膨胀土渠段滑坡处理技术在南水北调工程中的运用

□任新立 任 丽

（1河南省河川工程监理有限公司；2驻马店市水利工程质量监督站）

1 引言

南水北调中线一期工程总干渠穿越膨胀土（岩）渠段累计长约占总长度的27%，其中南阳市段渠道膨胀土渠道总计达29.45 km，南阳市处于黄河以南，相对南水北调中线段其他地区而言，雨水较多，地下水位较高，且地质条件复杂，沿渠存在大量膨胀土，因此降雨或降雨后发生滑坡现象较多，在此范围内，施工期累计发生各类滑坡24 次之多。由于膨胀土的地质特性，设计单位在南阳膨胀土试验成果的基础上，对膨胀性渠段渠道在原有基础上进行优化设计和加固，对渠坡采取安全合理的支护措施及与之相关的渠坡渗控措施等，针对不同情况出现的滑坡，采用不同的处理方式，滑坡均得到了有效处置。

其中滑坡较为严重的段紧邻南阳膨胀土试验段，地下水位高，地质条件复杂，沿渠存在大量膨胀土。滑坡渠道长98 m，为全挖方段，渠坡主要由Q2粉质粘土组成，渠底局部揭露N粘土岩。由于渠坡较高，Q2 土体局部具中等膨胀性。N 粘土岩分布于Q2粉质粘土之下，裂隙发育，膨胀性强。由于该渠段地质情况的复杂性，“十二五”科研项目也选取了部分渠段断面进行监测，埋设了仪器，以进一步监测分析该渠段膨胀土的有关特性和变化情况，为工程建设提供依据。

该处分别在2013 年4 月和9 月出现2 次滑坡，第1 次滑坡时，该处已经完成抗滑桩的施工，但尚未按照设计要求填筑改性土换填层、施工坡面梁和混凝土衬砌。第2 次滑坡较为严重，并导致已完成的抗滑桩出现明显倾斜，部分钢筋拉断。

2 滑坡原因分析

①该段滑坡地质结构特殊，上部是Q2中膨胀土，下部是N层强膨胀岩，结合面为金水平软弱结构面。软弱结构面在边坡开挖暴露后，坡脚土体积水浸泡，界面强度降低形成第一次滑坡。②第一次滑坡发生后，连续降雨，渠坡土体含水量增大，处理不及时，层间渗水诱致了滑坡的产生。③抗滑桩施工完成后，受邻近蒋庄西北桥绕行道路占压等因素影响，后续改性土换填、坡面梁未能在汛前完成。④受施工道路限制，致使施工车辆在渠顶行驶，对渠坡稳定产生有一定的影响。⑤该处地下水位较高，土层中存在渗水，层间光滑，摩擦力降低，膨胀土（岩）遇水软化，造成渠坡地质不稳定。⑥由于连续降雨，使得膨胀土含水量增大，渗水压力增大，滑坡体成软塑装，渠底强膨胀岩浸泡软化，强度降低，促使了滑坡的扩展。

3 滑坡段原设计方案

3.1 渠道结构设计

该段为全挖方段，采用渠道坡和底用改性后的水泥土换填，水泥掺量5%。换填后人工开挖排水沟槽并在沟槽内安置设置排水设置，完成后铺设土工膜，最后浇筑混凝土作为面层。

3.2 支护措施设计

采用由桩、梁组成的连接体系，使其组成渠道顶、底、面钢筋混凝土框格。

4 滑坡处理方案

①原设计的基础上除对滑坡体进行开挖、清理、卸载、回填外，在滑坡段抗滑桩内侧和一级马道平台上增设抗滑桩。②在对滑坡体或变形体进行清理之前，先对该渠坡坡顶及附近地形的地表排水进行疏导，防止地表水冲刷清理后的滑坡体或变形体建基面，距离坡顶开口线至坡顶道路范围内保证不存在积水。③对滑坡体后缘拉裂缝采取粘性土回填封堵或铺盖土工膜等方式防止在滑坡体清理过程中因降水沿裂缝入渗引起滑坡体扩大，变形体清理至建基面后，若建基面有渗水，布设盲沟进行导排，具体布置位置根据开挖渗水情况确认和调整；施工过程中坡脚不允许积水。④滑坡体清理时，沿渠道轴线方向开口线分别向渠道上游和下游（小桩号向上游方向，大桩号向下游方向）按照不陡于1∶3的坡度起坡放坡。⑤滑坡体及时清理，以免滑坡范围继续扩大。同时，为保证在滑坡体清理过程中临时渠坡的稳定，滑坡体分段快速开挖、及时报验、验收合格后及时回填，外包水泥改性土和弱膨胀土同步施工。滑坡体清理、回填连续进行，尽量避开降雨天气。滑坡体清除经验收合格后采用弱膨胀土回填至水泥改性土换填底线，回填时按照相关部位回填要求。⑥发生变形的抗滑桩应在断桩处将其截断，截断部分抗滑桩清除出现场，埋入土体部分抗滑桩应将其周边松动土体夯实。滑坡体范围内未发生变形的抗滑桩应在滑坡体回填前进行监测，对不满足设计要求的抗滑桩采取处理措施。⑦滑坡体回填至渠顶时铺设复合土工膜，对地表水进行截渗。⑧增加一组渗压监测断面，对后期滑坡处理断面地下水进行监测，为渠道后期运行管理提供参考。

