引江濟淮菜巢分水嶺膨脹土邊坡防治探討

金習武

引江濟淮菜巢分水嶺膨脹土邊坡防治探討

金習武

一、引言

引江濟淮工程溝通長江、淮河兩大水系，潤澤安徽，惠及河南，造福淮河，是解決淮河中游地區水資源短缺和支撐淮河流域及中原經濟區發展不可替代的重大水資源配置工程，是加快巢湖水環境綜合治理和改善淮河生態環境及遏制淮北中深層地下水超采不可或缺的重要生態保護措施，是構建跨區域現代綜合運輸體系和優化中西部地區產業布局及促進區域協調發展不可多得的黃金水運通道，是一項具有保障供水、發展航運、農業灌溉補水和改善環境等綜合效益的大型跨流域調水工程。根據引江濟淮工程規劃方案，工程擬從長江取水，經鳳凰頸引江樞紐和樅陽引江樞紐2個口門，并分別經西河、兆河和菜子湖、孔城河、白石天河雙線入巢湖或經巢湖南岸繞湖入派河，利用派河上溯翻越江淮分水嶺入瓦埠湖和淮河，再經淮北主要支流繼續北送至淮北地區。

引江濟淮工程由引江濟巢、江淮溝通、江水北送三大部分組成。其中的引江濟巢段跨越菜子湖巢湖分水嶺（簡稱菜巢分水嶺），切嶺長度達28km，局部切深達40m。本段擬開挖渠道地層大部分為膨脹土層，本文針對可能產生的邊坡破壞問題及防治方法進行探討。

二、菜巢分水嶺地層特性

菜巢分水嶺切嶺段自引江濟淮引江濟巢段樁號C66+600～94+200，長約28km，主要為崗地、丘陵地貌，表層分布有大量第四系上更新統沖積地層，主要為重粉質壤土、粉質粘土（Qal3），含鐵錳質結核，棕黃、棕黃夾灰色，硬可塑～硬塑狀。各土層的自由膨脹率一般為40%～90%，大部分為弱～中等膨脹性土，膨脹土在渠道內的切深5～23m，其中切深超過10m的渠段長約10km。

據鉆野外觀察及室內試驗，區內膨脹土不同深度內均有裂隙發育，裂隙面被次生青灰色粘土充填。土體表面呈青灰色或青灰色條帶。裂隙面極光滑，油膩狀，具臘狀光澤。切開粘土表面充填物，內層仍顯灰黃色。裂隙多呈閉合狀，當其隨卸荷及松動而張裂，在坡角被開挖時，常沿裂隙面整體座落呈“巖堆狀”。膨脹土是一種超固結粘土，在天然狀態下，呈堅硬至硬塑狀態，具有較好的力學性質，有較高的峰值強度；當其含水量急劇增大或邊坡開挖卸荷后各土體產生水平的側向回彈位移，坡體變形開裂，這種不可逆的膨脹現象，造成土體的強度逐漸衰減，壓縮性增大。

三、膨脹土邊坡特性及變形破壞形式

引江濟淮工程施工開挖渠道，將不可避免地形成大量人工膨脹土邊坡。膨脹土邊坡不同于一般土質邊坡，其表層在一定的深度（大氣影響帶）范圍內，受自然力的影響長期處于變動之中，時而緩慢，不易察覺，時而突變，大能量釋放，造成破壞。對于人造膨脹土邊坡來說，不存在所謂絕對的穩定，對它的研究，就是要使其在某一條件下處于相對的穩定，由量變到質變控制在某個允許范圍之內。

膨脹土邊坡的變形破壞形式種類較多，產生和發展的影響因素也很復雜，常見的邊坡破壞形式如下幾種：

剝落：渠道邊坡表層在大氣應力作用下遭到風化或因土體超固結應力的釋放，土塊之間粘結力減弱或喪失，碎解成粒、片狀，在重力作用下沿坡面滾落，坡面越陡，剝落越嚴重。

沖蝕：坡面表層在水流的沖刷侵蝕下，產生的溝狀沖蝕現象，坡面越陡，水的沖力越大，沖蝕現象越厲害。

滑塌：表層吸水軟化，抗剪強度降低，在重力和滲透壓力的作用下，沿坡面局部下滑的現象。這是挖方常見的一種變形方式，被格式或排式護坡分割成小塊的邊坡，常因坡面過陡，造成表面土體陷塌，土骨架露出，失去防護作用。

