某大型船闸工程引航道滑坡原因分析及处理技术

罗凌云

(粤水电建筑安装建设有限公司，广东 广州 511300)

1 概述

近年来随着国家经济发展迅速，很多原有内河航道无法达到货运量的规划要求，通过在内河上新建大型船闸，开发新的更高规格航道以提升航道运行能力，满足水路运输需求，适应当地经济发展。在航道开挖过程中会面临地质条件复杂、边坡滑塌等风险，本文针对实际工程中滑坡问题，根据地质勘探资料查出滑坡原因，并提出多种处理方案，经过充分对比后采用上卸下压和地下连续墙综合处理技术，解决了航道施工难题。

2 工程概况

某枢纽原有航道等级为500 t级，由于整个航道需要扩能升级，新建1座1 000 t级双线船闸。新船闸采用对称式布置，运行方式为直线进闸、曲线出闸，单线船闸闸室长度为220 m，宽度为34 m，门槛水深为4.5 m[1]。下游引航道全长约为2.3 km，设计底宽为120 m，穿过大坝下游农田和河漫滩，最后与原主航道汇合，整体地势平坦[2]。原地面高程范围为10～17 m，下游引航道平均开挖深度约为12 m，总体土方开挖量约为500万m3，引航道两侧岸坡采用放坡开挖，并按4级堤防标准填筑开挖粘性土高约7 m的防洪堤(如图1所示)。

图1 航道土堤标准断面示意(单位：尺寸mm，高程m)

下游引航道设计边坡为1:2.5，土方开挖后坡面基本稳定，但在右岸30 m范围(下1+330～下1+360段)填筑岸坡土堤时，地面高程17.00 m以下坡面发生鼓胀，并产生变形位移，上部填筑土堤产生裂缝。随即对该处进行沉降位移观测，发现观测数值并不稳定，沉降位移观测数据累计不断增长，最终土堤及引航道坡面滑塌。

3 滑坡原因分析

查阅相关地勘资料发现，原地质钻勘孔位分部均匀，间距约为50 m。下游引航道土层以花斑粘土、冲击粘土和粉质粘土为主，部分含有粉砂、中粗砂等，整体地质条件较好。发生滑坡位置刚好在下游两个地质钻勘孔位之间，现场地质条件实际与邻近地质钻勘结果不符。

经过对该地段进行的补充地质勘查发现，滑坡处存在淤泥质土层，以软塑为主，基本呈灰黑、灰绿色且有一定的腥臭味，最大深度达到12 m，层底标高为4.30 m(见图2)，比航道开挖设计底高程6.17 m还要低1.87 m。

图2 钻孔地质柱状示意

为进一步确定土类性质及各项指标，对钻勘处淤泥质土取样进行土工试验，试验报告显示的该土质最大天然含水率达到40.2%，内摩擦角数值偏低,有机质含量4.5%～5.8%(见表1)。

表1 土工试验数据统计

公路软土地基相关规范中明确规定淤泥质土天然含水率高于35%，天然孔隙比均大于1.0且直剪内摩擦角小于5°为软土[3]，淤泥质土土工试验报告显示，天然含水率、天然孔隙比等各项指标满足规范中对软土鉴别指标要求。因此判断该处淤泥质土为软土，而软土又具有多项不利于工程施工的特性如：扰动性大、固结系数低、承载能力低、灵敏度大等。

经过综合分析，该滑坡处在原地质钻勘布孔中间位置，地质条件发生变化，导致与原地质勘探结果不相符。且淤泥质土，属软土，深度比航道设计底高程更深。航道开挖完成后岸坡又填筑高度约7 m的土堤，增加了下部淤泥质土层的压力，最终导致坡脚鼓胀，土堤及坡面发生位移变形后失稳滑塌。

4 处理方案选择

通过上述原因分析，计划采用软土地基处理和支护处理两种方式去解决航道滑坡问题，其中软土地基处理主要是增加淤泥质土层承载力，防止上部填筑土堤引起航道滑坡。支护处理主要是采用传统抗滑支护的方案解决上部增加的填筑土堤压力的问题。

