南水北調(diào)中線一期工程總干渠漳古段邊坡塌方加固處理方法

王彥奇

（1.太原理工大學(xué) 山西太原 030024；2.山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司 山西太原 030002）

1 工程概述

南水北調(diào)中線一期總干渠（漳河北至古運河南段）施工SG10標段工程，樁號145+580～153+574，起點自內(nèi)丘縣西邵明村，終點止臨城縣黑沙村，總長7.994 km，其中渠道長7.536 km，建筑物長0.458 km。建筑物包括：大型輸水建筑物1座，退水閘、排水閘各1座，左岸排水交叉建筑物6座。設(shè)計流量220 m3/s，加大流量240 m3/s。

2 渠道塌方段地質(zhì)和原設(shè)計情況

2.1 塌方段地質(zhì)情況

SG10標渠道工程146+700-147+500段左坡發(fā)生了兩次塌方，第一次塌方樁號為146+870-147+500，第二次為146+700～147+460。根據(jù)前期勘探及招標文件描述的地質(zhì)情況為，樁號145+580-148+601渠道挖深大，巖質(zhì)渠坡整體穩(wěn)定性差或左渠坡穩(wěn)定性差，地下水位高于渠底，基巖透水性強，地層巖性自上而下分別為黃土狀壤土、砂巖。實際開挖揭露146+870-147+500段的地質(zhì)情況為：渠道左坡地層巖性為泥巖、砂巖，巖體破碎，存在軟弱結(jié)構(gòu)面，受風(fēng)化影響表層成散體狀，受降水影響節(jié)理面軟化。開挖揭露146+700-146+870段地層總體為上黃土狀壤土，下全-弱風(fēng)化砂巖或泥巖，屬于土巖雙層結(jié)構(gòu)，以泥巖為主，巖層多傾向渠內(nèi)或下游，揭露F1、F2、F3斷層，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，易風(fēng)化，強度較低。

2.2 渠道原設(shè)計情況

樁號146+700～147+500段，梯形斷面，設(shè)計渠底寬22 m。地面高程109.64～101.82 m，渠底高程76.00～75.85 m，最大挖深33.64 m，共設(shè)五級馬道，一級馬道以下過水?dāng)嗝娴讓?2 m，邊坡1∶1，一～二級馬道邊坡1∶1.25～1∶1，二～三級馬道邊坡 1∶1.75～1∶1.25，三～四級馬道邊坡 1∶2，四～五級馬道邊坡 1∶2.5～1∶2，頂部開口寬192.917～145.969 m，分別采用襯砌、掛網(wǎng)噴混凝土、混凝土框格等措施進行支護。

3 塌方情況

3.1 第一次塌方情況

樁號146+870-147+500渠道左坡于2010年8月開始施工至2011年11月開挖成型（開挖過程中自上而下開挖）。施工中巖石采用預(yù)裂爆破，巖石受到風(fēng)化、降水等影響，指標降低。2011年5月，渠道左坡開始陸續(xù)出現(xiàn)裂縫，并發(fā)展擴大，2011年9月，渠道146+870～147+500段左坡出現(xiàn)塌方。

中線局建議過水?dāng)嗝娌蛔?，要求邊坡防護結(jié)構(gòu)暫停施工。2012年6月，經(jīng)中線局批準，施工單位開始對146+870～147+500渠道左側(cè)進行邊坡卸載及在一級馬道砌筑漿砌石擋墻加固處理。

3.2 第二次塌方情況

2012年8月24日，渠道146+700～147+200左岸邊坡四~五級馬道之間，出現(xiàn)較大范圍滑坡。為消除不穩(wěn)定因素，保證工程安全運行，現(xiàn)場擬定將原馬道坡比 1∶1.25、1∶1.75、1∶2、1∶2.5 統(tǒng)一調(diào)整為 1∶2 坡比。按照現(xiàn)場擬定初步措施進行坡面卸載后，樁號146+700～147+200段于2012年11月19日發(fā)現(xiàn)裂縫仍繼續(xù)擴大。

2012年12月4日，147+380～147+460段左坡發(fā)生滑坡，146+700～147+200段裂縫擴展進一步加大。出于安全考慮，現(xiàn)場安排該段進行安全防護，暫停施工。

截止滑坡時，該段五~六級馬道間邊坡已經(jīng)進行了六角框格鋪設(shè)、錨筋孔鉆孔。

2013年4月7日上午，發(fā)現(xiàn)塌方處出現(xiàn)新的裂縫，原開挖面風(fēng)化速度很快，對下部實施擋土墻基礎(chǔ)開挖及砌筑施工的人員形成了安全隱患。2013年4月24日，要求三級馬道寬度調(diào)整為5 m。2013年4月29日、5月4日、5月17日分別要求146+700-148+380左坡采取臨時防護措施及減載。

