某大型船閘工程引航道滑坡原因分析及處理技術

羅凌云

(粵水電建筑安裝建設有限公司，廣東 廣州 511300)

1 概述

近年來隨著國家經濟發展迅速，很多原有內河航道無法達到貨運量的規劃要求，通過在內河上新建大型船閘，開發新的更高規格航道以提升航道運行能力，滿足水路運輸需求，適應當地經濟發展。在航道開挖過程中會面臨地質條件復雜、邊坡滑塌等風險，本文針對實際工程中滑坡問題，根據地質勘探資料查出滑坡原因，并提出多種處理方案，經過充分對比后采用上卸下壓和地下連續墻綜合處理技術，解決了航道施工難題。

2 工程概況

某樞紐原有航道等級為500 t級，由于整個航道需要擴能升級，新建1座1 000 t級雙線船閘。新船閘采用對稱式布置，運行方式為直線進閘、曲線出閘，單線船閘閘室長度為220 m，寬度為34 m，門檻水深為4.5 m[1]。下游引航道全長約為2.3 km，設計底寬為120 m，穿過大壩下游農田和河漫灘，最后與原主航道匯合，整體地勢平坦[2]。原地面高程范圍為10～17 m，下游引航道平均開挖深度約為12 m，總體土方開挖量約為500萬m3，引航道兩側岸坡采用放坡開挖，并按4級堤防標準填筑開挖粘性土高約7 m的防洪堤(如圖1所示)。

圖1 航道土堤標準斷面示意(單位：尺寸mm，高程m)

下游引航道設計邊坡為1:2.5，土方開挖后坡面基本穩定，但在右岸30 m范圍(下1+330～下1+360段)填筑岸坡土堤時，地面高程17.00 m以下坡面發生鼓脹，并產生變形位移，上部填筑土堤產生裂縫。隨即對該處進行沉降位移觀測，發現觀測數值并不穩定，沉降位移觀測數據累計不斷增長，最終土堤及引航道坡面滑塌。

3 滑坡原因分析

查閱相關地勘資料發現，原地質鉆勘孔位分部均勻，間距約為50 m。下游引航道土層以花斑粘土、沖擊粘土和粉質粘土為主，部分含有粉砂、中粗砂等，整體地質條件較好。發生滑坡位置剛好在下游兩個地質鉆勘孔位之間，現場地質條件實際與鄰近地質鉆勘結果不符。

經過對該地段進行的補充地質勘查發現，滑坡處存在淤泥質土層，以軟塑為主，基本呈灰黑、灰綠色且有一定的腥臭味，最大深度達到12 m，層底標高為4.30 m(見圖2)，比航道開挖設計底高程6.17 m還要低1.87 m。

圖2 鉆孔地質柱狀示意

為進一步確定土類性質及各項指標，對鉆勘處淤泥質土取樣進行土工試驗，試驗報告顯示的該土質最大天然含水率達到40.2%，內摩擦角數值偏低,有機質含量4.5%～5.8%(見表1)。

表1 土工試驗數據統計

公路軟土地基相關規范中明確規定淤泥質土天然含水率高于35%，天然孔隙比均大于1.0且直剪內摩擦角小于5°為軟土[3]，淤泥質土土工試驗報告顯示，天然含水率、天然孔隙比等各項指標滿足規范中對軟土鑒別指標要求。因此判斷該處淤泥質土為軟土，而軟土又具有多項不利于工程施工的特性如：擾動性大、固結系數低、承載能力低、靈敏度大等。

經過綜合分析，該滑坡處在原地質鉆勘布孔中間位置，地質條件發生變化，導致與原地質勘探結果不相符。且淤泥質土，屬軟土，深度比航道設計底高程更深。航道開挖完成后岸坡又填筑高度約7 m的土堤，增加了下部淤泥質土層的壓力，最終導致坡腳鼓脹，土堤及坡面發生位移變形后失穩滑塌。

4 處理方案選擇

通過上述原因分析，計劃采用軟土地基處理和支護處理兩種方式去解決航道滑坡問題，其中軟土地基處理主要是增加淤泥質土層承載力，防止上部填筑土堤引起航道滑坡。支護處理主要是采用傳統抗滑支護的方案解決上部增加的填筑土堤壓力的問題。

