喀斯特地區盤山渠道工程地質條件的處理措施

周啟軍

( 獨山縣水利局，貴州 獨山558200)

1 工程概況

某水庫灌區位于貴州省南部，水庫樞紐建在珠江流域紅水河水系六洞河一級支流的里旺河上，水庫總庫容1650 ×104m3，是一座以灌溉為主，兼有解決下游環境用水、庫水養殖等綜合效益的中型水庫。干渠( 系) 工程由壩后消力池末端沿著灌區地形盤山延伸，渠系工程為五等Ⅴ級建筑物，包括明渠、暗渠、隧洞、渡槽、倒虹吸及交叉建筑物，總長32.005 km，渠道斷面型式為矩形和梯形，設計流量4.62 ～3.94 m3/s，由渠首至尾部逐級遞減，灌溉經各級支渠及放水斗門施灌，控制灌溉面積3 058 hm2。

渠系區為典型的喀斯特巖溶地貌，屬巖溶～侵蝕臺狀低中山地區，以散列式峰林、谷地為主的形態類型，區內緩傾單面山較為典型，地表落水洞以垂直發育為主，地下河流深埋且明暗交錯，溶洞、落水洞、伏流等巖溶地貌隨處可見，出露石炭系( C) 下統大塘組上司段( C1d2) 、舊司段( C1d1) 、中統黃龍群( C2hn) 地層，巖性以灰巖為主，其次為砂巖。第四系呈不連續分布于溶溝、溶槽、洼地中，厚度變化大，線狀渠道主要盤山于上述地層和崩塌堆積塊石及殘坡積黏土( Qel+dl) 、砂土夾碎石帶展布。

2 長距離渠道的施工特點和區域性不良地質現象

長距離盤山渠道施工具有對外交通運輸條件差、材料運輸成本高、不利于集中使用施工機械化操作、建筑物施工場地狹窄、施工戰線長而分散、區域不良工程地質現象隱蔽性強、安全隱患多、班組施工技術力量和質量控制水平參差不齊、施工組織困難和質量管理跨度大等特點，出現重復開挖，發生渠堤破壞和返工復建的情況，占據直線工期，增加工程性投資，晚近期不良地質現象具有一定的隱蔽性，一旦發生失穩現象，危害較大，需要實施工程防護。

根據工程區渠線的分布情況，不良地質現象主要有第四系( Q) 殘坡積物，多為孤狀石塊、碎石夾黏性土及似層狀塊裂巖和碎裂巖，結構疏松，局部呈架空或泥槽狀，巖性為灰巖、泥灰巖，大面積分布于斜坡表面，覆蓋層厚度0 ～1 m，表層巖體風化法向厚度3 ～5 m，出露淺部風化巖體穩定性差，巖土混合邊坡，順向坡、逆向坡和斜向坡交替出現，局部緩坡階地工程地質特性與初步設計方案大相徑庭，施工階地設計方案應考慮作調整。

3 典型不良區域地質現象的處理措施

3.1 渠13 +900 ～13 +980 段斜向坡的防治和處理措施

渠13 + 900 ～13 + 980 段為上口開口稍大的“∩”型的緩坡脊地，渠道從區域地形“尖端”切割穿過，渠段最大開挖深度8.2 m( 設計為高邊坡土方開挖) ，脊地挖區揭露約0.7 m覆蓋層后，下伏地層為深灰色泥質灰巖與碎屑狀炭質頁巖互層，層狀泥灰巖厚0.4 ～1.0 m，單斜構造巖層，傾向近乎垂直于渠道軸線，∠18 ～25°，開挖形成的切割面存在邊坡穩定的邊界條件，充填物為5 ～8 cm碎屑狀頁巖，淺層微含水，并隨挖深遞增，渠槽開挖后形成的坡面存在巖體易風化、遇水軟化、泥化的工程地質問題。