2013年6月3日，樁號146+870～147+500左坡重新開始邊坡卸載，截至2013年10月，邊坡卸載開挖大部分已經(jīng)完成。147+380～147+460段邊坡卸荷及擋墻砌筑已基本完成，147+380-147+500段已完成混凝土噴護，147+200-147+380段已完成2 cm厚臨時噴護。

4 加固處理方案及流程

4.1 加固處理方案

2013年10月最終確定了146+700～147+500渠道左坡變更加固處理方案。變更內(nèi)容主要包括：一、二、三、四、五級馬道寬度分別為16m、4m、2m、2m、2m、左岸渠坡的C30抗滑樁、C25W4F150框格梁、C30連系梁、PVC排水管、C20F150噴射混凝土、Φ32砂漿錨桿等變更內(nèi)容。樁號146+700~147+500左岸渠段坡比1∶2，三級馬道以上巖質(zhì)邊坡護砌仍采用100 mm厚掛網(wǎng)噴射混凝土護砌。

1）一級馬道抗滑樁

樁號146+700~146+800左側(cè)一級馬道二級坡腳布置一排混凝土抗滑樁，樁徑Φ1 800 mm，樁長22 m，順渠道軸線方向布置（樁距4.5 m）；樁號146+800~147+000左側(cè)布置兩排抗滑樁，樁徑Φ1 800 mm，樁長25m，等邊三角形布置，間距4.5 m；樁號147+000~147+350左側(cè)布置一排抗滑樁，樁徑Φ1 800 mm，樁長25 m，樁距4.5 m；抗滑樁采用兩臺徐工XR360型旋挖鉆機鉆孔，首先是通過底部帶有活門的桶式鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土，并直接將其裝入鉆斗內(nèi)，然后再由鉆機提升裝置和伸縮鉆桿將鉆斗提出孔外卸土，這樣循環(huán)往復(fù)，不斷地取土卸土，直至鉆至設(shè)計深度?？够瑯俄斣O(shè)連系梁（一排抗滑樁段寬2.8 m、高1.1 m，兩排抗滑樁段寬 6.8 m、高 1.1 m）。詳見圖 1、圖 2。

2）二級馬道抗滑樁

為固定三級邊坡坡面框格梁，樁號146+700~147+500在二級馬道邊坡坡腳處布置一排抗滑微型樁，采用SL500A型風(fēng)動潛孔鉆機鉆孔，樁徑Φ400 mm，樁長10 m，間距2.5 m，樁頂布置寬800 mm、高800 mm連系梁。詳見圖3、圖4。

圖1 樁號146+700~147+350一級馬道抗滑樁平面及剖面圖

圖2 徐工XR360型旋挖鉆機

圖3 樁號146+700~147+500二級馬道抗滑樁平面及剖面圖

圖4 SL500A型風(fēng)動潛孔鉆機

3）渠道防護

二、三級巖質(zhì)邊坡新增錨桿混凝土框格梁防護，錨桿長分別為5 m、11 m。錨桿采用HRB400直徑32 mm，全長粘結(jié)型，間距1.6 m×3.0 m（沿渠道軸線方向×豎向），坡面采用100 mm厚掛網(wǎng)噴射混凝土護砌封閉，每一錨桿頂部采用混凝土框格梁連接，且坡面豎向框格梁與抗滑樁頂部的連系梁垂直緊密銜接。詳見圖5。

圖5 坡面框格梁

4）渠道排水

一級~二級、二級~三級馬道巖質(zhì)坡面分別增加DN50PVC-U排水管（管長5 m），DN90PVC-U排水管（管長 20 m），仰角 5°，間距 1.6 m×3.0 m（坡面水平×坡面豎向），間隔布置，噴射面原泄水管遇排水管及錨桿時避讓調(diào)整。

4.2 工序流程

測量放樣→邊坡卸載→邊坡修整清理→一級馬道抗滑樁、連系梁→二級馬道微型樁、連系梁→二、三級坡面排水管、噴射混凝土→二、三級框格梁刻槽、坡面錨桿、坡面掛網(wǎng)、框格梁澆筑→四~五級巖質(zhì)坡面錨桿、排水管、掛網(wǎng)噴護→五~六級坡面混凝土框格護坡。

5 主要加固處理質(zhì)量控制要點

1）抗滑樁先導(dǎo)孔

抗滑樁施工前，先進行導(dǎo)孔鉆設(shè)，對地質(zhì)條件進行復(fù)勘，以復(fù)勘孔資料為依據(jù)繪制地質(zhì)剖面圖，作為灌注樁施工重要依據(jù)。一級馬道抗滑樁先導(dǎo)孔按照每4樁設(shè)置1孔，孔深按30 m、12 m間隔布置。

