聊城市東昌府區引黃灌區渠道工程膨脹土邊坡治理方案分析

榮 智，魏慶陽

(聊城市東昌府區水利局，山東 聊城 252000)

1 概 述

膨脹土是一種較為特殊的巖土體，其遇水膨脹、收縮等特性對工程建設有較大的影響，在工程實踐中，需要充分考慮膨脹土的這一特性，否則將造成無法估量的后果[1-3]。膨脹土邊坡是膨脹土地區較為復雜的工程地質問題，有許多專家、學者對膨脹土邊坡進行了較為深入的研究。沈丹萍等[4]對降雨作用下，南水北調工程膨脹土渠道邊坡的穩定性進行了分析；郭從潔等[5]分析了初始含水率對膨脹土邊坡穩定性的影響；鄧銘江等[6]對北疆地區膨脹土邊坡破壞機理進行了研究。根據已有研究成果可知，水對膨脹土邊坡的穩定性影響較大，因此針對渠道工程膨脹土邊坡的問題需要進行深入研究。結合聊城市東昌府區引黃灌區農業節水工程渠道工程建設，對該渠道膨脹土邊坡穩定性進行分析。

2 工程概況

東昌府區引黃灌區為位山灌區，設計灌溉面積5.36×104hm2，有效灌溉面積4.433 3×104hm2。位山灌區引黃水源對全區進行了全部覆蓋，骨干渠道為位山二、三干渠，年引水1×108m3。通過疏浚、襯砌溝渠、新建、改建、維修建筑物，增加水源工程、配合現有信息化平臺，增加計量、閘門控制等裝置，起到節約農業用水、強化用水計量、規范用水管理、減輕管理工作負擔的作用。

3 渠道坡面膨脹土治理

三級干渠樁號5+000～8+840采用明渠開挖方式，明渠開挖段總長3.84 km。根據地質報告勘察成果，5+000～6+700、7+640～8+840段沿程邊坡上覆弱～中等膨脹潛勢的③層重粉質壤土。其中，5+000～6+700段渠道上部③層土高度不超高5 m，7+640～8+840段上部③層土高度普遍超過8 m。考慮到邊坡穩定及投資情況，本次擬對渠道上部③層膨脹土較高的7+640～8+840段渠道坡面進行膨脹土治理。

結合現場調查以及地勘成果可知，灌區干渠工程的膨脹土完整性較好，未發現較為明顯的長大裂隙。可初步判定，渠道膨脹土邊坡基本不會發生由長大結構面控制的大規模破壞。但在干濕交替、雨水入滲等條件影響下，膨脹土已有裂隙存在發展、擴大的可能。因此，防止雨水入滲是河道膨脹土邊坡治理的重要措施。與此同時，做好表面排水和土體內排水設施，避免膨脹土因遇水崩解以及干濕交替引起的邊坡失穩。

3.1 膨脹土分布情況

從本階段地質鉆探資料分析，三級干渠樁號7+640～8+840段大量分布③層重粉質壤土，且渠底上部高度普遍超過8 m，該層土含鐵錳結核，黃、灰黃、灰白等色，可塑～硬塑，為弱～中等膨脹潛勢，對河道邊坡的穩定構成一定威脅。

3.2 膨脹土邊坡失穩緣由初析

膨脹土具備脹縮性、裂隙性和超固結性，是其區別于一般黏性土的重要特征。膨脹土的“三性”形成的原因以及對邊坡穩定性的影響也不盡相同。其中，膨脹土的脹縮性主要受到形成膨脹土的礦物所控制，是膨脹土的“內因”。膨脹土具備的脹縮性使其在干濕循環影響下，體積不斷變化，從而造成膨脹土之間出現裂隙。膨脹土裂隙的形成，對整個邊坡的穩定性將造成巨大的影響。在膨脹土邊坡內部，裂隙是邊坡應力集中的區域，也是土體強度較低的區域。同時裂隙的存在，導致了雨水的匯集，增大了膨脹土的脹縮性，裂隙中的雨水也增大了邊坡的水壓力，降低了土體抗剪強度，導致邊坡容易出現滑動破壞。膨脹土超固結性在河道開挖卸荷影響下，土體易出現軟化，可導致膨脹土邊坡易于失穩破壞。

