7.4.1 黄土的特性及各种指标
7.4.1.1 黄土的地貌特征
据有关资料显示，我国黄土地貌是第四纪风积黄土作用和流水侵蚀作用共同塑造的。冰期时，风积黄土作用占优势，大量黄土一次又一次地堆积下来；而在间冰期，流水等外力的侵蚀作用占优势，堆积的黄土地貌遭到一次又一次的剥蚀和切割。冰期和间冰期多次交替，导致了黄土地貌的多次变化。随着上新世末、中更新世以及晚更新世时，黄土高原地区古地貌发生了多次较大变化，形成高达1000m以上的黄土高原地形。而后，经河流切割作用，形成塬的雏形；以北地区，一边抬升，一边侵蚀，日益露出准平原基底面貌，即梁峁的雏形。全新世继续大面积抬升，河流溯源侵蚀加强，黄土流失严重，从而形成今日的塬、梁、峁的组合地貌形态。冲沟发育、深切，表面支离破碎、植被稀疏，滑坡、错落、表面流坍及陷穴等不良地质分布密集，陷穴多呈串珠形成目前黄土地貌的复杂形态。
7.4.1.2 黄土的工程力学特性
（1）黄土的压缩性：我国的湿陷性黄土的压缩系数介于0.1～1.0MPa之间。除受土的天然含水量影响外，形成的地质年代也是一个重要的影响因素。离石黄土和马兰早期黄土，其压缩性为中等偏低，或低压缩性；而马兰晚期黄土和全新世早期黄土，多为中等偏高压缩性。新近堆积黄土一般具有高压缩性。
（2）黄土的抗剪强度：对于湿陷性黄土，浸水过程中黄土湿陷处于发展过程，此时土的抗剪强度降低最多，但当黄土的湿陷压密过程已基本结束，此时土的含水量虽很高，但抗剪强度却高于湿陷过程。因此湿陷性黄土处于地下水位变动带时，其抗剪强度最低，而处于地下水位以下的黄土，其抗剪强度反而高些。
7.4.1.3 黄土的水理特性
（1）黄土的塑性：一般情况下，黄土的塑性指数随层序由新到老变化，而由小变大。
（2）黄土的透水性：黄土的透水性主要取决于颗粒级配和孔隙、节理的发育程度。由于垂直及柱状节理和大孔发育，黄土的通透性较好，透水性较强，且垂直方向强于水平方向，两者之间相差几倍，很明显，黄土的透水性依层序由新到老，而由强变弱。
（3）黄土的吸水性：黄土在干燥状态下，都具有吸水性，干旱地区黄土的吸水性更强。
（4）黄土的遇水崩解性：遇水崩解是黄土的主要特征之一。且上层黄土较下层黄土更宜于崩解，随着粘粒含量的增加，崩解时间增长。
7.4.1.4 关于黄土的工程地质问题
（1）黄土的湿陷性：黄土的湿陷性是由其物质成分、成因和微观结构特征决定的。主要影响因素有干容量、空隙比、天然含水量、饱和度、液限并与可溶盐含量有关，他们都直接影响湿陷性黄土的敏感性。另外，颗粒的含量以及塑性指数也直接影响其敏感度。具有湿陷性的黄土主要为晚更新世形成的马兰黄土和全新世形成的黄土，而中更新世形成的离石黄土一般仅在上部具有轻微的湿陷性。
（2）黄土潜蚀和陷穴：黄土的陷穴是由于可溶盐在地下水作用下溶失，以及地下水紊流时形成对黄土体的潜蚀作用形成的。黄土孔隙越大，潜蚀作用越强。因此，陷穴多发育在易溶盐含量高、大孔多；地表地形变化大的河谷阶地边缘；冲沟两岸及斜坡地带；地面不平坦的地形变坡处等位置有利于地表水下渗或流速变快，是地下洞穴经常出现的地方。
（3）黄土的承载力：影响黄土的承载力的因素主要为黄土的堆积年代、含水量、密度、孔隙比、饱和度和塑限等，不同时代堆积的黄土的承载力相差很大。含水量对湿陷性黄土的承载力有着强烈影响。当含水量增大，土的抗剪强度迅速降低，承载力也会大幅度降低。
7.4.2 黄土地区输油气管道工程保护措施