坍塌：其危害僅次于滑坡，出現力量較大的坡體變形，可見半圓形或無規則的滑移面，滑移面上的含水量明顯高于坍塌土體，坍滑體上可見密集分布的裂隙，坍塌多發生在坡體的下部，往往是產生牽引式滑坡的先兆。

滑坡：與開挖坡比有密切地關系，坡比越陡，卸荷裂隙越易張開，雨水沿裂隙面滲透，使裂隙周邊土體軟化，強度降低，自重增加，層層牽引，層層滑動。坡體的滑動，常影響到整個開挖坡體的變形與穩定。即使經過治理達到新的穩定，也常常留下隱患，所以應該盡量避免滑坡的產生。

四、膨脹土邊坡的綜合防治

從上述膨脹土邊坡的變形破壞形式來看，選擇合適的邊坡坡比是實現邊坡相對穩定的前提，否則會誘發、加劇病害的發生或者人為地造成經濟和資源的損失。根據工程地質比擬法、力學計算法等方法可以確定相對穩定的邊坡坡比。相對穩定的坡比還必須與其他防治工程項目結合，相輔相成，共同作用，才能維持一個穩定的邊坡。必須針對邊坡的特性、環境的影響、邊坡各部位可能產生的應力種類和大小，采取相應的處理、預防措施，進行綜合治理。

1.邊坡的工程防護與加固

邊坡膨脹土受到雨水浸潤而膨脹時，土的自重應力增加，對抑制豎向變形有一定好處。但坡體內的側向應力在靠近坡面顯著降低，加上膨脹引起的水平膨脹力的作用，坡體有向坡外變形的趨勢，產生一定的水平位移。由于水的浸潤，抗剪強度降低，因此坡頂易產生張力帶并逐漸擴展變形。坡腳產生剪力區，一旦剪應力大于坡腳抗剪強度，坡腳處土體會從蠕變發展到大的變形位移，引起整個坡體失穩。根據膨脹土邊坡的應力分布情況，經常采用的防治構造物有擋土墻、抗滑樁、抗滑滲（盲）溝、漿砌片石護坡、草皮護坡、土工布與土工格柵防護等。

2.植被護坡

植被防護包括播草籽、植草皮、種樹等幾項內容，實踐證明植被防護不僅可以綠化美觀，重要的是可以通過植被蓄儲水分，保持坡體中土的濕度，減少和降低干濕循環作用效應，增加坡面的防沖刷、防變形能力。通過對膨脹土邊坡上植被的觀察，也可以判定其他邊坡是否達到了穩定或初步穩定。

3.土工格柵加固邊坡

對膨脹土較強或邊坡體，采用土工格柵加固效果很好。土工格柵的加固機理如下：網格與壓實土體共同的摩阻力，限制土體的側向位移以增強土體的整體性，提高土體的抗剪強度；網格如同加筋體，既增加了它與土體共同的抗拉性能，也能均衡地傳遞、分布上部土體的壓應力，增加土體的抗壓模量；由于加筋的作用，土體的性質也發生了改變。

4.坡面排水

不論是施工期間還是建成運行期間，膨脹土邊坡的排水始終是一個必須值得重視的問題。很多工程的破壞事故都是由于排水不當造成的。

坡體以外的地表水，以攔截和旁引為原則：開挖坡頂截水溝，其目的是攔截坡體以外的地表水，不使水流入坡體內，并盡快排除坡體范圍內的雨水，引導地表水在坡體外排走，因此可以在坡體外設置一條或多條環形截水溝，攔截旁引地表逕流，不使流入坡體范圍之內。坡體以內的地表水以防滲、盡快匯集和引出為原則，因此在坡體內修建滲溝及明溝等引水工程，以減少對坡體的供水。

五、結語

膨脹土邊坡作為一種特殊邊坡，應結合邊坡地理環境、氣候及地形地貌特征等綜合因素對其進行綜合防治。引江濟淮菜巢分水嶺段新開挖膨脹土邊坡預計30km左右，只要在設計和施工中加以重視，提前防治，一定可以預防和減少各種邊坡破壞的產生

（作者單位：安徽省水利水電勘測設計院233000）