工程施工中，根據渠段地形巖層具有薄層、陡傾角和軟弱夾層( 碎屑狀頁巖充填物) 的主要特征，判斷區域性不良地質現象防治對象有: 防止因爆破開挖時高邊坡一側形成的切割面產生順向滑動、相對逆向坡的另一側誘發滾石現象和襯砌階段的層間滲水的排除。由于進出口兩端( 總長約16 m) 覆蓋層相對較厚( 約1.6 m) ，爆破前不易探及巖層的分布情況，必須考慮層狀巖體的自穩問題。渠段開挖施工過程中，首先沿中軸線兩側初步按設計邊坡剝離表層覆蓋層，通過暴露的巖層分析其產狀后再采取相應的預防措施。施工中采用常規的保護層開挖方法，即根據巖層厚度分層造孔、短排距、少藥爆破至渠臺及渠底－20 cm( 渠底濾水囊的制作厚度) 高程，每輪( 層) 爆破結束后，先觀察巖石受損情況，在形成的順向坡一側隨機布設Φ25 砂漿錨桿，錨桿以伸入下層巖石約0.2m 為宜，確保受到切割破壞的層狀巖塊必須處于短期穩定狀態，保證操作人員的安全; 形成的相對逆向坡一側因地形高度相對較低，現場分析其穩定性后采用同法錨固大的塊體，并利用其暫時穩定條件攔擋開挖產生的松散碎石土。［1］

渠段設計為為矩形斷面，渠堤25 cm混凝土澆筑前，按設計長度10 m設置伸縮縫，首先對近乎垂直的巖面上巖充填物進行清理并采用高標號水泥砂漿封閉處理后，沿滲漏帶的渠堤底部根據滲漏量的大小埋置橫向的Φ50 mmPVC 管數節，單節長約40 cm，再根據混凝土澆筑的分縫長度分段制作渠底20 cm的濾水囊( 渠槽底部鋪墊的級配碎石層) ，濾水囊的長度沿挖段全程布置，在出口端將其移出渠堤之外，以防止側向及底板的滲水產生側向水壓及基底揚壓力得以消除，保證渠堤及渠底不再承受其他的附加荷載作用;最后澆筑渠頂上部的鋼筋混凝土蓋板，在蓋板與坡面邊緣的適當長度兩側預留流向渠槽Φ50 mm泄水孔，將渠段渠臺上平常的滲水和季節性水流直接流入渠道內。上述工作結束后，回填碎石土基本到原地面高度( 上部有交通要求) ，同時在兩端蓋板上修建簡易的擋墻，防止產生水土流失而堵塞渠道。

3.2 渠14 +000 ～14 +880 段黏土地基的施工方案和處理措施

渠14 +000 ～14 +880 段為緩坡階地上的黏土渠道，坡地斜長約400 m，地表特性為梯田，土質為親水性甚好的深灰色黏土。

渠道穿越區域地形的上段，渠槽設計開挖方案為渠堤兩側按照1∶1 分級施放邊坡直接開挖到渠底，見圖1。成渠上口寬4.4 m，h =2.1 m( 其中水深1.9 m) ，內渠堤迎水面及渠底均直接采取厚8 cm的C10 混凝土作為防滲結構［2］。綜合施工現場的地形地貌，發現存在的主要問題有: ①因全部采取深挖成渠，征用耕地范圍太大，最大寬度達20m，額外增加的征地費投資太多;②分水閘與節制閘布置困難，不利于發揮當地灌區的效益; ③增加因高邊坡形成新的挖損面的水土保持治理費用; ④因土壤親水性的原因，僅靠8 cm厚的混凝土直接貼黏在土層上，極有可能因混凝土水分很快被吸收而造成防滲混凝土龜裂，甚至會產生裂縫，或即使施工期雖然可以預防，但經過運用期的一二次汛期后，因地面徑流無法避免，下滲到渠槽兩側土體內部時可能產生將隆起現象，甚至產生大面積的滑坡，將增加后期的管理成本;⑤深挖后將在渠道底部長期形成積水后產生附加的荷載，增加基底處理費用。

