引江济汉工程膨胀土高边坡加固技术探讨

(湖北省引江济汉工程管理局，湖北 荆州 434000)

膨胀土具有多裂隙性、超固结性、膨胀性、崩解性、风化性以及强度衰减等特性，工程性质极不稳定，尤其是在山区极易发生滑坡、坍塌和溜塌等地质灾害。

膨胀土边坡处理常用措施包括：土工格栅、框架梁、加筋生态袋、土袋以及抗滑桩等。每种处理措施均有各自的优点和缺点，处理的膨胀土边坡具体情况也不尽相同。近年来，一些新型的支护方式在鄂北调水工程膨胀土高边坡加固中得到了实践应用，取得了较好效果。本文针对引江济汉工程典型的膨胀土高边坡试验段，采用抗滑桩、土钉以及削坡减载三种设计方案，从加固效果、工程量和工程投资等方面进行综合对比研究，以确定最佳后续施工加固方案，保证引江济汉工程膨胀土高边坡渠段加固项目的顺利实施。

1 工程概况

引江济汉是南水北调中线水源区工程之一，干渠全长67.23km，设计引水流量为350m3/s，引江济汉工程沿线膨胀土高边坡渠段单边长度为14.409km。工程自通水运行以来总体稳定性较好，但由于工程运行后保护范围未确定，部分深挖方渠段因临近渠边旱田改稻田、新增水塘沟渠等原因形成积水区，在长期渗透的影响下，出现了马道以上边坡局部变形现象。为保证膨胀土渠段高边坡的稳定和渠道的运行安全，须对渠段采取加固技术。

2 加固措施方案

选取典型的膨胀土高边坡渠段做试验段，分别采取以下三种加固技术。

2.1 抗滑桩设计方案

对于有二级马道的膨胀土高边坡渠段，采用马道设置抗滑桩的方式增加其边坡稳定性，抗滑桩采用型号为PHC-A400(95)的PHC管桩，在一级、二级马道均布置一排管桩，桩长6m，桩间距1.5m，桩顶高程高出马道顶高程1m；PHC 管桩的施工采用先造孔(孔径应小于管桩外径)再静压的方式施工，具体参数由现场试验确定，其设计剖面见图1(a)。对于只有一级马道的渠段，在一级马道布置一排管桩，桩长6m，桩间距为1.5m，桩顶高程高出马道顶高程1m，其设计剖面见图1(b)。

施工注意事项：管桩施工前应先将马道预制六角块护坡移除，待施工完毕后恢复；管桩施工会对马道砖砌排水沟形成侧压，管桩施工完成后应修复破损的马道砖砌排水沟；管桩施工不得破坏坡面混凝土连拱护坡。由于渠顶积水渗透是造成膨胀土边坡浅层滑动的主要因素，为避免地表水下渗后在换填土与原状土之间积存，在膨胀土高边坡渠段马道增设PVC排水管，每级马道设置一排PVC排水管，直径7.5cm，深度约3m，间距10m，PVC管内填充级配反滤料，排水管适当倾斜，以避免外水进入渠坡内部。对于布置排水管后，有明水渗出的渠段，排水管适当加密。

图1 抗滑桩设计方案 (单位：cm)

2.2 土钉防护方案

土钉采用钻孔灌浆法施工，钻孔直径8cm，深5m，间排距1.5m，交错布置，首排土钉孔距马道高程1m，土钉内钢筋为HRB400级，钢筋直径20mm，采用水泥砂浆封孔，其设计剖面见图 2。

2.3 削坡减载方案

削坡减载是将渠顶道路高程降低，对于一级马道边坡渠顶道路高程降至一级马道高程，二级马道边坡渠顶道路高程降至二级马道高程，降低后渠顶道路以上边坡由1∶2放缓至1∶3。开挖坡面铺设土工膜，土工膜上采用30cm厚

图2 土钉防护设计方案 (单位：cm)

黏土盖重。坡面采用盘根草草皮防护，开口线以外通过回填开挖土料，应适当修整顶部地形，形成适当坡度以利于排水，避免顶部出现积水。削坡减载后，渠顶道路、渠顶排水沟、通信光缆等设施需恢复，其设计剖面见图3。

图3 削坡减载设计方案 (单位：cm)

3 设计方案对比分析

3.1 加固效果对比分析

图4 加固效果对比分析

取相似膨胀土渠段，分别采用抗滑桩、土钉以及削坡减载方案进行加固处理，并进行三个月的沉降监测，监测结果见图4。从图4中可知：经抗滑桩和削坡减载加固过后，在前期仍然有较大沉降，但随着时间的推移，其沉降值变化率逐渐减小，最终趋于稳定，三个月后的沉降值分别为20.8cm和23.5cm；而经过土钉加固的渠段，其沉降值随时间推移呈线性增长趋势，虽然之后斜率略有减小，但并不明显，三个月的最终沉降值为37cm,其加固效果不如抗滑桩和削坡减载。

3.2 工程量及投资效益对比分析

取100m二级马道渠道典型断面对三种方案的主要工程量和投资进行分析，见下页表1。从工程量及投资效益对比可以看出：土钉加固方案最为经济，而抗滑桩加固方案的投资较高，削坡减载方案由于存在恢复工程，投资高于抗滑桩方案，削坡减载方案每100m的投资是土钉方案的7倍，是抗滑桩方案的1.5倍。削坡减载方案对于已经发生变形的渠段处理见效较快，对于提升超高边坡渠段(高风险)的稳定性也有较好效果，但是会破坏水泥改性土对膨胀土边坡的封闭性，且工程费用较高，对于未发生边坡变形的渠段或非超高边坡不宜采用；而抗滑桩方案加固效果最好，且投资适宜，因此可在变形及非变形渠段采用，土钉加固方案则可处理一些变形不严重的渠段。

表1 工程量及投资计算对比分析

3.3 综合分析

抗滑桩加固较为常用，加固效果较好，主要缺点是施工难度较大和工程费用较高；土钉加固适用于土质边坡的加固，工程费用较低，但加固效果相对较差；削坡减载方案的优点在于施工简单，短期内控制变形效果显著，缺点是对已施工完成的渠顶结构有破坏，需重新恢复，恢复费用较高。综合考率渠段的变形严重性、加固效果、工程量及投资效益等因素，最终确定对各膨胀土高边坡变形段采用如下加固方案，见表2。

表2 膨胀土高边坡渠段加固方案

4 结 论

以南水北调引江济汉工程为例，对典型膨胀土高边坡变形渠段的加固处理技术进行了分析探讨，从加固效果、工程量及投资效益着手，认为：土钉方案适用于变形较小的渠段，工程量及投资小，施工方便且稳定；抗滑桩方案适用于变形较大或者非变形区，但投资较大，施工复杂；削坡减载方案适用于变形较严重地区，不适用于非变形区，其施工简单投资较大。通过综合比较分析，确定了引江济汉工程沿线膨胀土高边坡渠段综合加固技术方案，可为类似工程施工提供借鉴。