湿陷性黄土高边坡贯通冲沟理论分析研究及处理方法

郝枫楠　端木灵子　隋海宾

【摘 要】目前，关于湿陷性黄土的研究主要集中在地基基础处理或者边坡防治方面，但对于湿陷性黄土高边坡冲沟治理方面的研究较少。鉴于此，本文结合具体工程，通过理论分析冲沟成因，并采用泥土灌浆等工程措施进行处理，取得了良好效果。其理论及处理方法为今后类似工程提供借鉴作用及参考价值。

【关键词】湿陷性黄土;高边坡;贯通冲沟;粘土灌浆

中图分类号： TV551.4文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）32-0217-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.32.102

0 前言

湿陷性黄土是指在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土，属于特殊土。有些杂填土也具有湿陷性。广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区的黄土多具湿陷性。

湿陷性黄土是一种特殊性质的土，其土质较均匀、结构疏松、孔隙发育。在未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小。当在一定压力下受水浸湿，土结构会迅速破坏，产生较大附加下沉，强度迅速降低。故在湿陷性黄土场地上进行建设，应根据建筑物的重要性、地基受水浸湿可能性的大小和在使用期间对不均匀沉降限制的严格程度，采取以地基处理为主的综合措施，防止地基湿陷对建筑产生危害。

然而在实际工程中，很多学者对湿陷性黄土地基基础处理或者边坡防治方面做了较多的研究，但是对于湿陷性黄土高边坡冲沟治理方面的研究较少，与之相关的工程案例中也不多。因此，开展湿陷性黄土高边坡冲沟治理的理论研究及处理方法很有必要且实践意义重大。鉴于此，本文以南水北调中线穿黄工程高边坡冲沟治理为例，主要从理论方面分析研究湿陷性黄土高边坡贯通冲沟的成因，并采取粘土灌浆方式进行处理，取得了良好的效果。

1 概述

南水北调中线穿黄工程位于郑州市以西约30公里处，于孤柏山湾李村附近横穿黄河。南岸连接明渠长约5km，位于邙山黄土丘陵区，为深挖方渠道。地面高程约为131m～163m，渠底高程111m～112m，边坡高度20m～52m。地下水位高程约102m～139m。每10m高差设置马道，边坡坡比为1：0.7或1：1。邊坡采用浆砌石或者混凝土骨架植草进行防护。2016年的一场突破历史极值的暴雨使得南岸深挖方渠段各级马道及边坡均有不同程度的受损，主要体现在暴雨后马道出现多处局部塌陷，边坡产生贯穿性冲沟，边坡产生连通式的洞穴导致边坡有泥浆冒出。若再有一场大雨，很有可能会导致边坡滑坡及浆砌石护坡倒塌，对边坡稳定造成不利影响。因此需要对受损部位进行修复处理。

2 冲沟成因理论分析

冲沟的形成是在各方面因素综合性作用下产生的。

2.1 地层结构

根据有关资料[1]，工程区主要出露的地层为上更新统冲积层（alQ3）、全新统冲积层（alQ4）：

2.1.1 上更新统冲积层（alQ3）

该层顶面高程180～140m，揭露厚度25～50m，岩性为浅黄色黄土和灰黄、褐黄色黄土状粉质壤土，局部夹粉质砂壤土，呈软塑状、可塑状。

黄土主要分布于桩号4+107.94～5+575.87并直接出露于地表，厚0～39.20m，自南向北随地面高程抬升而变厚，底板高程140.90～141.60m，起伏较小。

桩号0+000～5+029段岩性黄土状粉质壤土，自上而下可细分为⑨上、⑨-1、⑨夹、⑨-2层，其中⑨-1、⑨-2两层为软塑状饱和软黄土，⑨上、⑨夹层呈可塑状、软～可塑状。

⑨上层分布于桩号0+000～1+360之间，层厚9.70～14.90m，顶板高程123.00～126.00m。

⑨-1层分布于桩号1+094～4+945之间，层厚一般为7.90～12.20m，顶板高程125.66～137.84m，中间厚度稍大，两端稍薄并逐渐尖灭。

⑨夹层夹于⑨-2、⑨-1层之间，分布于桩号1+094～5+029，层厚5.00～10.0m，顶板高程117.80～136.10m，自南向北逐渐抬升。

⑨-2层分布于桩号0+021～5+019之间，层厚5.60～15.00m，中间厚度较大，两端稍薄并逐渐尖灭，顶板高程113.27～125.36m，自南向北逐渐抬升。