圖1 土渠設計斷面圖

根據現有的地形地貌條件，選定在渠底深挖約50 cm范圍的坡面梯帶高程重新布置渠線，在保證相應渠段的設計水深和流量不變的前提下調整斷面型式:即在相對穩定的緊靠高土埂側的渠堤采用貼坡式擋墻，邊坡系數0.75，另側按設計垂直砌筑，防滲結構層按設計見圖2。基礎經參建各方共同驗收合格后，按照修改斷面實施［3］，渠底排水處理同前述。

圖2 渠底斷面剖面圖

3.3 不同土質斜坡滑坡段的防治和處理措施

渠17 +820 ～18 +910 段為單面山渠道，設計為土渠梯形斷面型式，地形為比較廋小的“M”形駝峰林地貌，表層主要為砂礫石土與沙質黏土或兩者的互層，沿線駝峰頂相對高差在3 ～5 m，與渠線位置的高度形成8 ～12m 的高邊坡開挖面，其中在渠17 +820 ～17 +910 段為砂礫石土與沙質黏土互層段，平均自然坡度40 ～50°，上伏砂礫土法向厚約3 m，結構松散，下部沙性黏土在渠底以上3 m即有出露，其結構致密、濕潤，兩種土體的物理力學指標差異明顯，兩者的接觸面即構成了區域自然滑裂面，受到開挖擾動后存在潛在的滑動現象，其隱蔽性不易察覺，但對工程施工的危害影響極大，施工中需采取相應的防范和處理措施。

渠段設計底寬1.0 m，上口寬4.2 m，渠深1.8 m，渠堤內邊坡及土方開挖邊坡( 二級) 比1∶1。為探明渠段巖土地質特性，合理地確定渠堤襯砌斷面型式，工程施工中采用常規的土石方開挖方法按設計邊坡由上至下分級削坡開挖，當沿渠長約5m 削挖二級坡面土方時，數小時后，在邊坡挖損面后緣發現有裂縫現象，隨即產生崩解、位移，很快形成淺層牽引式滑坡，滑體法向厚度約1.5 m，下伏滑裂面清晰可見褐色黏土，微潮濕，夾少量小石塊，傾角約50°( 接近設計開挖邊坡) ，方向近乎與渠道軸線呈垂直狀態，為避免滑體堆積渠道施工區而增加二次挖量，渠段二級馬道以上采取了削坡減載的方法直接挖除至坡背面有序堆放，渠道平臺以上( 至二級馬道之間) 按設計邊坡開挖，渠身渠堤部分( 滑體的坡腳) 因滲水問題改為按反壓擋墻式結構尺寸開挖至濾水囊基底，擋墻作為渠堤的一側，其排水方式同前述，處理渠段經過2 a多的運用均未發生異常情況。

4 結 語

長距離盤山渠道施工中，各種不良地質現象及其產生的災害是常見的，如何強化施工圖設計與施工的差異是值得深化和探討的方向，盡管產生的地質災害規模不大，但對工程投資僅1000 萬元左右的建設目標影響是顯而易見的。在初步設計勘察成果的基礎上，對地質災害影響帶有針對性地開展工程地質專項勘測工作。選線應繞避崩塌滑坡危險區、泥石流易發區以及易引起嚴重水土流失和生態惡化的地區。施工方要加強各種不良地質現象的野外識別能力，對其產生的后果進行有效防御，制定相應的工程防治措施，從而減少和避免災害造成的損失，力求技術可行、施工方便、經濟合理。

［1］中華人民共和國水利部農村水利水土保持司，科技教育司，中華人民共和國能源部，水利部水利水電規劃設計總院.SL18—2004 渠道防滲工程技術規范［S］. 北京:中國水利水電出版社，2004.

［2］中水東北勘測設計研究有限責任公司.SL303—2004 水利水電工程施工組織設計規范［S］. 北京:中國水利水電出版社，2004．

［3］長江勘測規劃設計研究院.SL313—2004 水利水電工程施工地質勘察規程［S］. 北京:人民交通出版社，2005.