黄土地区管道及管道周边环境构成危害的方式主要是由降雨所造成的水力侵蚀和重力侵蚀。其中沟蚀是对管线工程危害最为严重的侵蚀方式之一。沟底下切、沟岸扩展和沟头前进，对管道来说也是最具威胁力的破坏方式；重力侵蚀的主要方式有滑坡、滑塌和崩塌等，若管道所敷设的斜坡发生上述灾害现象，土体会推动管道向地势低的方向移动，管道极易被破坏。
在选线时，管道应尽量选择与管道整体走向相一致的黄土梁上通过，尽量避开黄土冲沟发育和湿陷性黄土区域、滑坡、崩塌、泥石流等易发地区。
根据黄土的特性，在发挥黄土作为地基、边坡、洞室等土体环境时的各种可能利用的潜力的同时，根据地形地貌、土层条件，因地制宜地采取水工保护措施，对确保管道安全和环境保护是至关重要的。坚持水工保护设计与施工现场相结合的方式，在确保通过黄土地区的管道安全的前提下，尽量增加工程沿线的绿化面积，改善生态环境。
7.4.2.1 黄土微地貌的治理措施
黄土微地貌形态是指发育初期的黄土蝶形洼地、黄土陷穴、盲沟、出水口、黄土井、黄土桥、水涮窝、跌穴、潜蚀沟等地貌，以及较为罕见的黄土墙这些发育晚期的地貌。
治理措施具体有以下几种：
（1）设置挡水土埂、截排水沟，将汇水排离危险区；
（2）采用灰土夯实，堵塞黄土蝶形洼地、黄土陷穴、盲沟的进、出水口；
（3）采用经夯实处理的黄土、灰土，填塞规模较大的黄土洞穴、天生桥等易崩塌的危险段；
（4）加大管道埋深和将管线埋入相对稳定的土层内，可以有效地减缓地表径流的冲刷；
（5）在管线遭受水力冲刷的上游位置，设置阻水墙使雨水就地下渗可以大大减缓水力对管道的破坏，也可以利用管沟自身位置设置阻水墙；
（6）管沟回填土应分层夯实，在管道上方0.5m以下应仔细回填，并在管道两侧对称地同时进行，防止管道产生位移和断裂，压实系数不低于0.93。其他部位回填土的压实系数不宜小于0.9。回填料可选用黄土、其他粘性土和灰土（体积比3:7或2:8），在最优含水量的状态下，分层（以30cm一层为宜）夯实至设计标高。
7.4.2.2 黄土湿陷性的治理措施
湿陷性黄土是指土体在一定压力下受水浸湿时产生湿陷变量达到一定数值的土，湿陷变量按野外浸水荷载试验一般按2000kPa压力下的附加变形量确定，当附加变形量与荷载板宽度之比大于0.023时为湿陷性黄土。对于管道工程通过湿陷性黄土区域，主要采取消除或减少其湿陷量为目的，通过导、堵、填等方式，疏导地表水，避免管道通过区域的土体浸水。
7.4.2.3 黄土冲沟的治理措施
黄土冲沟极其发育，冲沟的坡降大，两岸陡峭，黄土抗冲蚀能力差。在暴雨等水力作用下，冲沟的下切、侧蚀、溯源侵蚀作用强烈，沟坡下部不断遭受破坏，引起冲沟边坡失稳，产生滑坡、滑塌等重力侵蚀，从而危及管道的安全。
（1）管道线路附近冲沟的治理：对于管道中心距冲沟头较近（5m左右），填方量不大的小型冲沟采取修筑挡土墙，灰土回填的措施；对于管道中心距冲沟头边缘5m以上，冲沟头平均深度大于4m，填方工作量较大的冲沟治理采取沿沟顶部边缘设置阻水墙或截水沟的处理方法，以防止地表径流侵入岸坡的节理，抑止冲沟继续发育。
（2）管道穿越冲沟头的治理：对于冲沟头植被条件较好，深度较小（小于3m），沟头稳定的冲沟，采取沿沟顶部边缘设置阻水墙或截水沟的处理方法，以抑止冲沟继续发育。对于冲沟边坡较稳定，但沟底植被条件较差，冲沟深度有可能下切的情况，除了设置阻水墙或截水沟以外，还要在管线下游一定位置处设置地下防冲墙（浆砌石结构）、淤土坝（灰土夯实）等拦淤措施，抬高冲沟底部侵蚀基准面，防止冲沟底部深切发育。