4.1 软土地基处理

软土地基在工程施工中较为常见，处理方案成熟也有多种方式，如进行挖除换填、化学加固、排水固结、爆破挤淤、复合地基处理等[4]。由于现场条件限制和淤泥质土层厚度不适宜采用强夯法、换填法和爆破挤淤法进行处理。而排水固结法一般采用塑料排水板施工，需要进行后期超载预压，工期较长，至少需要90 d左右的堆载或真空预压期[5]，满足不了项目总体施工工期计划要求。

复合地基处理在软土地基上应用广泛，主要有碎石桩、水泥搅拌桩等，但本航道工程不仅需要提高地基承载力，还要考虑航道边坡稳定性，碎石桩并不适用。满堂深层搅拌桩一般情况下较为合适，但本航道淤泥质土层中有一定量的有机质，含量为4.5%～5.8%，查阅相关资料发现，土层中的有机质可与水泥矿物发生一系列化学反应，阻碍水泥水化产物的晶体增长，不利于水泥土强度增长，导致水泥土结构松散，局部水泥结块，桩强度很低。并且有机质含量越大，水泥搅拌桩加固软土的力学性能越差[6]，直接影响成桩效果，因此，复合地基处理方案也不适用该段滑坡处理。

4.2 支护处理

边坡支护成熟方案较多，如浆砌石挡墙、混凝土挡墙、三轴搅拌桩、抗滑桩、高压旋喷桩、地下连续墙等。

该滑坡段淤泥质土层比航道设计底高程还低，如施工浆砌石或混凝土挡墙须对基础再进行加固处理，整体施工时间长，施工费用大，且与航道1:2.5的边坡整体不协调，影响航道的观感。三轴搅拌桩同理受土层有机质含量影响不适用。

钢筋混凝土抗滑桩是可以满足抗滑要求，但是抗滑桩需逐桩钻孔灌注，再通过钢筋混凝土冠梁连成整体，施工时间长，整体费用大不适用于该处滑坡处理。高压旋喷桩即使插入型钢但整体刚度仍然较小，无法支撑上部7m高度填筑土堤的压力。

地下连续墙技术成熟，在基坑支护、地下防渗等施工中都有应用[7]。采用先进的成槽机械设备，具有施工速度快、经济效益高、刚度大、承压力强等特点。根据现场实际情况，决定采用上卸下压联合地下连续墙综合处理技术治理该段滑坡。其原理主要是卸载上部土堤，航道下部先进行压坡处理，保持坡面稳定。施工地下连续墙主要用于承载后期上部填筑土堤压力，最后新填筑上部防洪土堤，挖除航道坡面多余土方。

经设计单位复核计算，在航道斜坡面中间位置高程13.00 m设置1地下连续墙，可有效承载上部土堤重量，使坡脚及坡面不发生位移变化(如图3所示)。

图3 航道地下连续墙施工断面示意(单位：尺寸mm，高程m)

5 滑坡处理技术

5.1 滑坡处理施工流程

初步清理→卸载上部填筑土堤→卸载土堤运至航道坡面压坡→地下连续墙施工→填筑上部土堤→挖除航道压坡及施工平台→坡面雷诺护垫施工。

5.2 初步清理和卸载

对滑坡段进行初步清理，填筑施工道路。挖除航道内多余的淤泥质土运至弃渣场，保留防洪堤填筑土料。卸载上部填筑土堤至原地高程，将土堤土料运至航道内进行压坡。

5.3 航道坡面压坡

先平整场地，卸载土料采用压路机分层进行碾压，分层厚度约为60 cm，压实度为90%。结合地下连续墙施工平台控制压坡的顶高程为13.00 m，顶面宽度为 8 m，边坡坡度为1:2。须预留1 m厚度用来填筑块石和硬化处理以便施工机械行走。

5.4 地下连续墙支护

采用混凝土强度等级C30的地下连续墙，为确保处理效果，连续墙设置长度为滑坡体两端各增加15 m，总计60 m，墙体厚度为800 mm，每幅宽度为 6 m，有效墙顶高程为13.00 m，设计深度为22 m，即墙底高程为-9.00 m同时进入中风化岩层1.6 m。并在距离滑坡位置50 m外布置钢筋加工场。采用双轮铣槽机进行成槽施工，不具备硬化条件的施工槽段边可采用块石填筑，平整碾压后铺设钢板以便机械行走，其他与作业无关的大型机械设备不得靠近，周边也不能布置大量材料的堆放区域[8]。相邻两幅地下连续墙之间接头采用焊接H型钢(H×B为684 mm×300 mm)。