5 渠道滑坡施工

第2 次滑坡后，施工单位采取了紧急措施，对渠道上部进行了开挖卸荷，清除滑动土体，并将断裂的抗滑桩出露部分凿除，快速进行了弱膨胀土回填。

5.1 滑坡体开挖、填筑

滑坡体处理时，先从上部开挖卸荷，清理时沿滑动面由上而下清理至原状土体，从下部开始填筑。倾斜的抗滑桩用破碎锤凿除，露出的钢筋人工割除，破碎的混凝土、割除的钢筋分别装车外运。基面清理及抗滑桩凿除完成联合验收后，进行回填。

滑坡体挖除后回填料采用弱膨胀土，外侧回填范围至渠坡水泥改性土换填底线。土料运进填筑作业面前，推土机进行填筑面与渠坡结合面开蹬，保证错台结合。回填时自卸汽车运输，有序斜土，推土机铺土整平，铺土厚度不超过30㎝，控制好外侧铺土边线。填筑时从低处开始铺土，找平后填筑面水平上升。

采用20 t 凸块振动碾进行碾压，振动碾碾压到边，保证外侧碾压质量。碾压完成后，环刀取样检测压实度，回填压实度控制指标≥98%。当层碾压检测合格后，结合面进行洒水，保证层间结合良好，然后进行上一层填筑。

5.2 抗滑桩施工

5.2.1 实施方案

在土方填筑完成后增设两排抗滑桩。第一排抗滑桩共25根，位于一级马道上坡面，布置范围距原设计（倾斜抗滑桩）中心距10.90 m（距渠道中心38.02 m），桩长18 m，桩径1.20 m。第二排抗滑桩共11根，位于原设计（倾斜抗滑桩）抗滑桩内侧，布置范围距原设计抗滑桩中心距4 m（距渠道中心23.12 m），设计参数与原设计相同，桩长13.80 m，桩径1.20 m。

5.2.2 施工情况

抗滑桩混凝土施工按照定位、造孔、吊放钢筋笼、导管法浇筑的顺序进行。

第一排抗滑桩全部按照处理方案进行施工。第二排抗滑桩施工时，中间6 根抗滑桩按处理方案确定的桩位进行施工，其他5 根桩位征求设计同意后向渠道内侧进行调整。桩位调整原因：因滑坡处理开挖时滑动、清理面不规则，在抗滑桩凿除时埋入清理基面以下部分无法凿除，造成凿除后的桩头不在同一直线，相对原设计抗滑桩位置长短不齐，且桩头凿除位置记录不准确，补打桩位没能全部避开桩头；当钻孔至下部桩头钢筋混凝土时，无法成孔，需调整处理方案桩孔位置。

5.2.3 坡面梁施工

坡面梁沟槽采用挖掘机配定制小型挖斗开挖，挖掘机开挖时位于拟开挖的沟槽上方，由上而下沿沟槽边线开挖，注意控制高程和顺直度。

沟槽开挖完成检查无误，人工将槽底清理干净后进行钢筋绑扎。钢筋绑扎前，将桩顶超浇桩头凿除并凿毛清仓，用握弯机将伸入坡面梁的钢筋弯曲至要求角度。加工完成的钢筋运输至现场人工绑扎，最后调整好钢筋保护层，并将仓位清理干净。

桩梁连接段模板采用木模，模板安装、钢筋绑扎及清仓完成并经验收后进行混凝土浇筑。混凝土浇筑前，做好高程控制标识，混凝土运输至现场后通过搭设的溜槽入仓，保证振捣质量，以防漏振或过振加强高程及平整度控制，最后人工进行抹面。

6 结论及建议

6.1 结语

一是，通过以上方案处理后的滑坡体段在2013 年12 月全部完成，目前已通水5 a，运行正常，状况稳定未发生异常情况；二是，滑坡事件发生后，其它类似施工段吸取经验和教训，参照处理意见及时预防和处理了类似问题，本处理方案起到了很大的借鉴作用。

6.2 建议

膨胀土（岩）段，施工时要充分考虑膨胀土的特性，开挖后要预留保护层并覆盖，避免裸坡时间过长，开挖到位后要迅速进行下道工序施工尽早覆盖换填；膨胀土渠段，施工实施时应在结合面设置坡内排水，增设防排水措施以减少膨胀土干湿循环，增加稳定；膨胀土渠段，施工应充分考虑到施工场地的限制，增加临时循环车道，重车行驶时减速慢行，避免带来动荷载。渠顶部分减少堆土量，减少土荷载。