4.1 軟土地基處理

軟土地基在工程施工中較為常見，處理方案成熟也有多種方式，如進行挖除換填、化學加固、排水固結、爆破擠淤、復合地基處理等[4]。由于現場條件限制和淤泥質土層厚度不適宜采用強夯法、換填法和爆破擠淤法進行處理。而排水固結法一般采用塑料排水板施工，需要進行后期超載預壓，工期較長，至少需要90 d左右的堆載或真空預壓期[5]，滿足不了項目總體施工工期計劃要求。

復合地基處理在軟土地基上應用廣泛，主要有碎石樁、水泥攪拌樁等，但本航道工程不僅需要提高地基承載力，還要考慮航道邊坡穩定性，碎石樁并不適用。滿堂深層攪拌樁一般情況下較為合適，但本航道淤泥質土層中有一定量的有機質，含量為4.5%～5.8%，查閱相關資料發現，土層中的有機質可與水泥礦物發生一系列化學反應，阻礙水泥水化產物的晶體增長，不利于水泥土強度增長，導致水泥土結構松散，局部水泥結塊，樁強度很低。并且有機質含量越大，水泥攪拌樁加固軟土的力學性能越差[6]，直接影響成樁效果，因此，復合地基處理方案也不適用該段滑坡處理。

4.2 支護處理

邊坡支護成熟方案較多，如漿砌石擋墻、混凝土擋墻、三軸攪拌樁、抗滑樁、高壓旋噴樁、地下連續墻等。

該滑坡段淤泥質土層比航道設計底高程還低，如施工漿砌石或混凝土擋墻須對基礎再進行加固處理，整體施工時間長，施工費用大，且與航道1:2.5的邊坡整體不協調，影響航道的觀感。三軸攪拌樁同理受土層有機質含量影響不適用。

鋼筋混凝土抗滑樁是可以滿足抗滑要求，但是抗滑樁需逐樁鉆孔灌注，再通過鋼筋混凝土冠梁連成整體，施工時間長，整體費用大不適用于該處滑坡處理。高壓旋噴樁即使插入型鋼但整體剛度仍然較小，無法支撐上部7m高度填筑土堤的壓力。

地下連續墻技術成熟，在基坑支護、地下防滲等施工中都有應用[7]。采用先進的成槽機械設備，具有施工速度快、經濟效益高、剛度大、承壓力強等特點。根據現場實際情況，決定采用上卸下壓聯合地下連續墻綜合處理技術治理該段滑坡。其原理主要是卸載上部土堤，航道下部先進行壓坡處理，保持坡面穩定。施工地下連續墻主要用于承載后期上部填筑土堤壓力，最后新填筑上部防洪土堤，挖除航道坡面多余土方。

經設計單位復核計算，在航道斜坡面中間位置高程13.00 m設置1地下連續墻，可有效承載上部土堤重量，使坡腳及坡面不發生位移變化(如圖3所示)。

圖3 航道地下連續墻施工斷面示意(單位：尺寸mm，高程m)

5 滑坡處理技術

5.1 滑坡處理施工流程

初步清理→卸載上部填筑土堤→卸載土堤運至航道坡面壓坡→地下連續墻施工→填筑上部土堤→挖除航道壓坡及施工平臺→坡面雷諾護墊施工。

5.2 初步清理和卸載

對滑坡段進行初步清理，填筑施工道路。挖除航道內多余的淤泥質土運至棄渣場，保留防洪堤填筑土料。卸載上部填筑土堤至原地高程，將土堤土料運至航道內進行壓坡。

5.3 航道坡面壓坡

先平整場地，卸載土料采用壓路機分層進行碾壓，分層厚度約為60 cm，壓實度為90%。結合地下連續墻施工平臺控制壓坡的頂高程為13.00 m，頂面寬度為 8 m，邊坡坡度為1:2。須預留1 m厚度用來填筑塊石和硬化處理以便施工機械行走。

5.4 地下連續墻支護

采用混凝土強度等級C30的地下連續墻，為確保處理效果，連續墻設置長度為滑坡體兩端各增加15 m，總計60 m，墻體厚度為800 mm，每幅寬度為 6 m，有效墻頂高程為13.00 m，設計深度為22 m，即墻底高程為-9.00 m同時進入中風化巖層1.6 m。并在距離滑坡位置50 m外布置鋼筋加工場。采用雙輪銑槽機進行成槽施工，不具備硬化條件的施工槽段邊可采用塊石填筑，平整碾壓后鋪設鋼板以便機械行走，其他與作業無關的大型機械設備不得靠近，周邊也不能布置大量材料的堆放區域[8]。相鄰兩幅地下連續墻之間接頭采用焊接H型鋼(H×B為684 mm×300 mm)。

