引江濟淮工程江淮分水嶺膨脹土高邊坡抗滑樁措施方案淺析

李 濤 王麗軍

（安徽省水利水電勘測設計院 合肥 230088）

1 切嶺段膨脹土分布特點

引江濟淮輸水渠道膨脹巖土分布里程長、土層厚；受旱季和雨季特征影響，大氣及土體干濕變化大；邊坡變形滯后性和長期危害性突出。尤其是裂隙發育明顯，原生裂隙及次生裂隙多，長大裂隙與小裂隙并存。隨著工程不斷進展，勘探人員對切嶺段右岸已開挖邊坡進行了施工地質現場探查，在河渠初期開挖的約500m 范圍內布設了10 個地質觀察窗口，窗口間距50～70m 不等。地質窗口開設寬度一般1.0～1.5m，采用人工挖掘清渣方式。通過地質窗口觀察，膨脹土裂隙分布較多，其中原生裂隙和次生裂隙均有分布。統計裂隙分布情況見表1。

調查結果顯示裂隙傾向主要集中在40 ° 和180°～190°，其中傾向40°的為傾向右岸邊坡坡內，對邊坡穩定影響不大，傾向180°～190°為傾向右岸邊坡坡外，與坡面走向近垂直，對邊坡穩定不利，易產生滑坡，應對邊坡進行加固處理。

表1 切嶺段局部河段右岸邊坡裂隙傾角統計表

從調查情況看，無論是長大裂隙、大裂隙，還是小裂隙均較為發育。另外，土巖界面作為一種沉積間斷型結構面，在該段分布也較為連續。從引江濟淮試驗段工程施工情況看，開挖初期，常有地下水沿土巖界面滲出。這種滲流現象也會進一步降低結構面強度，對整體邊坡穩定不利。

2 工程主要治理方案

目前，切嶺段膨脹土邊坡治理措施主要是以水泥改性土表面換填覆蓋為主，輔以必要的坡面及坡內排水措施。這種措施對淺層裂隙發育以膨脹作用為主的渠坡淺層滑動保護具有較好的效果。而對于開挖深度較大、可能出現長大裂隙的中膨脹土邊坡，僅僅通過表面覆蓋，很難達到長久的安全狀態。為提高工程安全性，需使用抗滑樁等加強措施。

3 抗滑樁分析

根據地勘報告顯示，江淮分水嶺膨脹土主要以中膨脹土為主，出露高度約15～22m，邊坡下部分布有細砂巖。考慮渠道開挖深度大，邊坡穩定性差，渠道未開挖前，無法判斷膨脹土內是否存在長大裂隙。而一旦邊坡開挖換填完成，抗滑樁實施起來又比較困難。因此，預先通過假定裂隙面，進行邊坡穩定計算分析，判斷是否需要增設抗滑樁非常必要。

3.1 計算斷面選擇

鑒于膨脹土邊坡存在有潛在滑動趨勢，對切嶺段中膨脹土邊坡，選取3 個典型斷面進行抗滑穩定計算分析，斷面特征見表2。

3.2 計算工況

根據《水利水電工程邊坡設計規范》（SL386-2007），1 級邊坡抗滑穩定系數按照下表取值，該標段河道膨脹土主要分布在4～7 級邊坡，高程37～58m，均位于渠道防洪水位25.53m 以上，計算過程中不考慮水位驟降工況。河道邊坡抗滑穩定計算主要分為以下三種工況：

（1）正常運用條件：穩定滲流期河道迎水坡。渠內正常輸水位，地下水處于穩定滲流。

（2）非常運用條件Ⅰ：施工期河道迎水坡。渠內無水，地下水處于穩定滲流。

（3）非常運用條件Ⅱ：地震期河道迎水坡。渠內正常輸水位，地下水處于穩定滲流；地震烈度7 度，地震動峰值加速度為0.10g。

3.3 參數選取

根據該區膨脹土的工程特性，將膨脹土在深度方向上分為“大氣影響帶”和“非影響帶”。即大氣影響深度以上的土層為“大氣影響帶”， 大氣影響深度以下的土層為“非影響帶”。“大氣影響帶”內的膨脹土，采用殘余強度值；對“非影響帶”內的膨脹土，采用折減法取值。弱膨脹土凝聚力和內摩擦角分別按“無膨脹性”建議值的75%和95%取值，中膨脹土凝聚力和內摩擦角分別按“無膨脹性”建議值的65%和85%取值。設計考慮膨脹土的換填厚度、大氣影響深度（該區大氣影響深度3.2m，大氣影響急劇層深度1.5m）等，采用分帶取參數的辦法對斷面進行計算。分帶參數的選取：

