东湖水库引水干渠坡脚坍塌段成因分析及对策

张晓旭

(齐齐哈尔市龙沙区农业综合服务中心，黑龙江 齐齐哈尔 161000)

1 工程概况

东湖干渠位于松嫩平原中东部，是东湖水库的引水干渠，渠道总体南北走向，自北引总干渠末端乌南桩号113+472(东湖引水干渠分水闸)处起，向东南方向途径太平庄灌区至明清截流沟交叉(11+400)处，再经任民镇灌区和中本灌区，止于东湖水库引渠首端进水闸，全长40.365km。渠道为原有渠道扩建，属半挖半填，以挖方为主，挖方岩性大部分为低液限黏土，个别为高液限黏土。渠道断面为梯形断面，渠道底宽10m-4m，渠坡为1:3，渠道比降1/20000-1/18000。东湖干渠渠道清淤扩建施工主要是在冬季完成，下年春季，随着气温升高，堤坡随着冻土层开化开始沿融解面逐层滑落坍塌，坍塌位置不连续。特别是夏季雨量较大，坍塌情况持续加重，部分堤段已经坍塌至堤顶处。

东湖干渠坍塌段位于渠道左侧渠内坡脚处，坍塌形状基本为扇形，坍塌面呈直立状，坍塌段呈不连续段分布，主要分布在东湖干渠17+700-21+000段左侧渠坡坡脚处，坍塌总长约3.5km，如图所示，在堤坡处呈陡坎状出露，坍塌处呈直立状，直立高度约0.5-0.8m，直立面基本平行于渠道轴线，坍塌体顶部 渠坡常伴有不规则竖向裂隙。

2 成因分析

2.1 地形条件分析

东湖引水渠渠道均为以挖方为主的半挖半填渠道，长度40.365km。岸坡岩性大部分为低液限黏土，个别为高液限黏土。岸坡坡度15°-25°，岸坡斜坡长度3-6m，部分岸坡顶部见有近于直立的陡坎，坎高0.20-0.70m。渠底宽度5-15m。左堤呈不规则形状，右堤堤顶为农道，堤顶宽3m左右，堤高0.3-2.0m，局部地段无堤渠，内淤积严重。堤坡1∶2.15左右，堤下有马道，宽度4m左右。

东湖干渠渠坡坍塌段渠道主要为挖方渠道，堤顶基本与地面齐平，渠底为清淤，清淤厚度0.8-1.38m，渠坡为现状渠坡整形削坡，坡比为1∶3。渠堤左侧多为草原，伴有少量农田，草原上水泡密布，芦苇丛生，地下水位基本平地面，渠坡靠近设计渠底1.5m左右为地下水位逸出点，逸出点以下土体已经饱和，土体抗剪强度降低，饱和土体在承受上部土压力和地下水压力的情况下，极易产生坍塌滑动。

2.2 地质条件分析

东湖干渠渠坡坍塌段集中在明青下段，地势北高南低，现状地面高程151.91m-159.85m。堤体主要为低液限黏土，局部为高液限黏土，为土堤。渗透系数小于1.0×10-5cm/s，堤体的分散性土分布不均匀，各非分散段中含有零星分散点。

渠道沿线地层主要为第四系上更新统冲积层(alQ3)。根据钻孔揭露主要岩性为①低液限黏土：黄色-灰黄色，稍湿，可塑，中等压缩性，连续分布于渠道沿线，厚度为3.50m-10.50m；局部地段堤基顶部上覆厚0.30m-0.50m的有机质土。②低液限黏土，灰色-灰黑色，湿，可塑，中等压缩性，于①层之下分布不连续。③低液限黏土：黄色，稍湿，硬塑，中等压缩性，基本连续分布于渠道沿线①、②层之下，局部为高液限黏土，未揭穿。

渠道经过地区地下水为第四系松散层微孔隙潜水，含水层岩性主要为低液限黏土，属微透水层。勘察期地下水水位高程150.88m-156.54m。

从地质现场勘查及室内试验数据可知，本地区的低液限黏土大多具有分散性，①低液限黏土的土体性质就为分散性黏土，而产生渠坡坡脚处坍塌的土体就是此层，分散性黏土遇盐浓度低的水后，土体分解成悬浮状，丧失凝聚力，因此，土体在受地下水及雨水冲刷的作用下，极易产生竖向裂隙，并形成崩塌。

2.3 水动力条件分析

前面已经从地形、地质等方面对左侧渠坡分析了可能产生滑坡的因素，但如果没有水的参与渠坡还是不可能产生滑坡的，因此水的作用十分关键。分散土的抗剪强度的变化与水的作用密切相关，分散土遇盐浓度低的水后分解成悬浮颗粒，其凝聚力丧失，并随分散土的分布情况逐步对土体进行分解，从而形成孔洞、冲沟或垂直裂隙，并在上部土重和地下水的作用下使土体产生崩塌、滑动。

