引江濟(jì)漢工程膨脹土高邊坡加固技術(shù)探討

(湖北省引江濟(jì)漢工程管理局，湖北 荊州 434000)

膨脹土具有多裂隙性、超固結(jié)性、膨脹性、崩解性、風(fēng)化性以及強度衰減等特性，工程性質(zhì)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(zhì)災(zāi)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(hù)方式在鄂北調(diào)水工程膨脹土高邊坡加固中得到了實踐應(yīng)用，取得了較好效果。本文針對引江濟(jì)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(shè)計方案，從加固效果、工程量和工程投資等方面進(jìn)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(jì)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(jì)漢是南水北調(diào)中線水源區(qū)工程之一，干渠全長67.23km，設(shè)計引水流量為350m3/s，引江濟(jì)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(hù)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(xiàn)了馬道以上邊坡局部變形現(xiàn)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(shù)。

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(shù)。

2.1 抗滑樁設(shè)計方案

對于有二級馬道的膨脹土高邊坡渠段，采用馬道設(shè)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(yīng)小于管樁外徑)再靜壓的方式施工，具體參數(shù)由現(xiàn)場試驗確定，其設(shè)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(shè)計剖面見圖1(b)。

施工注意事項：管樁施工前應(yīng)先將馬道預(yù)制六角塊護(hù)坡移除，待施工完畢后恢復(fù)；管樁施工會對馬道磚砌排水溝形成側(cè)壓，管樁施工完成后應(yīng)修復(fù)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(hù)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(shè)PVC排水管，每級馬道設(shè)置一排PVC排水管，直徑7.5cm，深度約3m，間距10m，PVC管內(nèi)填充級配反濾料，排水管適當(dāng)傾斜，以避免外水進(jìn)入渠坡內(nèi)部。對于布置排水管后，有明水滲出的渠段，排水管適當(dāng)加密。

圖1 抗滑樁設(shè)計方案 (單位：cm)

2.2 土釘防護(hù)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(nèi)鋼筋為HRB400級，鋼筋直徑20mm，采用水泥砂漿封孔，其設(shè)計剖面見圖 2。

2.3 削坡減載方案

削坡減載是將渠頂?shù)缆犯叱探档?，對于一級馬道邊坡渠頂?shù)缆犯叱探抵烈患夞R道高程，二級馬道邊坡渠頂?shù)缆犯叱探抵炼夞R道高程，降低后渠頂?shù)缆芬陨线吰掠?∶2放緩至1∶3。開挖坡面鋪設(shè)土工膜，土工膜上采用30cm厚

圖2 土釘防護(hù)設(shè)計方案 (單位：cm)

黏土蓋重。坡面采用盤根草草皮防護(hù)，開口線以外通過回填開挖土料，應(yīng)適當(dāng)修整頂部地形，形成適當(dāng)坡度以利于排水，避免頂部出現(xiàn)積水。削坡減載后，渠頂?shù)缆贰⑶斉潘疁?、通信光纜等設(shè)施需恢復(fù)，其設(shè)計剖面見圖3。

圖3 削坡減載設(shè)計方案 (單位：cm)

3 設(shè)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(jìn)行加固處理，并進(jìn)行三個月的沉降監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果見圖4。從圖4中可知：經(jīng)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(jīng)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(jìn)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(jīng)濟(jì)，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(fù)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(jīng)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(fēng)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(yán)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(zhì)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(nèi)控制變形效果顯著，缺點是對已施工完成的渠頂結(jié)構(gòu)有破壞，需重新恢復(fù)，恢復(fù)費用較高。綜合考率渠段的變形嚴(yán)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(jié) 論

以南水北調(diào)引江濟(jì)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(shù)進(jìn)行了分析探討，從加固效果、工程量及投資效益著手，認(rèn)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(fù)雜；削坡減載方案適用于變形較嚴(yán)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(jì)漢工程沿線膨脹土高邊坡渠段綜合加固技術(shù)方案，可為類似工程施工提供借鑒。