渠道边坡膨胀土抗滑稳定措施分析

2017-03-01河南省水利第二工程局

河南水利与南水北调 2017年9期

□李旭（河南省水利第二工程局）

渠道边坡膨胀土抗滑稳定措施分析

□李旭（河南省水利第二工程局）

南水北调，世纪工程，千秋伟业。提高经济效益、发挥社会效益、确保安全运行是南水北调工程建设管理者的责任和义务。南水北调中线工程渠道长，涉及膨胀土渠段多，在建设中采取了多项预防措施，确保了工程安全。文章就南水北调中线工程如何对世界性难题的膨胀土渠段设置防护措施，出现险情如何进行工程抢险进行分析。

膨胀土渠段；防护措施；抢险方案

1 膨胀土基本情况

膨胀土处理，世界性难题。南水北调中线工程渠道长、地质条件复杂，尤其涉及的膨胀土渠段较多，因处理膨胀土而增加的投资也较大，任何局部的边坡失稳、结构破坏都将可能影响建筑物安全，膨胀土处理不好将影响渠道的运行安全。膨胀土是富含膨胀性粘土矿物（蒙脱石、伊利石、高岭石或混层结构）且随着环境的干湿循环变化而具有显著的干燥收缩、吸水膨胀和强度衰减的粘性土，一般具有超固结性。在地层分布上一般属于上第三系河湖相砂砾岩、砂岩和第四系中更新统冲洪积分支粘土，在结构上夹层多，上层滞水明显，开挖后易产生卸荷失稳。根据其膨胀率分类，膨胀土可分为弱膨胀土、中膨胀土和强膨胀土。在进行渠道土方开挖和保护层开挖过程中，需采取与常规土方开挖不同的方法。根据膨胀土特殊的工程特性和运行特点，通过试验研究，确定适合膨胀土渠道边坡抗滑措施与方案，保障工程安全运行。

2 膨胀土渠段开挖临时防护措施

由于膨胀土的特殊性质，在开挖过程中，采取逐层开挖排水沟排除滞水、渗水的开挖方式，并采取临时覆盖边坡、预留保护层和后续工序跟进，可有效隔绝阳光暴晒和雨雪冲刷冻结，减少因土体失水干缩或遇水膨胀而引起的边坡失稳滑坡现象。

3 膨胀土渠段永久防护措施

膨胀土渠道安全，防护为要。为了保护渠道或其他基坑的安全，目前，南水北调中线工程主要采取弱膨胀土改性、非膨胀土、膨胀土加土工格栅换填以及土工袋等“金包银”开挖换填等施工措施，最大程度的进行渠道保护，防止建筑物破坏。但是，膨胀土地区的渠坡及建筑物工程遭到破坏是难免的，为确保工程的运行安全，除此之外，在南水北调中线工程建设中还考虑了深层抗滑防护和表面排水防护。深层抗滑防护主要采取抗滑桩与坡面梁防护；表面排水防护主要是坡面采取菱形格构或砌石（混凝土）联拱防护。篇幅所限，文章主要探讨深层抗滑防护和表面排水防护以及工程抢险问题。

3.1 渠坡深层防护

3.1.1 抗滑桩

渠道混凝土衬砌完成前，在中强膨胀土且裂隙发育渠段，首先是解决渠坡的深层抗滑防护问题。在南水北调中线工程建设中，采用的深层防护措施有抗滑桩：采用C30钢筋混凝土桩，桩径1.00～1.50m，桩长10～15m，桩轴线间距4m。抗滑桩采用旋挖钻机直接在渠道坡面上钻孔施工，钢筋笼采取汽车吊吊装，但施工时需填筑施工平台，平台大小视施工机械而定。3.1.2 抗滑桩与坡面梁的组合

抗滑桩与坡面梁的组合是抗滑桩和坡面梁联合布置，为渠道坡面和底板设置一个坚固的外壳，增加防护措施的整体性。抗滑桩结构及布置同上；坡面梁一般为C50钢筋混凝土结构，根据抗滑桩的桩径设定断面尺寸，断面尺寸一般为60cm×50 cm（深×开口宽），分坡面梁、齿槽、渠底横梁、桩梁连接段等几个部分。上部与抗滑桩连接，下部与渠底横梁连接，长度为渠坡长，轴线间距4m。坡面梁施工应在抗滑桩施工及桩头按设计要求处理,渠道改性土换填层削坡处理等工作完成后实施。坡面梁采用地模施工，地模应在土工膜敷设前，与削坡处理同时采用人工或开槽机开挖成型。坡面梁断面尺寸应符合施工图要求，不应欠挖。成型后的地模侧壁面沿坡面梁纵向应顺直、平整，且与渠道中心线垂直；坡面梁底面纵向可适当下凹，跨中下凹矢拱高度宜控制在10cm以内，不应上拱。抗滑桩桩顶应为凿毛后的新鲜混凝土面，且不应残留松动的混凝土或石块。

3.1.3 微型抗滑桩

微型抗滑桩就是桩径小一号的抗滑桩。微型抗滑桩是C30钢筋混凝土桩，桩径0.30m，桩长10m以内，每组2根，分直孔桩和斜孔桩交叉布置，交角300左右，每组间距1～2m。微型抗滑桩采用地质钻直接在渠道坡面上钻孔施工，微型抗滑桩因采用直孔桩和斜孔桩交叉布置，所以具有结构受力好，提供抗滑力大的特点，与抗滑桩与坡面梁的组合相比，施工机械轻，适应能力强，造价相对低，对以后渠坡加固和抢险方案的设计具有非常大的推荐意义。

3.2 渠坡表面防护

3.2.1 设置排水管

表面防护主要有坡面采取菱形格构或砌石（混凝土）联拱防护。要解决好表面防护问题，在采取坡面防护的同时，还应解决排水通道问题。在水位高或深开挖渠段，根据渠道水文地质情况，需采取一些必要的措施，如在渠坡上设置一排或多排PVC花管，多排PVC花管按梅花形布置。

3.2.2 局部加密排水管

如有明显渗出点，则再按渗出点加密设置PVC花管，原坡面布置的PVC花管出口处直接采用三通连接并延伸到排水沟，插入土层部分的PVC花管部分外包150g/m2的土工布。

3.2.3 设置排水沟

在已出现渗水或渗水量较大的坡面，沿渠坡坡面应布置横向排水盲沟进行引排，盲沟沿渠道走向的间距可结合现场渗水实际情况进行布置，一般≥4m，盲沟的布置位置应避开其他构筑物，盲沟里填砂砾石反滤料，确保盲沟的连续性；横向排水盲沟尺寸为40cm×30cm（深×开口宽），盲沟顶面预留10cm回填耕植土，盲沟底部埋设Φ100的透水软管，通过透水软管将渗水引至纵向排水沟。盲沟的顶部高程应不低于渗湿坡面部分的顶部高程。