南水北调中线一期工程总干渠漳古段边坡塌方加固处理方法

王彦奇

（1.太原理工大学 山西太原 030024；2.山西省水利水电工程建设监理有限公司 山西太原 030002）

1 工程概述

南水北调中线一期总干渠（漳河北至古运河南段）施工SG10标段工程，桩号145+580～153+574，起点自内丘县西邵明村，终点止临城县黑沙村，总长7.994 km，其中渠道长7.536 km，建筑物长0.458 km。建筑物包括：大型输水建筑物1座，退水闸、排水闸各1座，左岸排水交叉建筑物6座。设计流量220 m3/s，加大流量240 m3/s。

2 渠道塌方段地质和原设计情况

2.1 塌方段地质情况

SG10标渠道工程146+700-147+500段左坡发生了两次塌方，第一次塌方桩号为146+870-147+500，第二次为146+700～147+460。根据前期勘探及招标文件描述的地质情况为，桩号145+580-148+601渠道挖深大，岩质渠坡整体稳定性差或左渠坡稳定性差，地下水位高于渠底，基岩透水性强，地层岩性自上而下分别为黄土状壤土、砂岩。实际开挖揭露146+870-147+500段的地质情况为：渠道左坡地层岩性为泥岩、砂岩，岩体破碎，存在软弱结构面，受风化影响表层成散体状，受降水影响节理面软化。开挖揭露146+700-146+870段地层总体为上黄土状壤土，下全-弱风化砂岩或泥岩，属于土岩双层结构，以泥岩为主，岩层多倾向渠内或下游，揭露F1、F2、F3断层，节理裂隙发育，岩体较破碎，易风化，强度较低。

2.2 渠道原设计情况

桩号146+700～147+500段，梯形断面，设计渠底宽22 m。地面高程109.64～101.82 m，渠底高程76.00～75.85 m，最大挖深33.64 m，共设五级马道，一级马道以下过水断面底宽22 m，边坡1∶1，一～二级马道边坡1∶1.25～1∶1，二～三级马道边坡 1∶1.75～1∶1.25，三～四级马道边坡 1∶2，四～五级马道边坡 1∶2.5～1∶2，顶部开口宽192.917～145.969 m，分别采用衬砌、挂网喷混凝土、混凝土框格等措施进行支护。

3 塌方情况

3.1 第一次塌方情况

桩号146+870-147+500渠道左坡于2010年8月开始施工至2011年11月开挖成型（开挖过程中自上而下开挖）。施工中岩石采用预裂爆破，岩石受到风化、降水等影响，指标降低。2011年5月，渠道左坡开始陆续出现裂缝，并发展扩大，2011年9月，渠道146+870～147+500段左坡出现塌方。

中线局建议过水断面不变，要求边坡防护结构暂停施工。2012年6月，经中线局批准，施工单位开始对146+870～147+500渠道左侧进行边坡卸载及在一级马道砌筑浆砌石挡墙加固处理。

3.2 第二次塌方情况

2012年8月24日，渠道146+700～147+200左岸边坡四~五级马道之间，出现较大范围滑坡。为消除不稳定因素，保证工程安全运行，现场拟定将原马道坡比 1∶1.25、1∶1.75、1∶2、1∶2.5 统一调整为 1∶2 坡比。按照现场拟定初步措施进行坡面卸载后，桩号146+700～147+200段于2012年11月19日发现裂缝仍继续扩大。

2012年12月4日，147+380～147+460段左坡发生滑坡，146+700～147+200段裂缝扩展进一步加大。出于安全考虑，现场安排该段进行安全防护，暂停施工。

截止滑坡时，该段五~六级马道间边坡已经进行了六角框格铺设、锚筋孔钻孔。

2013年4月7日上午，发现塌方处出现新的裂缝，原开挖面风化速度很快，对下部实施挡土墙基础开挖及砌筑施工的人员形成了安全隐患。2013年4月24日，要求三级马道宽度调整为5 m。2013年4月29日、5月4日、5月17日分别要求146+700-148+380左坡采取临时防护措施及减载。

