膨脹土渠道滑坡治理的探討

□徐麥菊（昭平臺水庫管理局）

□楊素香（新鄭市水利局）

□陳秋紅（平頂山市自來水公司）

一、基本情況

昭平臺灌區(qū)是河南省平頂山市最大的自流灌區(qū)，設(shè)計灌溉面積6.67萬hm2，受益范圍包括平頂山市魯山、寶豐、葉縣及新華區(qū)、湛河區(qū)三縣二區(qū)共24個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），總?cè)丝?2.7萬人，耕地7.63萬hm2。灌區(qū)始建于1966年，1972年建成通水，經(jīng)過40多年的持續(xù)建設(shè)，現(xiàn)已建成南、北干渠兩條，全長134.7km；支渠34條，全長240km。

昭平臺灌區(qū)干渠渠線盤山越嶺，深挖高填渠段較多，屬膨脹土地段的干渠長度6.2km，占干渠總長的4.6%。

由于原設(shè)計時間倉促，經(jīng)費有限，邊設(shè)計邊施工，對渠道沿線地質(zhì)、土壤勘察分析不細(xì)，沒有針對不同地質(zhì)采取不同邊坡，大都設(shè)計為1：1.5，未對膨脹土渠段進(jìn)行專門工程處理，造成了坍塌和滑坡。如北干渠肖老莊生產(chǎn)橋兩岸滑坡，曾使渠底縮窄4m，縮減1/3。又如北干渠王莊鐵路橋下游渠道左岸高嶺土段，淤塌斷面曾占過水?dāng)嗝娴?7%。1981年工程普查中，膨脹土渠道已發(fā)生滑坡3.82km，占膨脹土渠長的62%。

二、膨脹土的工程特性

昭平臺灌區(qū)膨脹土土體的主要礦物成分是蒙脫石和伊利石，主要是由第三系湖相沉積的灰白色及紅色粘土巖風(fēng)化而成，土體內(nèi)軟弱結(jié)構(gòu)面規(guī)模小數(shù)量多，自由膨脹率30%-65%，屬弱性膨脹土。這里將所調(diào)查渠道的主要物理性能指標(biāo)列下表：

渠道主要物理性能指標(biāo)表

三、渠坡失穩(wěn)原因

（一）膨脹土的工程特性是膨脹土渠坡失穩(wěn)的內(nèi)部原因

1.膨脹土一般是先期固結(jié)土，具有一定膨脹力和較大側(cè)壓力。渠道開挖前膨脹土處于固結(jié)的穩(wěn)定狀態(tài)，開挖后形成了側(cè)向臨空面，引起土體應(yīng)力釋放結(jié)構(gòu)變松，致使抗剪強度降低，導(dǎo)致渠坡失穩(wěn)。這是工程施工過程中產(chǎn)生滑坡的主要原因。

2.土層間軟弱結(jié)構(gòu)面與土體內(nèi)裂隙弱面的存在，致使渠道開挖后應(yīng)力卸除，引起結(jié)構(gòu)面張開、抗滑力減小，促使土體失穩(wěn)滑動。

3.在飽水條件下，膨脹土濕化、膨脹及蠕變會降低土體強度而使抗滑力減?。惠?、蓄水會使渠坡土體容重變大而引起滑動力的增大。當(dāng)滑動面上的抗滑力與促使土坡運動的滑動力不能抗衡時，便產(chǎn)生渠坡滑動。這是渠道停水后產(chǎn)生滑坡的主要原因，也是渠道運行多年后才產(chǎn)生滑坡的重要原因。實踐表明，渠道開挖后，土體結(jié)構(gòu)松弛，受渠內(nèi)水和渠坡地下水作用，其強度有不同程度的降低，且隨渠道運行時間的遞增而衰減。

（二）設(shè)計邊坡過陡是膨脹土渠坡失穩(wěn)的根本原因

由于對膨脹土的工程特性，以及渠道開挖過水后土體強度的衰減情況未能充分認(rèn)識，致使渠道邊坡設(shè)計過陡，且未進(jìn)行專門處理，這是昭平臺灌區(qū)膨脹土渠道建設(shè)運行中產(chǎn)生滑坡的根本原因。一部分膨脹土渠道是在工程施工中出現(xiàn)了明顯塌滑的，不得不修改設(shè)計方案，例如北干渠友誼涵洞，原設(shè)計方案為開挖明渠，施工中改明渠為暗涵。而大量的膨脹土渠段是在工程建成運行中逐漸產(chǎn)生滑坡的，給以后的工程運用帶來了大量的問題，不得不投入大量的資金進(jìn)行維修處理。

（三）不合理的施工方案加劇了膨脹土渠坡失穩(wěn)滑塌

六七十年代的灌區(qū)，都是群眾義務(wù)籌勞所建，尤其是土方工程是大嗡大搶所為，不可能有縝密的施工組織設(shè)計，更不會對膨脹土渠道棄土堆放做專門的組織設(shè)計和施工規(guī)定，致使棄土至開挖線的距離偏近，進(jìn)一步誘導(dǎo)了渠坡失穩(wěn)。

四、滑坡治理措施

一是，北干王崗溝渠段發(fā)生滑坡2處，滑床距坡面深度約2m。考慮到該渠段位于倒虹出口，1998年處理采用斜坡式擋土墻，墻后用三合土換填，換填土與膨脹土結(jié)合部設(shè)木樁，木樁呈梅花形布置，樁距1m，垂直深入膨脹土內(nèi)1m?，F(xiàn)時渠道邊坡運行十年處于穩(wěn)定狀態(tài)。