（1）XY-Ⅱ型地質(zhì)鉆機鉆孔采用干鉆，回轉(zhuǎn)鉆探，開孔孔徑Ф91，終孔孔徑Ф75，鉆探回次進尺在2 m以內(nèi)；鉆進過程中準確記錄遇塊石情況、基巖的具體深度，自覆蓋層開始取芯。

（2）封孔。終孔回填要求基巖部分采用水泥砂漿封孔，覆蓋層部分采用黏土球回填并搗實。

2）抗滑樁鉆設(shè)

（1）埋鋼護筒

為使孔口土層不因泥漿沖刷造成坍塌而設(shè)置護筒（高1 m，鋼板厚16 mm）。先挖后埋，樁中線軸線偏差滿足規(guī)范要求，然后用黏土在護筒周圍均勻、對稱回填夯實。

（2）泥漿鉆孔

鉆孔孔內(nèi)存有較多積水，不能干樁成孔，施工時擬采用泥漿護壁。選好黏土，滿足孔內(nèi)泥漿頂部標高不低于地下水位20 cm，泥漿壓力大于靜水壓力，防止孔壁塌陷。

泥漿在造孔中，會受到各種因素污染而降低質(zhì)量，為確保泥漿的壁效應(yīng)，對新配的泥漿及循環(huán)使用的泥漿進行檢測，回收利用的可分離處理，滿足標準后再次使用。

（3）鉆孔

根據(jù)本工程地質(zhì)特點，采用旋挖鉆成孔的施工方法。成孔時在一級馬道現(xiàn)狀原地進行鉆孔，待灌注樁混凝土澆筑完成后再進行連系梁基礎(chǔ)開挖。特殊需要時，可使用泥漿，并保持在不溢出時停止。

（4）旋挖鉆孔時，依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)等情況嚴格控制平均速度。

3）一級馬道抗滑樁鋼筋籠及聲測管吊裝

（1）鋼筋籠骨架在制作場內(nèi)采用胎具成型法一次性制作。按抗滑樁圓周長每間距30 mm設(shè)Φ25mm平行主筋，主筋之間按每隔2 m焊接加勁環(huán)（將Φ20 mm鋼筋首尾連接成直徑為Φ1 800 mm的環(huán)），鋼筋籠焊接采用搭接單面焊。最后主筋外面采用Φ10 mm箍筋按間距1.5 m纏繞綁扎成為鋼筋籠。鋼筋籠長度最長為26.017 m（包括上部伸入連系梁內(nèi)50 cm的鋼筋及底部彎筋）。詳見圖6。

圖6 Φ1800鋼筋籠

（2）一級馬道抗滑樁較長，鋼筋籠采用分節(jié)吊裝、過程中焊接。首節(jié)鋼筋籠放入孔內(nèi)，外露部分采用槽鋼架設(shè)在護筒上，25 t吊車起吊并固定鋼筋籠第二節(jié)，焊接人員對鋼筋籠主筋采用厚搭接雙面焊焊接。

（3）聲測管采用Φ57無縫鋼管，要求全封閉（下端采用3 mm鋼板焊接封閉、上端加蓋橡膠保護蓋），管內(nèi)無異物，混凝土施工時嚴禁漏漿進管內(nèi)。聲測管與鋼筋籠采用綁扎連接，確保在清孔后及時一起吊放，聲測管管間采用套管絲扣連接，管口高出設(shè)計樁頂20 cm，每個聲測管高度保持一致。

4）抗滑樁水下混凝土灌注

按照《地基與基礎(chǔ)灌注樁施工及驗收規(guī)范》規(guī)定，采用水下直升導(dǎo)管、自密實灌注混凝土法施工。

（1）吊裝前對導(dǎo)管進行試拼裝，水密性試驗壓力大于或等于1.5倍的孔口底部靜水壓力。導(dǎo)管的接口部位牢固，嚴密封閉，開始封水試驗。拼裝導(dǎo)管的長度依據(jù)孔深確定，升降吊裝試驗在澆筑前進行。

（2）清孔后連續(xù)灌注混凝土，及時計算確保導(dǎo)管埋設(shè)深度40 cm；嚴禁中途停灌，盡量縮短拆導(dǎo)管的間斷時間，避免造成堵管或埋管。