导墙为现浇混凝土结构，高出地面设置，混凝土强度等级为C20，必须对称浇筑。内外导墙间净距比设计地连墙厚度大50 mm。在拆除模板后进行支撑[9]，根据现场土质条件确定支撑层数为1层，间距为1 m。对槽内泥浆液位进行严格控制，确保护壁泥浆高程在导墙顶面以下0.2 m，并高出现场地下水位0.6 m以上并及时补充，防止槽壁坍塌。准备好堵漏材料，紧急情况下可以进行堵漏处理[10]。在槽段开挖至设计标高后应进行验收，安放钢筋笼和接头前须及时清底，清除槽底淤泥和沉渣[11]。地下连续墙混凝土使用两个管径250 mm导管同时浇筑，均衡上升，采用自制龙门架进行吊拆，可以确保施工安全。要保证墙体完整性和墙顶高程不超出后期坡面雷诺护垫防护结构，地下连续墙混凝土浇筑顶面高程控制在13.30 m，后期再清除墙顶浮浆，保证连续墙体的完整性[12]。

地下连续墙设计底高程为-9.00 m同时应满足开槽嵌入中风化岩1.6 m为墙底最终高程。施工时，如某槽段底已达高程-9.00 m，尚未进入中风化花岗岩，则需继续开槽进入中风化岩1.6 m；如某槽段未达高程-9.00 m前即已进入中风化花岗岩层，则开槽嵌入中风化岩1.6 m为墙底最终高程。遇到特殊情况需进行超前钻探，并会同设计、监理综合分析确定。施工时应满足建筑基坑支护技术规程和相关规范要求，进行不小于同条件下总槽段20%数量的槽壁垂直度检测，同时采用声波透射法对墙体混凝土质量进行检测，检测墙段数量不少于同条件下总墙段数的20%，每个检测墙段的预埋超声波管数不少于4个，且布置在墙身截面的4边中点处，当根据声波透射法判定的墙身质量不合格时，采用钻芯法进行验证[13]。

5.5 填筑土堤

待地下连续墙强度达到设计要求并按规范检测合格后，进行上部土堤的分层填筑，压实度不低于0.91。整体原方施工按案要求进行，此时不能拆除航道坡面的压坡体。

土堤填筑时应严格控制上升速度，填筑上升速度不应大于1.5 m/d，同时对引航道边坡和填筑体进行整体位移变形观测。

5.6 挖除航道压坡体

填筑土堤完成且整体稳定连续进行沉降位移观测3 d，没有发生明显变化时方可挖除航道压坡体和施工平台，同时按1:2.5坡度修整航道坡面。挖除时按2 m/层的原则分层进行开挖，同时进行沉降位移观测，发现变化应立即停止并分析原因。

5.7 雷诺护垫施工

雷诺护垫施工应遵循从下到上的原则，先施工航道底部的灌砌块石压脚再往上铺设雷诺护垫。施工时要主要保护沉降位移观测点，保证观测的连续性和数据的真实性。

5.8 处理效果

下游引航道右岸60 m范围(下1+315～下1+375段)通过采用上卸下压联合地下连续墙综合处理技术进行治理，完成后对土堤及边坡连续进行沉降位移观测20 d，未发生明显沉降及位移，观测数据稳定，证明该段滑坡处理成功，具备航道验收条件。

6 结语

需要注意的是在处理此类航道滑坡问题时应对土层进行详细的地质勘探调查，掌握地质情况和各土层土工试验数据为采取的解决方案提供决策依据。当采用地下连续墙进行处理时要确保墙体嵌入岩体深度，保证墙体刚度和稳定性。本工程按照设计图纸施工时高程13.00 m以下坡面淤泥质土被施工扰动，局部破坏产生滑坡，工程量较小，直接采取挖除换填处理，再后续施工坡面雷诺护垫结构。

采用上部卸载下部压坡结合地下连续墙施工技术，成功的处理了该段滑坡问题。同时针对下游引航道左右岸进行更详细的地质补充勘探，采用本技术对存在类似地层的边坡(长度约为900 m)进行了处理。航道验收通航后整体运行情况良好，后续的监测也没有发现沉降位移现象。在今后类似项目施工中，如果发现现场地质情况与初期地勘资料不相符时，应引起足够重视，及时进行地质补充勘察，尽早防治。