二是，北干肖老莊渠段，發(fā)生多處滑坡，1998年根據(jù)工程地質(zhì)條件綜合治理198m。首先，削坡減荷，加大水深以上渠坡放緩到1：3，加修2m寬減載平臺；其次采用斜坡式擋土墻，墻后換填三合土；其三是設(shè)排水系統(tǒng)，即邊坡設(shè)縱橫排水溝，擋土墻設(shè)排水孔，墻后設(shè)反濾層。大部分滑坡體經(jīng)處理后，運行十年基本穩(wěn)定，2007年發(fā)現(xiàn)處于彎道內(nèi)側(cè)的20m渠坡整體推移約1m，再次治理中，把擋土墻基礎(chǔ)加深1.5m，運行兩年未破壞。

三是，北干伏嶺渠段長640m，最大挖深達(dá)30余米。原設(shè)計為開挖明渠，設(shè)計邊坡為1∶1.5。1968年施工中，因發(fā)生嚴(yán)重滑坍，把挖深超過10m以上的500m明渠改為暗涵，洞頂為拱形，兩孔，單孔寬5.2m，高3.6m，并削緩岸坡，輔以植樹護坡。1982年滑坡治理中，根據(jù)坡高和滑坡嚴(yán)重程度而采取了不同治理方案：對挖深5～10m渠坡，采用擋土墻，并輔以削坡減載及設(shè)置排水系統(tǒng)；對挖深＜5m渠坡，作漿砌石護坡，坡頂設(shè)排水溝。治理后的渠坡現(xiàn)時處于穩(wěn)定狀態(tài)。

四是，南干桃園東39+000～40+500段，設(shè)計邊坡為1∶1.5，兩岸多次多處滑坡，曾對邊坡進(jìn)行過護砌，但仍抵擋不住滑坡，大部分護砌與土體一起滑動，渠底隆起。1999年治理中，采用重力式漿砌石擋土墻，渠底每隔5m設(shè)橫撐一道。運行至今未破壞。

五是，南干五支口上游渠段，設(shè)計邊坡為1∶1.5，1968年試過水后渠坡土體發(fā)生大量坍滑。1971年采用漿砌石護坡，經(jīng)試過水部分滑塌，第二次治理采用重力式漿砌石擋土墻，墻體留排水孔，墻后回填三合土。運行至今未破壞。

六是，北干旺河段土體處于蠕變狀態(tài)，每年向渠內(nèi)推移大量土方，原坡高5m左右，已基本削平。1971年采用漿砌石護坡，運行中坡體發(fā)育，護砌與土體一起滑動。1998年治理中，邊坡采用斜坡式擋土墻，渠底砌筑40cm漿砌塊石，經(jīng)十多年運用，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

五、結(jié)論及建議

一是，對膨脹土特性未深入研究，設(shè)計邊坡過陡，是六七十年代灌區(qū)建設(shè)的共性問題，是膨脹土渠坡失穩(wěn)的主要原因。從調(diào)研情況看，在膨脹土上修建渠道工程是可以的，膨脹土渠道滑坡也是可以治理的，治理后的渠道多數(shù)使用情況正常。

二是，已建在膨脹土中的渠道工程，滑坡處理應(yīng)結(jié)合渠道工程具體條件，根據(jù)滑坡體的范圍大小、土層厚薄、所處位置、受力條件分析其穩(wěn)定性，采取相應(yīng)的處理措施。建議從三方面著手進(jìn)行治理：排水設(shè)施、工程措施和植物保護。治理中，應(yīng)盡量采用當(dāng)?shù)夭牧?，采取便于群眾掌握而又技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的方式進(jìn)行。

三是，擬建在膨脹土中的渠道工程，對于不做專門工程處理的弱膨脹土渠道，建議設(shè)計渠坡比為：坡高＜5m，采用1:2～1:2.5；坡高 5～10m，采用 1:2.5～1:3；坡高＞10m，一般設(shè)計邊坡應(yīng)放緩到 1:3.5～1:4。

四是，對于做專門防治滑坡工程措施的膨脹土渠道工程，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和施工影響等，做渠坡穩(wěn)定分析，判斷土體可能發(fā)生的滑坡形式，分析可能產(chǎn)生滑坡的主要因素，采取以下設(shè)計方案：⑴設(shè)置支擋，根據(jù)計算滑體推力和滑動面或軟弱結(jié)構(gòu)面的位置，設(shè)置一級或多級抗滑擋土墻、擋土樁或其他措施。擋土墻應(yīng)設(shè)變形縫和泄水孔，擋土墻的基礎(chǔ)應(yīng)埋置在滑動面或軟弱結(jié)構(gòu)面以下。⑵設(shè)置排水溝防止地面水浸入坡體。⑶設(shè)置護坡，可根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗，在坡面干砌或漿砌片石，設(shè)置支撐盲溝，種植草皮等。

五是，膨脹土渠道工程的施工，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求、場地條件、施工季節(jié)，認(rèn)真做好施工組織設(shè)計，嚴(yán)格執(zhí)行施工技術(shù)及施工工藝規(guī)定[2]。

六是，建議管理單位要對膨脹土渠道邊坡及防治滑坡工程要進(jìn)行認(rèn)真維護管理，經(jīng)常檢查排水溝使用情況，如發(fā)現(xiàn)開裂、堵塞等現(xiàn)象，要及時修補。