（3）水下混凝土灌注會產(chǎn)生很厚的浮漿，終灌時保持實灌樁頂混凝土面高于設(shè)計樁頂0.5 m。

（4）每根樁制作混凝土試塊并及時養(yǎng)護。及時清理場地，處理泥漿排放。

5）抗滑樁樁基檢測

抗滑樁的混凝土強度達到80%后，即可進行樁頭處理，人工用風(fēng)鎬鑿除樁頭。

樁頭處理完畢后，嚴格執(zhí)行《建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范》進行檢測。一級馬道抗滑樁采用聲波透射法逐根檢測樁身完整性；第一排樁各選1根采用鉆芯法檢測，一級馬道第二排抗滑樁選10根采用鉆芯法檢測，鉆芯法共計檢測13根，檢測樁身完整性、樁身強度及沉渣厚度，均應(yīng)滿足要求。

6）連系梁

（1）土石方開挖

樁基檢測合格后，對于原塌方段過水面漿砌石擋墻墻后回填一級馬道后，采用CAT330挖掘機開挖；對于一級馬道開挖原狀基面，采用液壓破碎錘開挖。

（2）鋼筋制安

鋼筋選用HPB235及HRB400，大于16 mm的鋼筋接頭全部采用手工電弧單面焊。

（3）混凝土澆筑

a由營地拌合站集中拌制，9 m3罐車運送至施工現(xiàn)場，一級馬道連系梁采用混凝土罐車輔以手推車直接入料；二級馬道連系梁采用混凝土泵車垂直入倉，泵車布置在一級馬道。采用重復(fù)振搗法防止漏振。

b澆筑時不允許間歇，如遇到特殊情況時，間歇時間小于240 min。澆筑混凝土?xí)r，嚴禁在倉內(nèi)加水。如發(fā)現(xiàn)混凝土和易性較差，采取加強振搗等措施，以保證質(zhì)量。

c混凝土澆筑完成后，及時灑水養(yǎng)護。

7）框格梁

二、三級邊坡坡面框格梁與坡腳連系梁通過混凝土結(jié)構(gòu)垂直緊密銜接。

（1）刻槽開挖

坡面框格梁斷面尺寸為：（寬）50 cm×（高）40 cm，采用人工開挖（手持電鎬），配合小型挖掘機?？滩酆螅鄣撞捎?0 mm水泥砂漿調(diào)平，局部架空部位用M7.5漿砌石嵌補。

（2）鋼筋制安、混凝土填充等工藝同連系梁施工。

6 結(jié)語

本次南水北調(diào)中線一期總干渠漳古段施工SG10標渠道邊坡塌方段（樁號146+700-147+500）加固處理圓滿完成，并經(jīng)質(zhì)量評定合格，資料齊全完整。自2014年7月試通水以來，經(jīng)受了供水及汛期等嚴峻考驗，經(jīng)過多年運行觀察，渠道工程運行良好，左坡面沒有出現(xiàn)裂縫、塌方等現(xiàn)象。

綜上所述，邊坡加固處理是關(guān)系到大型渠道工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，為了保證工程的質(zhì)量要求、安全性，根據(jù)在工程中對邊坡加固處理的應(yīng)用，筆者認為在進行渠道工程的邊坡加固處理時應(yīng)當(dāng)注意以下幾點：1）初步設(shè)計時，地質(zhì)勘探在大型渠道工程中很難一次性客觀地反映出工程地質(zhì)條件，在實際勘探時盡可能在相關(guān)規(guī)范基礎(chǔ)上加大勘探密度及深度，全面分析，力爭得出較為客觀的地質(zhì)結(jié)論，盡量避免或減少設(shè)計變更的發(fā)生。2）坡面掛網(wǎng)噴護混凝土在普通邊坡加固中經(jīng)常運用，噴護時要注意在鋼筋網(wǎng)底面與先噴射底層混凝土表面留有0.3~0.5 cm間隙，待下一步噴射時由砂漿填補。若鋼筋網(wǎng)底面與底層混凝土表面緊貼無間隙，則因砂漿不能擠入而造成鋼筋與底層混凝土間不能固結(jié)。而間隙過大，噴射時難以填滿，也會留下隱患。3）抗滑樁運用在特殊地質(zhì)邊坡加固中，鉆孔時必須加大頻次觀測孔內(nèi)巖性變化，遇到軟弱夾層并伴有滲水，出現(xiàn)局部塌孔時，停止鉆設(shè)，采用黏性土將地質(zhì)破碎帶回填掩埋，然后重新鉆孔，通過旋挖鉆頭的擠壓力形成護壁。4）混凝土水下澆注時，根據(jù)樁直徑、灌混凝土的速度，計算拔出管道的時間，經(jīng)常量測混凝土表面的埋深，管道埋深計算準確后進一步確定是否拔管。