（3）管道穿越冲沟边坡时的处理：方式一，采用浆砌块石挡土墙＋护坡。挡墙高度应视边坡高度而定，一般在3～5m范围内，挡土墙以上边坡应采取夯实、削坡和做成阶梯台面，边坡可采用网格种草，阶梯台面一般性种草。作业带两边应设排水明渠，两侧裸露边坡应削坡、夯实、种草，也可以采用铁丝网格种草或穴状种草。方式二，坡脚修挡土墙（土坎），高2～5m不等，挡土墙上部边坡夯实、削坡、修筑台阶（边坡较高时）、一般性种草种树，作业带两侧裸露部分削坡、夯实、种植林草。方式三，方案二中的挡土墙采用草袋土建筑，草袋土表层撒播草籽。对较高边坡，坡面也可呈梯级台阶状，作业带裸露部分整地、种植林草。作业带边坡削坡、夯实，种植林草。
7.4.2.4 黄土小型滑坡、滑塌和崩塌的治理措施
大、中型滑坡规模大，处理工程费用高，在选线、定线时均应绕避。线路经过小型滑坡、滑塌和崩塌地段时，一般情况下应尽量不触动滑坡体，并采取以下措施：
（1）把防排水设计作为设计的重点之一，做好导流排水措施，以防止水力侵蚀造成土坡的滑坡、滑塌和崩塌。结合具体的地形、地貌和地质条件，可以采取削方降坡、挡土墙、护坡等措施；
（2）管道深埋到滑动面以下1.5～2.0m;
（3）管沟底铺设灰土垫层，管沟用灰土分层夯实回填；
（4）平整滑坡体表面，夯实回填坑、洼地、裂缝。
7.4.2.5 高陡边坡的治理措施
黄土陡坡在黄土梁峁区广泛分布，主要在管线上下黄土梁峁段对管道安全影响较大，在管道上下弯头处易产生应力集中；水易沿陡坡段管沟泄流，侵蚀管道周围填土，导致管道悬空；陡坡植被在受到施工影响后，加剧水土流失，影响陡坡的稳定性，管道安装施工困难。若高陡边坡整体稳定性较差时，只对管沟、管道地基进行处理，还不能根本上确保管道安全，还应需采取治坡措施。工程措施以提高边坡稳定为目的，根据边坡的具体条件，因地制宜的采用。
（1）阻、排水：对边坡外的地表水以拦截旁引为原则；对边坡内的地表水以防渗为原则。坡顶设环形截水沟引流排水，在坡内，充分利用自然沟谷布置成排水系统，汇集后旁引。整治边坡表面，填平坑洼，防止集水下渗。
（2）放坡：改善边坡受力条件，增强边坡的稳定。边坡较高时宜采用台阶式以释放应力，台阶分段高度应根据边坡坡度、稳定程度、当地降雨强度等条件确定。平台宽度一般为1.5～3m，并应设置排水、截水沟。
（3）护坡：一般可采用浆砌片石护坡，型式有满砌、门拱形、网格形等；坡度较大的特殊地段高陡边坡下部采用浆砌块石护坡并设置排水沟，管沟内设灰土挡土坎，管道作业带两侧设置纵向排水沟，上下坡段用草袋装上或3:7灰土夯实护坡，在垂直高度上每间隔10m设平沟渗流排水，同时管沟两侧空地各50m范围内设置鱼鳞坑栽种植物（柠条、沙棘等黄土地区易生植物），在下弯头处设灰土基础并采取排水措施将汇水引流至安全区域外排放。
7.4.2.6 崾岘的治理措施
崾岘或称崾险，通常为梁峁之联结部，位于两条深切冲沟之沟头，两侧陡峭壁立、狭窄，宽度仅几米至十几米。崾岘地势较低，两端边沟及地表水均汇入崾岘两侧冲沟内，对崾岘管道通过一侧夯筑灰土堤，灰土堤根据提高确定采用加筋灰土或灰土夯筑，浆砌块石护坡（形式有满砌、门拱形、网格形等）。每8～10m高设置平台和横向截水沟与护坡面两侧或中部纵向排水沟连接。而对于护坡坡面除可采取浆砌石护面外，也可用土工格室护面，以利环境绿化。填实崾岘两端及两侧冲沟沟底陷穴、落水洞等，并在其余空余位置设置鱼鳞坑，让坡顶积水就地解决，进一步消除水对崾岘的冲刷。必要时在冲沟底部设置淤土坝防止冲沟下切。