2013年6月3日，桩号146+870～147+500左坡重新开始边坡卸载，截至2013年10月，边坡卸载开挖大部分已经完成。147+380～147+460段边坡卸荷及挡墙砌筑已基本完成，147+380-147+500段已完成混凝土喷护，147+200-147+380段已完成2 cm厚临时喷护。

4 加固处理方案及流程

4.1 加固处理方案

2013年10月最终确定了146+700～147+500渠道左坡变更加固处理方案。变更内容主要包括：一、二、三、四、五级马道宽度分别为16m、4m、2m、2m、2m、左岸渠坡的C30抗滑桩、C25W4F150框格梁、C30连系梁、PVC排水管、C20F150喷射混凝土、Φ32砂浆锚杆等变更内容。桩号146+700~147+500左岸渠段坡比1∶2，三级马道以上岩质边坡护砌仍采用100 mm厚挂网喷射混凝土护砌。

1）一级马道抗滑桩

桩号146+700~146+800左侧一级马道二级坡脚布置一排混凝土抗滑桩，桩径Φ1 800 mm，桩长22 m，顺渠道轴线方向布置（桩距4.5 m）；桩号146+800~147+000左侧布置两排抗滑桩，桩径Φ1 800 mm，桩长25m，等边三角形布置，间距4.5 m；桩号147+000~147+350左侧布置一排抗滑桩，桩径Φ1 800 mm，桩长25 m，桩距4.5 m；抗滑桩采用两台徐工XR360型旋挖钻机钻孔，首先是通过底部带有活门的桶式钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。抗滑桩顶设连系梁（一排抗滑桩段宽2.8 m、高1.1 m，两排抗滑桩段宽 6.8 m、高 1.1 m）。详见图 1、图 2。

2）二级马道抗滑桩

为固定三级边坡坡面框格梁，桩号146+700~147+500在二级马道边坡坡脚处布置一排抗滑微型桩，采用SL500A型风动潜孔钻机钻孔，桩径Φ400 mm，桩长10 m，间距2.5 m，桩顶布置宽800 mm、高800 mm连系梁。详见图3、图4。

图1 桩号146+700~147+350一级马道抗滑桩平面及剖面图

图2 徐工XR360型旋挖钻机

图3 桩号146+700~147+500二级马道抗滑桩平面及剖面图

图4 SL500A型风动潜孔钻机

3）渠道防护

二、三级岩质边坡新增锚杆混凝土框格梁防护，锚杆长分别为5 m、11 m。锚杆采用HRB400直径32 mm，全长粘结型，间距1.6 m×3.0 m（沿渠道轴线方向×竖向），坡面采用100 mm厚挂网喷射混凝土护砌封闭，每一锚杆顶部采用混凝土框格梁连接，且坡面竖向框格梁与抗滑桩顶部的连系梁垂直紧密衔接。详见图5。

图5 坡面框格梁

4）渠道排水

一级~二级、二级~三级马道岩质坡面分别增加DN50PVC-U排水管（管长5 m），DN90PVC-U排水管（管长 20 m），仰角 5°，间距 1.6 m×3.0 m（坡面水平×坡面竖向），间隔布置，喷射面原泄水管遇排水管及锚杆时避让调整。

4.2 工序流程

测量放样→边坡卸载→边坡修整清理→一级马道抗滑桩、连系梁→二级马道微型桩、连系梁→二、三级坡面排水管、喷射混凝土→二、三级框格梁刻槽、坡面锚杆、坡面挂网、框格梁浇筑→四~五级岩质坡面锚杆、排水管、挂网喷护→五~六级坡面混凝土框格护坡。

