劳力和缩短工期;2.加筋土挡墙节约占地,造型美观,可以做成很高的垂直填土,从而可以大量减少占地;3.加筋土挡墙的填料可以采用黄土与灰土。同时由于挡墙的基础较小,开挖的土方量也较少,因此在施工现场,对土的取与弃有更合理的布置,节约投资,有利于恢复当地的地形与地貌;4.加筋土挡墙造价比较低,与普通挡土墙相比,可节约造价20%~60%,且墙体越高,经济效益越明显。
■新方法的技术经济指标
每一种方法,它是否具有可操作性,最主要的是看它的技术经济指标。根据以往的工程实践,当挡土墙10米高时,加筋挡土墙造价为4475元/米,重力式挡土墙造价为6135元/米,节约27%;当挡土墙15米高时,加筋挡土墙造价为7948元/米,重力式挡土墙造价为13612元/米,节约42%;当挡土墙20米高时,加筋挡土墙造价为13875元/米,重力式挡土墙造价为28275元/米,节约51%。从中我们知道:1.挡土墙墙体越高,加筋土挡墙的经济效益越好;2.加筋土挡墙的基础开挖量很小,这主要是由于它层层传力,将外力分散到周围土体中的缘故。它将避免对基底进行大开挖的情况。
上部结构,因为采用了简洁的跨越方式,技术经济指标也是比较合理的。其中钢材消耗量为每米312千克(不包括输气管道),水泥为每米200千克。给出新方法上部结构与下部基础的技术经济指标,该经济指标仅供参考,具体的投资还与建设地点的地形、地貌与地质情况等因素有关,给出此数据的意图在于提供给线路工程决策者一个经济指标,便于管道在通过大型冲沟时,有一个经济估算,至于是绕过冲沟、穿越冲沟或跨越冲沟,哪一种方法投资最省,还需要在具体线路中作详细的经济分析。
通过上面的分析说明,通过大型冲沟的新方法具有很多优点。首先,它利用大直径管道结构强度优的特点,充分利用梁式跨越与轻型托架式跨越相组合,使管道的跨越长度达到150~190米。同时又具备了施工简单,造价低以及基础形式简单,可以直接支撑于加筋土挡墙的墙顶;其次,利用经济指标比重力式挡土墙优的加筋土挡墙提供土体支撑,且加筋土挡墙受力合理,基坑开挖量小,能提供较高的承载力。最后指出,新方法具有技术上可行、施工简便、经济指标优的特点,是一种值得推广的方法。