膨胀土渠道滑坡治理的探讨

□徐麦菊（昭平台水库管理局）

□杨素香（新郑市水利局）

□陈秋红（平顶山市自来水公司）

一、基本情况

昭平台灌区是河南省平顶山市最大的自流灌区，设计灌溉面积6.67万hm2，受益范围包括平顶山市鲁山、宝丰、叶县及新华区、湛河区三县二区共24个乡（镇），总人口72.7万人，耕地7.63万hm2。灌区始建于1966年，1972年建成通水，经过40多年的持续建设，现已建成南、北干渠两条，全长134.7km；支渠34条，全长240km。

昭平台灌区干渠渠线盘山越岭，深挖高填渠段较多，属膨胀土地段的干渠长度6.2km，占干渠总长的4.6%。

由于原设计时间仓促，经费有限，边设计边施工，对渠道沿线地质、土壤勘察分析不细，没有针对不同地质采取不同边坡，大都设计为1：1.5，未对膨胀土渠段进行专门工程处理，造成了坍塌和滑坡。如北干渠肖老庄生产桥两岸滑坡，曾使渠底缩窄4m，缩减1/3。又如北干渠王庄铁路桥下游渠道左岸高岭土段，淤塌断面曾占过水断面的37%。1981年工程普查中，膨胀土渠道已发生滑坡3.82km，占膨胀土渠长的62%。

二、膨胀土的工程特性

昭平台灌区膨胀土土体的主要矿物成分是蒙脱石和伊利石，主要是由第三系湖相沉积的灰白色及红色粘土岩风化而成，土体内软弱结构面规模小数量多，自由膨胀率30%-65%，属弱性膨胀土。这里将所调查渠道的主要物理性能指标列下表：

渠道主要物理性能指标表

三、渠坡失稳原因

（一）膨胀土的工程特性是膨胀土渠坡失稳的内部原因

1.膨胀土一般是先期固结土，具有一定膨胀力和较大侧压力。渠道开挖前膨胀土处于固结的稳定状态，开挖后形成了侧向临空面，引起土体应力释放结构变松，致使抗剪强度降低，导致渠坡失稳。这是工程施工过程中产生滑坡的主要原因。

2.土层间软弱结构面与土体内裂隙弱面的存在，致使渠道开挖后应力卸除，引起结构面张开、抗滑力减小，促使土体失稳滑动。

3.在饱水条件下，膨胀土湿化、膨胀及蠕变会降低土体强度而使抗滑力减小；输、蓄水会使渠坡土体容重变大而引起滑动力的增大。当滑动面上的抗滑力与促使土坡运动的滑动力不能抗衡时，便产生渠坡滑动。这是渠道停水后产生滑坡的主要原因，也是渠道运行多年后才产生滑坡的重要原因。实践表明，渠道开挖后，土体结构松弛，受渠内水和渠坡地下水作用，其强度有不同程度的降低，且随渠道运行时间的递增而衰减。

（二）设计边坡过陡是膨胀土渠坡失稳的根本原因

由于对膨胀土的工程特性，以及渠道开挖过水后土体强度的衰减情况未能充分认识，致使渠道边坡设计过陡，且未进行专门处理，这是昭平台灌区膨胀土渠道建设运行中产生滑坡的根本原因。一部分膨胀土渠道是在工程施工中出现了明显塌滑的，不得不修改设计方案，例如北干渠友谊涵洞，原设计方案为开挖明渠，施工中改明渠为暗涵。而大量的膨胀土渠段是在工程建成运行中逐渐产生滑坡的，给以后的工程运用带来了大量的问题，不得不投入大量的资金进行维修处理。

（三）不合理的施工方案加剧了膨胀土渠坡失稳滑塌

六七十年代的灌区，都是群众义务筹劳所建，尤其是土方工程是大嗡大抢所为，不可能有缜密的施工组织设计，更不会对膨胀土渠道弃土堆放做专门的组织设计和施工规定，致使弃土至开挖线的距离偏近，进一步诱导了渠坡失稳。

四、滑坡治理措施

一是，北干王岗沟渠段发生滑坡2处，滑床距坡面深度约2m。考虑到该渠段位于倒虹出口，1998年处理采用斜坡式挡土墙，墙后用三合土换填，换填土与膨胀土结合部设木桩，木桩呈梅花形布置，桩距1m，垂直深入膨胀土内1m。现时渠道边坡运行十年处于稳定状态。