经初步分析使该段渠体产生崩塌的水有两种水，一是雨水，二是地下水。这两种分水分别作用在不同部位，起着不同的作用，是造成渠坡坍塌的主要原因之一。

大气降雨一部分形成的地表径流在自然状态下沿其边缘向河滩地漫散，一部分渗入地下补给地下水。根据勘察成果，渠道沿线地层为上更新统冲洪积层，属分散性黏土，分散性黏土具有遇盐浓度低的水迅速分解的特点，因此防止表层土体裸露和地表径流的冲刷渗入是防止土体破坏的途径之一。

东湖干渠左侧漫岗地势平坦，地形北高南低，东高西低，前期勘察时地下水埋深较浅多小于5m，以降水入渗补给为主，由于受地形影响，地表径流迟缓，排泄主要靠蒸发和明青截流沟。受2013年洪水以及近两年降雨频繁，特别是今年夏季曾出现多次大的降雨，东湖干渠沿线地下水位明显升高，地表可见较大面积的积水池塘分布，经勘察发现，本地区均为低液限黏土，渗透系数均小于1×10-5cm/s，属微透水地层，在雨水和地表水作用下，土体处于饱和状态，且东湖干渠尚未通水，在地下水作用下对渠道内左侧边坡形成较大的渗透压力，仅靠土体内本身的强度难以抵抗渗透压力造成的滑动力，极易产生滑动。

2.4 施工程序分析

冬季坡面整形和渠底清淤作业后没能及时进行下一步处理，土体没有及时采取隔离保护措施，开挖后的土体长期暴露在空气中，使分散土多次冻融循环作用下土体崩塌，在夏季降雨后雨水浸入，分散土体迅速分解，多方面因素导致土体抗剪强度降低产生滑坡和坍塌，因此施工方法及方案也是造成滑坡的原因之一。

3 坍塌段处理对策

方案1：换填措施。对左堤滑坡破坏的土体挖除后重新按筑堤标准填筑非分散土料。换填方案即采用非分散土换填分散土，将分散土与外水隔离，使分散土含水量基本维持在自然状态下，隔断与外界环境的联系，使其产生分散性的外因减到最小，不致于对工程造成破坏，达到工程安全运行的目的，此方案投资较高，非分土运距较远，弃土占地费用较大；

方案2：改性土措施。对左堤滑坡破坏的土体应挖除改性后重新按筑堤标准填筑，改性土可考虑掺加石灰，石灰含量经试验确定，石灰含量一般为4%-6%。改性方案改变了土体的化学成分和结构，使其失去分散性，达到工程安全运行的目的，此方案施工程序复杂，施工质量不宜保证，投资最高；

方案3：加筋土措施。先挖除分散土崩塌坡体，然后用土工织物分层铺盖填筑碾压，并根据岩土工程性质与土工织物的物理力学参数确定土工织物的铺设长度与间距，采用直线滑动楔形体破坏法计算，每层铺土厚度25cm，加筋长度平均5m，伸出滑动面长度1.5m。加筋土又称柔性支护，利用柔性化学纤维织物将原地开挖出的土一层一层的包裹压实形成加筋土，使加筋土在一定范围内构成一个支撑体，由于用化学编织布包裹并分成较薄的土层，因而在加筋区内土体形不成整体滑动的破裂面，加筋土起到两个作用，①使土体不能直接暴露在自然界中，使土体内含水量保持在比较稳定的状态下，②既使土体因水分变化引起分散和膨胀，加筋土体又能有效阻控，从而使土体达到安全运行的目的，此方案施工简单，投资较低。

经以上分析，结合工程造价，设计推荐方案3，即加筋土方案为东湖干渠渠坡坍塌段整治的主要措施。

表1 坍塌处理措施方案投资比较表

4 建 议

初步分析渠坡坍塌的形成原因之一是土体暴露在空气中时间过长，没有保护，大气降水和地表水沿裂缝侵入，使上部土体浸水饱和，下部土体长时间在水下浸泡等原因，造成此段渠坡坍塌。应对这种情况，可采取的措施有：①加强施工管理，对左侧开挖的渠段制定出具体实施方案，对开挖后的边坡进行适当保护，保护措施的实施尽量控制在2-3d内，并时刻注意天气情况，避免在雨天施工。②调整施工顺序，开挖边坡完成后，建议紧接护砌工程施工，在雨季应做好边坡排水措施。③在工程远期设计和施工时，如地形条件、占地条件允许，可先在渠道左侧设置截流沟，以减少地表水和地下水对左侧渠坡的冲蚀破坏和渗透破坏