導墻為現澆混凝土結構，高出地面設置，混凝土強度等級為C20，必須對稱澆筑。內外導墻間凈距比設計地連墻厚度大50 mm。在拆除模板后進行支撐[9]，根據現場土質條件確定支撐層數為1層，間距為1 m。對槽內泥漿液位進行嚴格控制，確保護壁泥漿高程在導墻頂面以下0.2 m，并高出現場地下水位0.6 m以上并及時補充，防止槽壁坍塌。準備好堵漏材料，緊急情況下可以進行堵漏處理[10]。在槽段開挖至設計標高后應進行驗收，安放鋼筋籠和接頭前須及時清底，清除槽底淤泥和沉渣[11]。地下連續墻混凝土使用兩個管徑250 mm導管同時澆筑，均衡上升，采用自制龍門架進行吊拆，可以確保施工安全。要保證墻體完整性和墻頂高程不超出后期坡面雷諾護墊防護結構，地下連續墻混凝土澆筑頂面高程控制在13.30 m，后期再清除墻頂浮漿，保證連續墻體的完整性[12]。

地下連續墻設計底高程為-9.00 m同時應滿足開槽嵌入中風化巖1.6 m為墻底最終高程。施工時，如某槽段底已達高程-9.00 m，尚未進入中風化花崗巖，則需繼續開槽進入中風化巖1.6 m；如某槽段未達高程-9.00 m前即已進入中風化花崗巖層，則開槽嵌入中風化巖1.6 m為墻底最終高程。遇到特殊情況需進行超前鉆探，并會同設計、監理綜合分析確定。施工時應滿足建筑基坑支護技術規程和相關規范要求，進行不小于同條件下總槽段20%數量的槽壁垂直度檢測，同時采用聲波透射法對墻體混凝土質量進行檢測，檢測墻段數量不少于同條件下總墻段數的20%，每個檢測墻段的預埋超聲波管數不少于4個，且布置在墻身截面的4邊中點處，當根據聲波透射法判定的墻身質量不合格時，采用鉆芯法進行驗證[13]。

5.5 填筑土堤

待地下連續墻強度達到設計要求并按規范檢測合格后，進行上部土堤的分層填筑，壓實度不低于0.91。整體原方施工按案要求進行，此時不能拆除航道坡面的壓坡體。

土堤填筑時應嚴格控制上升速度，填筑上升速度不應大于1.5 m/d，同時對引航道邊坡和填筑體進行整體位移變形觀測。

5.6 挖除航道壓坡體

填筑土堤完成且整體穩定連續進行沉降位移觀測3 d，沒有發生明顯變化時方可挖除航道壓坡體和施工平臺，同時按1:2.5坡度修整航道坡面。挖除時按2 m/層的原則分層進行開挖，同時進行沉降位移觀測，發現變化應立即停止并分析原因。

5.7 雷諾護墊施工

雷諾護墊施工應遵循從下到上的原則，先施工航道底部的灌砌塊石壓腳再往上鋪設雷諾護墊。施工時要主要保護沉降位移觀測點，保證觀測的連續性和數據的真實性。

5.8 處理效果

下游引航道右岸60 m范圍(下1+315～下1+375段)通過采用上卸下壓聯合地下連續墻綜合處理技術進行治理，完成后對土堤及邊坡連續進行沉降位移觀測20 d，未發生明顯沉降及位移，觀測數據穩定，證明該段滑坡處理成功，具備航道驗收條件。

6 結語

需要注意的是在處理此類航道滑坡問題時應對土層進行詳細的地質勘探調查，掌握地質情況和各土層土工試驗數據為采取的解決方案提供決策依據。當采用地下連續墻進行處理時要確保墻體嵌入巖體深度，保證墻體剛度和穩定性。本工程按照設計圖紙施工時高程13.00 m以下坡面淤泥質土被施工擾動，局部破壞產生滑坡，工程量較小，直接采取挖除換填處理，再后續施工坡面雷諾護墊結構。

采用上部卸載下部壓坡結合地下連續墻施工技術，成功的處理了該段滑坡問題。同時針對下游引航道左右岸進行更詳細的地質補充勘探，采用本技術對存在類似地層的邊坡(長度約為900 m)進行了處理。航道驗收通航后整體運行情況良好，后續的監測也沒有發現沉降位移現象。在今后類似項目施工中，如果發現現場地質情況與初期地勘資料不相符時，應引起足夠重視，及時進行地質補充勘察，盡早防治。