7.4.2.7 黄土地区管道隧道穿越工程水工保护
隧道工程虽属隐蔽工程，但往往由于选址或工程措施不当，将给环境造成不良的影响，如生态环境的破坏，资源开发条件恶化，大气、水体被污染等危害。对于这些环境保护问题应根据有关规定在工程设计时采取相应措施以满足环保要求，确保当地环境不会造成大的污染。
对于隧道开挖产生的渣土，应堆放到规定地点，严禁排放到河漫滩；堆渣场地应采取砌筑挡土墙保护，视情况渣堆上还可覆盖一定厚度的耕植土，可改土种地或种植适宜生长的植物；对所出渣石可选择强度较高的部分，进行破碎后作为衬砌的粗骨料；施工结束后，两端洞口附近受到扰动的部分应予恢复、保护。
7.4.3 水工构筑物和植物保护相结合的措施
在黄土地区管道水工保护应采取水工构筑物和植物保护相结合的措施，在斜坡地段修建鱼鳞坑、水平沟，植物（柠条、沙棘、狗尾草等）固土。管道上下游附近种植砍头柳，植物固土。山坡种植沙棘、柠条等护坡。冲沟沟底套种砍头柳、杨树、防止冲沟下切，以截断泥沙供应。
在管道附近种植狗尾草、沙蓬等植物，3m外可种植柠条等灌木，加强吸收雨水及促进雨水的下渗，避免产生陷穴、漏斗、落水洞等，同时在必要时设置排水沟，引流至对管道安全无影响处。
7.4.4 黄土地区管道线路水工构筑物
7.4.4.1 线路水工构筑物结构形式
根据黄土地区油气管道工程水工保护多年的工程实践经验，管道线路构筑物结构形式大致有以下几种形式：挡土墙、堡坎、护坡、阻水墙、截水沟（排水沟）、淤土坝、抗冲层等。
7.4.4.2 材料的选用及适合条件
（1）挡土墙：根据工程所在地的建筑材料情况，挡土墙材料可以选用条石、灰土、固化土、浆砌片石、加筋土、混凝土、钢筋混凝土等。基础埋置深度：对一般土质地基，应保证开挖后的地基面土密实，稳定性和承载力均满足后，其埋置深度不宜小于500mm。基础受冲刷时，埋置深度应在冲刷线1m以下。基础设置于冻胀土时，埋置深度应在冻结深度以下不小于250mm，同时不小于1000mm。
挡土墙应根据附近地形、地貌及水体浸入情况，修建截水沟、排水沟或封闭地表等措施，防止水体浸入到破裂体内。同时根据填料透水性能设置泄水孔、墙背反滤层。如有地下水，应设置排水盲沟，泄水孔孔径为100mm左右，沿墙高和墙长每隔2～3m布置。变形缝宽度20～30mm，沿缝的三边填塞沥青麻筋或涂沥青木板。塞入深度不小于200mm。墙顶用M10水泥砂浆抹顶，厚度为30mm。
填料宜选用3:7灰土分层夯实；在季节性冻土地区，不应选用冻胀性填料。
混凝土应满足强度要求，并应根据构筑物的工作条件、地区气候等具体情况，分别满足抗冻、抗侵蚀等耐久性的要求。砌体的砖砌块强度宜大于等于MU10，石砌块强度宜大于等于MU20；砂浆应为水泥砂浆，强度宜大于等于M5。
（2）护坡堡坎：坡面平整夯拍后，采用2:8～3:7石灰土垫层，坡面用M5水泥砂浆浆砌块石，若无块石，可用预制混凝土板；一般堡坎可采用灰土、条石等，护坡形式可根据坡面的稳定性选择采用整体护坡、网状护坡及门拱式护坡，其中可种植适宜的植物。
（3）阻水墙、淤土坝、抗冲层：一般采用灰土或其他固化土，高差较大时，抗冲层材料也可采用块石或预制混凝土块砌筑。