5 主要加固处理质量控制要点

1）抗滑桩先导孔

抗滑桩施工前，先进行导孔钻设，对地质条件进行复勘，以复勘孔资料为依据绘制地质剖面图，作为灌注桩施工重要依据。一级马道抗滑桩先导孔按照每4桩设置1孔，孔深按30 m、12 m间隔布置。

（1）XY-Ⅱ型地质钻机钻孔采用干钻，回转钻探，开孔孔径Ф91，终孔孔径Ф75，钻探回次进尺在2 m以内；钻进过程中准确记录遇块石情况、基岩的具体深度，自覆盖层开始取芯。

（2）封孔。终孔回填要求基岩部分采用水泥砂浆封孔，覆盖层部分采用黏土球回填并捣实。

2）抗滑桩钻设

（1）埋钢护筒

为使孔口土层不因泥浆冲刷造成坍塌而设置护筒（高1 m，钢板厚16 mm）。先挖后埋，桩中线轴线偏差满足规范要求，然后用黏土在护筒周围均匀、对称回填夯实。

（2）泥浆钻孔

钻孔孔内存有较多积水，不能干桩成孔，施工时拟采用泥浆护壁。选好黏土，满足孔内泥浆顶部标高不低于地下水位20 cm，泥浆压力大于静水压力，防止孔壁塌陷。

泥浆在造孔中，会受到各种因素污染而降低质量，为确保泥浆的壁效应，对新配的泥浆及循环使用的泥浆进行检测，回收利用的可分离处理，满足标准后再次使用。

（3）钻孔

根据本工程地质特点，采用旋挖钻成孔的施工方法。成孔时在一级马道现状原地进行钻孔，待灌注桩混凝土浇筑完成后再进行连系梁基础开挖。特殊需要时，可使用泥浆，并保持在不溢出时停止。

（4）旋挖钻孔时，依据现场地质等情况严格控制平均速度。

3）一级马道抗滑桩钢筋笼及声测管吊装

（1）钢筋笼骨架在制作场内采用胎具成型法一次性制作。按抗滑桩圆周长每间距30 mm设Φ25mm平行主筋，主筋之间按每隔2 m焊接加劲环（将Φ20 mm钢筋首尾连接成直径为Φ1 800 mm的环），钢筋笼焊接采用搭接单面焊。最后主筋外面采用Φ10 mm箍筋按间距1.5 m缠绕绑扎成为钢筋笼。钢筋笼长度最长为26.017 m（包括上部伸入连系梁内50 cm的钢筋及底部弯筋）。详见图6。

图6 Φ1800钢筋笼

（2）一级马道抗滑桩较长，钢筋笼采用分节吊装、过程中焊接。首节钢筋笼放入孔内，外露部分采用槽钢架设在护筒上，25 t吊车起吊并固定钢筋笼第二节，焊接人员对钢筋笼主筋采用厚搭接双面焊焊接。

（3）声测管采用Φ57无缝钢管，要求全封闭（下端采用3 mm钢板焊接封闭、上端加盖橡胶保护盖），管内无异物，混凝土施工时严禁漏浆进管内。声测管与钢筋笼采用绑扎连接，确保在清孔后及时一起吊放，声测管管间采用套管丝扣连接，管口高出设计桩顶20 cm，每个声测管高度保持一致。

4）抗滑桩水下混凝土灌注

按照《地基与基础灌注桩施工及验收规范》规定，采用水下直升导管、自密实灌注混凝土法施工。

（1）吊装前对导管进行试拼装，水密性试验压力大于或等于1.5倍的孔口底部静水压力。导管的接口部位牢固，严密封闭，开始封水试验。拼装导管的长度依据孔深确定，升降吊装试验在浇筑前进行。