2.1.2 全新统冲积层（alQ4）

该层主要分布于邙山南的冲积平原区，桩号0+000～4+107.94段，岩性为粉质壤土层，灰褐色，一般呈可塑状，厚3.6～5.4m，最大厚度10.2m。

边坡高度范围内的主要地层岩性上部为黄土或粉质壤土、中下部为黄土状粉质壤土，即均具有黄土特性等特征。其地层的具体特性如下：

（1）湿陷性

南岸上部黄土具有具弱湿陷性，并具有随压力增大，湿陷系数亦增大的特点。

（2）流变性

从流变试验成果[1]可以看出，黄土的起始流变应力平均值为0.137MPa，极易引起流动变形，且黄土的起始流变应力较黄土状粉质壤土低，说明黄土更易发生流动变形。浸水后，黄土的流变参数较天然含水量条件下的低得多，表明黄土的瞬时力学性质和流动变形性受含水量的影响较明显。

（3）抗冲性

根据试验资料统计分析[1]，各土层的颗粒组成为级配均匀的土体，土层的粘粒含量为13.6%～19.3%，粘粒含量从上到下逐渐增大，粉粒含量79.1%～83.5%。由于土体级配均匀，渗透性较差，孔隙比较大最大为0.915，粘粒含量较小，粘滞系数较小平均值为0.55×1012Pa.s，故其抗冲性较差。

（4）垂直微裂隙

由于黄土受其沉积环境的影响，使其在水平与垂直方向上具有不同的结构，即垂直方向上的节理或微裂隙较发育，而水平方向上则不发育。从其渗透系数大小的差异就可知道：水平渗透系数为3.7×10-5～7.4×10-5cm/s，垂直渗透系数为3.9×10-4～7.2×10-5cm/s，即垂直渗透能力远远大于水平方向。

（5）崩解性

从黄土的湿化试验成果[1]可知，黄土浸水100～140秒后全部崩解，而黄土状粉质壤土浸水120～180秒后全部崩解，即黄土比黄土状粉质壤土崩解速度要快。总体来看，不论黄土，还是黄土状粉质壤土，均具有崩解速度较快的特点。

2.2 积水渗透

图1 平台土体降雨破坏过程示意图

由于边坡地层具有黄土的特性，在积水后其性质发生较大变化，特别是平台表面积水后，沿垂直节理或垂直微裂隙，快速下渗而使黄土出现饱和、崩解，黄土产生湿陷自身骨架结构发生破坏，由于重力的作用最终出现流塑变形，如果地表面积水量再逐渐增大且时间较长时，下渗水流一旦从边坡溢出产生连通通道，则地面积水沿优势快速通道，通过饱和、溶蚀、冲刷，最终形成管涌破坏，导致边坡受到冲刷而变形破坏失稳。

2.3 土体卸荷回弹变形

渠道开挖过程中，由于对各建筑物基底的开挖、平整，土體释重后会有一定的回弹变形，其变形大小与平台坡脚位置和土体原始埋藏深度有关，即平台外坡角的卸荷回弹变形较内坡脚容易。根据现场破坏的形式可以看出，塌陷变形的位置均位于平台边坡的外坡角附近，说明外坡角一定范围内的卸荷回弹变形较其他部位容易，其变形量也应该大于其他部位。

3 处理措施

对冲沟范围作整修开挖，可依照冲沟等地形开挖，有条件时可开挖成1：1或1：0.7边坡，对受到明显冲刷的边界整修扩挖应不小于30cm。将冲沟部位进行灌浆。在灌浆材料的选择上，考虑到与原状土的结合作用，采用粘土进行灌浆。灌浆前应做好以下工作。

（1）摸清冲沟部位的深度和范围;

（2）临坡面处采取措施进行封堵;

（3）冲沟范围内进行粘土灌浆。

（4）粘土灌浆的技术要求：

采用充填式进行灌浆，造孔深度超过冲坑深度1～2m，注浆管上端孔口压力小于4.9×104Pa，浆液和浆料的物理力学指标见下表1。

表1 液和浆料的物理力学指标表

4 结语

依照上述方法进行处理后，该区域内贯穿性冲沟均得到了恢复，粘土与原状土之间结合紧密，经过2个雨季的考验，处理后的区域未再出现冲沟现象，该区域的高边坡一直安全稳定。说明该方法对湿陷性黄土高边坡冲沟处理是行之有效的，为今后类似工程提供借鉴作用及参考价值。

【参考文献】

[1]黄河勘测规划设计有限公司.南水北调中线一期穿黄工程南岸渠道高边坡渗控措施及边坡稳定研究[R].2008.