3.3 膨脹土邊坡治理方案

3.3.1 膨脹土邊坡常用治理措施分析

根據上述分析可知，水是誘發膨脹土邊坡失穩破壞的一個主要因素。為了保證膨脹土邊坡的穩定性，可從以下幾個方面采取相關治理措施：

1) 構建良好的膨脹土邊坡防水、排水體系。首先，需要保證在邊坡坡面沒有大量的降水、地表水入滲，同時需要保證降水、地表水的排泄條件，盡快疏排。

2) 在工程施工期間，保證膨脹土邊坡的穩定性。目前，部分區域膨脹土邊坡已經出現一定程度的細小裂隙，存在繼續擴大的可能。因此在施工期間，將已形成的裂隙消除是十分必要的。修正后需及時封閉，避免陽光暴曬而形成新的裂隙。

3) 提高表層土體的抗膨脹能力。在邊坡表層覆蓋一定厚度的摻入土工合成纖維的黏性土，必要時可采用加筋處理。

4) 干渠渠道護坡工程下鋪設一定厚度的透水材料，如砂等。

3.3.2 工程膨脹土邊坡治理方案研究

三級干渠出露的膨脹土為弱～中等膨脹潛勢，根據其他類似工程的研究經驗，經綜合考慮，采用加強膨脹土坡面排水設施建設同時結合表層覆蓋、防護工程建設等措施，以保證膨脹土邊坡的穩定性。具體治理措施如下：在膨脹土邊坡表層回填無膨脹性并摻入5%水泥的粉質壤土對膨脹土邊坡進行覆蓋，換填厚度不小于1.0 m，即在膨脹土出露河道兩側邊坡各擴挖水平寬度3.16 m，即垂直于坡面厚度1.0，然后回填5%水泥土，最終形成河道設計斷面。

5) 在覆蓋層表面設置厚0.1 m瓜子片墊層，其上設置厚0.12 m混凝土預制塊護坡，在護坡表面設置縱橫向排水溝，所有縱橫排水溝均引至渠底。

渠堤堤坡穩定分析包括：非常運用條件Ⅰ，完建期工況，穩定滲流期+地震；正常運用條件，水位自設計水位31.3 m降至29.8 m的工況。

抗滑穩定計算成果見表1、圖1。

表1 穩定計算安全系數成果表

圖1 計算斷面不同工況下抗滑穩定計算成果圖

從表1堤坡穩定計算成果看，堤坡穩定系數滿足要求。8+533斷面坡面為膨脹土，坡面治理前各工況下計算坡面穩定系數雖大于規范規定的最小穩定系數，但考慮到灌溉渠道水位變化、干濕交替頻繁，膨脹土殘余強度衰減周期長，參考類似工程經驗，擬對三級干渠坡面存在膨脹土的開挖坡面高于5.0 m堤段進行坡面膨脹土治理。

4 結 論

聊城市東昌府區引黃灌區渠道線路長，部分區域巖土體具有一定的膨脹性，渠坡屬于膨脹土邊坡。根據現場調查，現場膨脹土邊坡局部形成裂隙，邊坡具有發生破壞的可能。由于膨脹土的脹縮性、裂隙性和超固結性對邊坡穩定性具備不利影響，因此考慮治理膨脹土邊坡可從削弱膨脹土的“三性”方法入手。綜合考慮，聊城市東昌府區引黃灌區渠道邊坡采取坡面排水和表層覆蓋相結合的措施進行治理。根據穩定性分析結果，采用該方法較為可行。