（2）清孔后连续灌注混凝土，及时计算确保导管埋设深度40 cm；严禁中途停灌，尽量缩短拆导管的间断时间，避免造成堵管或埋管。

（3）水下混凝土灌注会产生很厚的浮浆，终灌时保持实灌桩顶混凝土面高于设计桩顶0.5 m。

（4）每根桩制作混凝土试块并及时养护。及时清理场地，处理泥浆排放。

5）抗滑桩桩基检测

抗滑桩的混凝土强度达到80%后，即可进行桩头处理，人工用风镐凿除桩头。

桩头处理完毕后，严格执行《建筑桩基检测技术规范》进行检测。一级马道抗滑桩采用声波透射法逐根检测桩身完整性；第一排桩各选1根采用钻芯法检测，一级马道第二排抗滑桩选10根采用钻芯法检测，钻芯法共计检测13根，检测桩身完整性、桩身强度及沉渣厚度，均应满足要求。

6）连系梁

（1）土石方开挖

桩基检测合格后，对于原塌方段过水面浆砌石挡墙墙后回填一级马道后，采用CAT330挖掘机开挖；对于一级马道开挖原状基面，采用液压破碎锤开挖。

（2）钢筋制安

钢筋选用HPB235及HRB400，大于16 mm的钢筋接头全部采用手工电弧单面焊。

（3）混凝土浇筑

a由营地拌合站集中拌制，9 m3罐车运送至施工现场，一级马道连系梁采用混凝土罐车辅以手推车直接入料；二级马道连系梁采用混凝土泵车垂直入仓，泵车布置在一级马道。采用重复振捣法防止漏振。

b浇筑时不允许间歇，如遇到特殊情况时，间歇时间小于240 min。浇筑混凝土时，严禁在仓内加水。如发现混凝土和易性较差，采取加强振捣等措施，以保证质量。

c混凝土浇筑完成后，及时洒水养护。

7）框格梁

二、三级边坡坡面框格梁与坡脚连系梁通过混凝土结构垂直紧密衔接。

（1）刻槽开挖

坡面框格梁断面尺寸为：（宽）50 cm×（高）40 cm，采用人工开挖（手持电镐），配合小型挖掘机。刻槽后，槽底采用30 mm水泥砂浆调平，局部架空部位用M7.5浆砌石嵌补。

（2）钢筋制安、混凝土填充等工艺同连系梁施工。

6 结语

本次南水北调中线一期总干渠漳古段施工SG10标渠道边坡塌方段（桩号146+700-147+500）加固处理圆满完成，并经质量评定合格，资料齐全完整。自2014年7月试通水以来，经受了供水及汛期等严峻考验，经过多年运行观察，渠道工程运行良好，左坡面没有出现裂缝、塌方等现象。

综上所述，边坡加固处理是关系到大型渠道工程质量的关键环节。因此，为了保证工程的质量要求、安全性，根据在工程中对边坡加固处理的应用，笔者认为在进行渠道工程的边坡加固处理时应当注意以下几点：1）初步设计时，地质勘探在大型渠道工程中很难一次性客观地反映出工程地质条件，在实际勘探时尽可能在相关规范基础上加大勘探密度及深度，全面分析，力争得出较为客观的地质结论，尽量避免或减少设计变更的发生。2）坡面挂网喷护混凝土在普通边坡加固中经常运用，喷护时要注意在钢筋网底面与先喷射底层混凝土表面留有0.3~0.5 cm间隙，待下一步喷射时由砂浆填补。若钢筋网底面与底层混凝土表面紧贴无间隙，则因砂浆不能挤入而造成钢筋与底层混凝土间不能固结。而间隙过大，喷射时难以填满，也会留下隐患。3）抗滑桩运用在特殊地质边坡加固中，钻孔时必须加大频次观测孔内岩性变化，遇到软弱夹层并伴有渗水，出现局部塌孔时，停止钻设，采用黏性土将地质破碎带回填掩埋，然后重新钻孔，通过旋挖钻头的挤压力形成护壁。4）混凝土水下浇注时，根据桩直径、灌混凝土的速度，计算拔出管道的时间，经常量测混凝土表面的埋深，管道埋深计算准确后进一步确定是否拔管。