表2 膨脹土邊坡典型斷面特性型表

表3 典型斷面各巖土層物理力學指標采用值表

表4 各斷面抗滑穩定計算成果表（未考慮裂隙）

圖1 抗滑樁計算簡圖

（1）水泥改性土的強度指標：粘聚力C=40kPa，內摩擦角=15°。

（2）巖土界面強度指標：從試驗段開挖情況來看，江淮溝通段巖土界面真實存在，分布厚度不等，計算取厚度0.6m。對于巖土交界面土體強度指標，試驗段工程和地質報告分別提出各自的建議。其中試驗段室內固結快剪指標：C=25.6kPa、=29.6o，現場直剪指標：C=54.3kPa、=28.2°。地質報告指標：C=15.0kPa、=14.0°。從幾組指標可見，試驗段指標與地質報告推薦指標相差較大。從試驗段現場可見，地下水易從巖土界面滲出，土體滲透系數相對于其他土層較大，砂性含量高于上層膨脹土。因此，綜合考慮試驗段指標和地質報告推薦指標，初擬巖土界面土層固結快剪指標：C=13.0kPa、=16.0°，直接快剪指標：C=15.0kPa、=14.0°，慢剪指標：C=10.0kPa、=18.0°。

（3）裂隙面強度指標：裂隙面土體強度指標須在具體實驗下得出，在無現場剪切試驗，且室內裂隙面無法重塑的情況下，根據南水北調中線工程經驗，在計算過程中假定裂隙面土體指標：固結快剪指標：C=12.0kPa、=9.0°，直接快剪指標：C=13.0kPa、=5.0°，慢剪指標：C=10.0kPa、=10.0°。同時，對陡傾角的卸荷裂隙，基本為張拉裂隙，計算時C、值均取0。

綜合以上土體建議指標及土體分帶參考指標，各斷面不同計算工況下物理力學指標見表3。

3.4 計算成果

（1）考慮巖土界面、大氣影響帶、換填改性土、土層傾角和地下水位情況。土層傾角根據地質橫剖面，取5°，未考慮膨脹土內存在裂隙因素。各斷面穩定計算成果見表4。

表5 各斷面抗滑穩定計算成果表（考慮裂隙）

表6 各斷面抗滑穩定計算成果表（考慮裂隙+抗滑樁）

（2）考慮巖土界面、大氣影響帶、換填改性土、土層傾角、地下水位和裂隙情況。通過現場渠道開挖及地質窗口可見，邊坡內存在的裂隙較多，且大多傾角小于30o。因此計算過程中，對裂隙傾角采取最不利角度30°進行計算。各斷面穩定計算成果見表5。

（3）考慮巖土界面、大氣影響帶、換填改性土、土層傾角、地下水位、裂隙情況下，增加抗滑樁。在長大裂隙存在的前提下，在計算滑動面下部打入直徑1.2m 抗滑樁，間距3.6m，樁深入全強風化巖內2.0m。計算簡圖見圖1，各斷面穩定計算成果見表6。

3.5 成果分析

通過計算成果可見，膨脹土邊坡高度大于15.0m 時，在考慮巖土界面、大氣影響帶、換填改性土、土層傾角和地下水位，不考慮存在裂隙情況下，斷面在各種工況下都能夠滿足規范允許最小安全系數的穩定要求。

一旦考慮坡內存在長大裂隙面時，雖然抗滑穩定安全系數均大于1.0，但不滿足規范要求。通過打入擬定的抗滑樁試算，抗滑穩定安全系數均可滿足規范要求。

4 結論

江淮分水嶺切嶺段地質條件復雜，膨脹土分布范圍廣，分布厚度深，裂隙開展多。隨著膨脹土邊坡運行時間的增長，受循環降雨影響，無論原生裂隙還是次生裂隙，發育程度會越來越大。從工程安全方面出發，當中膨脹土邊坡出露高度大于15m 或者有長大貫穿裂隙時，增加抗滑樁措施對邊坡的安全運行是非常必要的■