二是，北干肖老庄渠段，发生多处滑坡，1998年根据工程地质条件综合治理198m。首先，削坡减荷，加大水深以上渠坡放缓到1：3，加修2m宽减载平台；其次采用斜坡式挡土墙，墙后换填三合土；其三是设排水系统，即边坡设纵横排水沟，挡土墙设排水孔，墙后设反滤层。大部分滑坡体经处理后，运行十年基本稳定，2007年发现处于弯道内侧的20m渠坡整体推移约1m，再次治理中，把挡土墙基础加深1.5m，运行两年未破坏。

三是，北干伏岭渠段长640m，最大挖深达30余米。原设计为开挖明渠，设计边坡为1∶1.5。1968年施工中，因发生严重滑坍，把挖深超过10m以上的500m明渠改为暗涵，洞顶为拱形，两孔，单孔宽5.2m，高3.6m，并削缓岸坡，辅以植树护坡。1982年滑坡治理中，根据坡高和滑坡严重程度而采取了不同治理方案：对挖深5～10m渠坡，采用挡土墙，并辅以削坡减载及设置排水系统；对挖深＜5m渠坡，作浆砌石护坡，坡顶设排水沟。治理后的渠坡现时处于稳定状态。

四是，南干桃园东39+000～40+500段，设计边坡为1∶1.5，两岸多次多处滑坡，曾对边坡进行过护砌，但仍抵挡不住滑坡，大部分护砌与土体一起滑动，渠底隆起。1999年治理中，采用重力式浆砌石挡土墙，渠底每隔5m设横撑一道。运行至今未破坏。

五是，南干五支口上游渠段，设计边坡为1∶1.5，1968年试过水后渠坡土体发生大量坍滑。1971年采用浆砌石护坡，经试过水部分滑塌，第二次治理采用重力式浆砌石挡土墙，墙体留排水孔，墙后回填三合土。运行至今未破坏。

六是，北干旺河段土体处于蠕变状态，每年向渠内推移大量土方，原坡高5m左右，已基本削平。1971年采用浆砌石护坡，运行中坡体发育，护砌与土体一起滑动。1998年治理中，边坡采用斜坡式挡土墙，渠底砌筑40cm浆砌块石，经十多年运用，处于稳定状态。

五、结论及建议

一是，对膨胀土特性未深入研究，设计边坡过陡，是六七十年代灌区建设的共性问题，是膨胀土渠坡失稳的主要原因。从调研情况看，在膨胀土上修建渠道工程是可以的，膨胀土渠道滑坡也是可以治理的，治理后的渠道多数使用情况正常。

二是，已建在膨胀土中的渠道工程，滑坡处理应结合渠道工程具体条件，根据滑坡体的范围大小、土层厚薄、所处位置、受力条件分析其稳定性，采取相应的处理措施。建议从三方面着手进行治理：排水设施、工程措施和植物保护。治理中，应尽量采用当地材料，采取便于群众掌握而又技术可行、经济合理的方式进行。

三是，拟建在膨胀土中的渠道工程，对于不做专门工程处理的弱膨胀土渠道，建议设计渠坡比为：坡高＜5m，采用1:2～1:2.5；坡高 5～10m，采用 1:2.5～1:3；坡高＞10m，一般设计边坡应放缓到 1:3.5～1:4。

四是，对于做专门防治滑坡工程措施的膨胀土渠道工程，应根据工程地质、水文地质和施工影响等，做渠坡稳定分析，判断土体可能发生的滑坡形式，分析可能产生滑坡的主要因素，采取以下设计方案：⑴设置支挡，根据计算滑体推力和滑动面或软弱结构面的位置，设置一级或多级抗滑挡土墙、挡土桩或其他措施。挡土墙应设变形缝和泄水孔，挡土墙的基础应埋置在滑动面或软弱结构面以下。⑵设置排水沟防止地面水浸入坡体。⑶设置护坡，可根据当地经验，在坡面干砌或浆砌片石，设置支撑盲沟，种植草皮等。

五是，膨胀土渠道工程的施工，应根据设计要求、场地条件、施工季节，认真做好施工组织设计，严格执行施工技术及施工工艺规定[2]。

六是，建议管理单位要对膨胀土渠道边坡及防治滑坡工程要进行认真维护管理，经常检查排水沟使用情况，如发现开裂、堵塞等现象，要及时修补。