引江濟漢工程膨脹土高邊坡加固技術探討

(湖北省引江濟漢工程管理局，湖北 荊州 434000)

膨脹土具有多裂隙性、超固結性、膨脹性、崩解性、風化性以及強度衰減等特性，工程性質極不穩(wěn)定，尤其是在山區(qū)極易發(fā)生滑坡、坍塌和溜塌等地質災害。

膨脹土邊坡處理常用措施包括：土工格柵、框架梁、加筋生態(tài)袋、土袋以及抗滑樁等。每種處理措施均有各自的優(yōu)點和缺點，處理的膨脹土邊坡具體情況也不盡相同。近年來，一些新型的支護方式在鄂北調水工程膨脹土高邊坡加固中得到了實踐應用，取得了較好效果。本文針對引江濟漢工程典型的膨脹土高邊坡試驗段，采用抗滑樁、土釘以及削坡減載三種設計方案，從加固效果、工程量和工程投資等方面進行綜合對比研究，以確定最佳后續(xù)施工加固方案，保證引江濟漢工程膨脹土高邊坡渠段加固項目的順利實施。

1 工程概況

引江濟漢是南水北調中線水源區(qū)工程之一，干渠全長67.23km，設計引水流量為350m3/s，引江濟漢工程沿線膨脹土高邊坡渠段單邊長度為14.409km。工程自通水運行以來總體穩(wěn)定性較好，但由于工程運行后保護范圍未確定，部分深挖方渠段因臨近渠邊旱田改稻田、新增水塘溝渠等原因形成積水區(qū)，在長期滲透的影響下，出現了馬道以上邊坡局部變形現象。為保證膨脹土渠段高邊坡的穩(wěn)定和渠道的運行安全，須對渠段采取加固技術。

2 加固措施方案

選取典型的膨脹土高邊坡渠段做試驗段，分別采取以下三種加固技術。

2.1 抗滑樁設計方案

對于有二級馬道的膨脹土高邊坡渠段，采用馬道設置抗滑樁的方式增加其邊坡穩(wěn)定性，抗滑樁采用型號為PHC-A400(95)的PHC管樁，在一級、二級馬道均布置一排管樁，樁長6m，樁間距1.5m，樁頂高程高出馬道頂高程1m；PHC 管樁的施工采用先造孔(孔徑應小于管樁外徑)再靜壓的方式施工，具體參數由現場試驗確定，其設計剖面見圖1(a)。對于只有一級馬道的渠段，在一級馬道布置一排管樁，樁長6m，樁間距為1.5m，樁頂高程高出馬道頂高程1m，其設計剖面見圖1(b)。

施工注意事項：管樁施工前應先將馬道預制六角塊護坡移除，待施工完畢后恢復；管樁施工會對馬道磚砌排水溝形成側壓，管樁施工完成后應修復破損的馬道磚砌排水溝；管樁施工不得破壞坡面混凝土連拱護坡。由于渠頂積水滲透是造成膨脹土邊坡淺層滑動的主要因素，為避免地表水下滲后在換填土與原狀土之間積存，在膨脹土高邊坡渠段馬道增設PVC排水管，每級馬道設置一排PVC排水管，直徑7.5cm，深度約3m，間距10m，PVC管內填充級配反濾料，排水管適當傾斜，以避免外水進入渠坡內部。對于布置排水管后，有明水滲出的渠段，排水管適當加密。

圖1 抗滑樁設計方案 (單位：cm)

2.2 土釘防護方案

土釘采用鉆孔灌漿法施工，鉆孔直徑8cm，深5m，間排距1.5m，交錯布置，首排土釘孔距馬道高程1m，土釘內鋼筋為HRB400級，鋼筋直徑20mm，采用水泥砂漿封孔，其設計剖面見圖 2。

2.3 削坡減載方案

削坡減載是將渠頂道路高程降低，對于一級馬道邊坡渠頂道路高程降至一級馬道高程，二級馬道邊坡渠頂道路高程降至二級馬道高程，降低后渠頂道路以上邊坡由1∶2放緩至1∶3。開挖坡面鋪設土工膜，土工膜上采用30cm厚

圖2 土釘防護設計方案 (單位：cm)

黏土蓋重。坡面采用盤根草草皮防護，開口線以外通過回填開挖土料，應適當修整頂部地形，形成適當坡度以利于排水，避免頂部出現積水。削坡減載后，渠頂道路、渠頂排水溝、通信光纜等設施需恢復，其設計剖面見圖3。

圖3 削坡減載設計方案 (單位：cm)

3 設計方案對比分析

3.1 加固效果對比分析

圖4 加固效果對比分析

取相似膨脹土渠段，分別采用抗滑樁、土釘以及削坡減載方案進行加固處理，并進行三個月的沉降監(jiān)測，監(jiān)測結果見圖4。從圖4中可知：經抗滑樁和削坡減載加固過后，在前期仍然有較大沉降，但隨著時間的推移，其沉降值變化率逐漸減小，最終趨于穩(wěn)定，三個月后的沉降值分別為20.8cm和23.5cm；而經過土釘加固的渠段，其沉降值隨時間推移呈線性增長趨勢，雖然之后斜率略有減小，但并不明顯，三個月的最終沉降值為37cm,其加固效果不如抗滑樁和削坡減載。

3.2 工程量及投資效益對比分析

取100m二級馬道渠道典型斷面對三種方案的主要工程量和投資進行分析，見下頁表1。從工程量及投資效益對比可以看出：土釘加固方案最為經濟，而抗滑樁加固方案的投資較高，削坡減載方案由于存在恢復工程，投資高于抗滑樁方案，削坡減載方案每100m的投資是土釘方案的7倍，是抗滑樁方案的1.5倍。削坡減載方案對于已經發(fā)生變形的渠段處理見效較快，對于提升超高邊坡渠段(高風險)的穩(wěn)定性也有較好效果，但是會破壞水泥改性土對膨脹土邊坡的封閉性，且工程費用較高，對于未發(fā)生邊坡變形的渠段或非超高邊坡不宜采用；而抗滑樁方案加固效果最好，且投資適宜，因此可在變形及非變形渠段采用，土釘加固方案則可處理一些變形不嚴重的渠段。

表1 工程量及投資計算對比分析

3.3 綜合分析

抗滑樁加固較為常用，加固效果較好，主要缺點是施工難度較大和工程費用較高；土釘加固適用于土質邊坡的加固，工程費用較低，但加固效果相對較差；削坡減載方案的優(yōu)點在于施工簡單，短期內控制變形效果顯著，缺點是對已施工完成的渠頂結構有破壞，需重新恢復，恢復費用較高。綜合考率渠段的變形嚴重性、加固效果、工程量及投資效益等因素，最終確定對各膨脹土高邊坡變形段采用如下加固方案，見表2。

表2 膨脹土高邊坡渠段加固方案

4 結 論

以南水北調引江濟漢工程為例，對典型膨脹土高邊坡變形渠段的加固處理技術進行了分析探討，從加固效果、工程量及投資效益著手，認為：土釘方案適用于變形較小的渠段，工程量及投資小，施工方便且穩(wěn)定；抗滑樁方案適用于變形較大或者非變形區(qū)，但投資較大，施工復雜；削坡減載方案適用于變形較嚴重地區(qū)，不適用于非變形區(qū)，其施工簡單投資較大。通過綜合比較分析，確定了引江濟漢工程沿線膨脹土高邊坡渠段綜合加固技術方案，可為類似工程施工提供借鑒。