引江濟(jì)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(shè)計(jì)院 合肥 230088）

1 切嶺段膨脹土分布特點(diǎn)

引江濟(jì)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(fā)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(jìn)展，勘探人員對切嶺段右岸已開挖邊坡進(jìn)行了施工地質(zhì)現(xiàn)場探查，在河渠初期開挖的約500m 范圍內(nèi)布設(shè)了10 個(gè)地質(zhì)觀察窗口，窗口間距50～70m 不等。地質(zhì)窗口開設(shè)寬度一般1.0～1.5m，采用人工挖掘清渣方式。通過地質(zhì)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(tǒng)計(jì)裂隙分布情況見表1。

調(diào)查結(jié)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(nèi)，對邊坡穩(wěn)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(wěn)定不利，易產(chǎn)生滑坡，應(yīng)對邊坡進(jìn)行加固處理。

表1 切嶺段局部河段右岸邊坡裂隙傾角統(tǒng)計(jì)表

從調(diào)查情況看，無論是長大裂隙、大裂隙，還是小裂隙均較為發(fā)育。另外，土巖界面作為一種沉積間斷型結(jié)構(gòu)面，在該段分布也較為連續(xù)。從引江濟(jì)淮試驗(yàn)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(xiàn)象也會(huì)進(jìn)一步降低結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度，對整體邊坡穩(wěn)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(nèi)排水措施。這種措施對淺層裂隙發(fā)育以膨脹作用為主的渠坡淺層滑動(dòng)保護(hù)具有較好的效果。而對于開挖深度較大、可能出現(xiàn)長大裂隙的中膨脹土邊坡，僅僅通過表面覆蓋，很難達(dá)到長久的安全狀態(tài)。為提高工程安全性，需使用抗滑樁等加強(qiáng)措施。

3 抗滑樁分析

根據(jù)地勘報(bào)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(xì)砂巖?？紤]渠道開挖深度大，邊坡穩(wěn)定性差，渠道未開挖前，無法判斷膨脹土內(nèi)是否存在長大裂隙。而一旦邊坡開挖換填完成，抗滑樁實(shí)施起來又比較困難。因此，預(yù)先通過假定裂隙面，進(jìn)行邊坡穩(wěn)定計(jì)算分析，判斷是否需要增設(shè)抗滑樁非常必要。

3.1 計(jì)算斷面選擇

鑒于膨脹土邊坡存在有潛在滑動(dòng)趨勢，對切嶺段中膨脹土邊坡，選取3 個(gè)典型斷面進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算分析，斷面特征見表2。

3.2 計(jì)算工況

根據(jù)《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL386-2007），1 級邊坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)按照下表取值，該標(biāo)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(jì)算過程中不考慮水位驟降工況。河道邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算主要分為以下三種工況：

（1）正常運(yùn)用條件：穩(wěn)定滲流期河道迎水坡。渠內(nèi)正常輸水位，地下水處于穩(wěn)定滲流。

（2）非常運(yùn)用條件Ⅰ：施工期河道迎水坡。渠內(nèi)無水，地下水處于穩(wěn)定滲流。

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

3.3 參數(shù)選取

根據(jù)該區(qū)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”?！按髿庥绊憥А眱?nèi)的膨脹土，采用殘余強(qiáng)度值；對“非影響帶”內(nèi)的膨脹土，采用折減法取值。弱膨脹土凝聚力和內(nèi)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(nèi)摩擦角分別按“無膨脹性”建議值的65%和85%取值。設(shè)計(jì)考慮膨脹土的換填厚度、大氣影響深度（該區(qū)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(shù)的辦法對斷面進(jìn)行計(jì)算。分帶參數(shù)的選?。?/p>

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(xué)指標(biāo)采用值表

表4 各斷面抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表（未考慮裂隙）

圖1 抗滑樁計(jì)算簡圖

（1）水泥改性土的強(qiáng)度指標(biāo)：粘聚力C=40kPa，內(nèi)摩擦角=15°。

（2）巖土界面強(qiáng)度指標(biāo)：從試驗(yàn)段開挖情況來看，江淮溝通段巖土界面真實(shí)存在，分布厚度不等，計(jì)算取厚度0.6m。對于巖土交界面土體強(qiáng)度指標(biāo)，試驗(yàn)段工程和地質(zhì)報(bào)告分別提出各自的建議。其中試驗(yàn)段室內(nèi)固結(jié)快剪指標(biāo)：C=25.6kPa、=29.6o，現(xiàn)場直剪指標(biāo)：C=54.3kPa、=28.2°。地質(zhì)報(bào)告指標(biāo)：C=15.0kPa、=14.0°。從幾組指標(biāo)可見，試驗(yàn)段指標(biāo)與地質(zhì)報(bào)告推薦指標(biāo)相差較大。從試驗(yàn)段現(xiàn)場可見，地下水易從巖土界面滲出，土體滲透系數(shù)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(yàn)段指標(biāo)和地質(zhì)報(bào)告推薦指標(biāo)，初擬巖土界面土層固結(jié)快剪指標(biāo)：C=13.0kPa、=16.0°，直接快剪指標(biāo)：C=15.0kPa、=14.0°，慢剪指標(biāo)：C=10.0kPa、=18.0°。

（3）裂隙面強(qiáng)度指標(biāo)：裂隙面土體強(qiáng)度指標(biāo)須在具體實(shí)驗(yàn)下得出，在無現(xiàn)場剪切試驗(yàn)，且室內(nèi)裂隙面無法重塑的情況下，根據(jù)南水北調(diào)中線工程經(jīng)驗(yàn)，在計(jì)算過程中假定裂隙面土體指標(biāo)：固結(jié)快剪指標(biāo)：C=12.0kPa、=9.0°，直接快剪指標(biāo)：C=13.0kPa、=5.0°，慢剪指標(biāo)：C=10.0kPa、=10.0°。同時(shí)，對陡傾角的卸荷裂隙，基本為張拉裂隙，計(jì)算時(shí)C、值均取0。

綜合以上土體建議指標(biāo)及土體分帶參考指標(biāo)，各斷面不同計(jì)算工況下物理力學(xué)指標(biāo)見表3。

3.4 計(jì)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(jù)地質(zhì)橫剖面，取5°，未考慮膨脹土內(nèi)存在裂隙因素。各斷面穩(wěn)定計(jì)算成果見表4。

表5 各斷面抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表（考慮裂隙）

表6 各斷面抗滑穩(wěn)定計(jì)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(xiàn)場渠道開挖及地質(zhì)窗口可見，邊坡內(nèi)存在的裂隙較多，且大多傾角小于30o。因此計(jì)算過程中，對裂隙傾角采取最不利角度30°進(jìn)行計(jì)算。各斷面穩(wěn)定計(jì)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(jì)算滑動(dòng)面下部打入直徑1.2m 抗滑樁，間距3.6m，樁深入全強(qiáng)風(fēng)化巖內(nèi)2.0m。計(jì)算簡圖見圖1，各斷面穩(wěn)定計(jì)算成果見表6。

3.5 成果分析

通過計(jì)算成果可見，膨脹土邊坡高度大于15.0m 時(shí)，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(guī)范允許最小安全系數(shù)的穩(wěn)定要求。

一旦考慮坡內(nèi)存在長大裂隙面時(shí)，雖然抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于1.0，但不滿足規(guī)范要求。通過打入擬定的抗滑樁試算，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均可滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

江淮分水嶺切嶺段地質(zhì)條件復(fù)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(yùn)行時(shí)間的增長，受循環(huán)降雨影響，無論原生裂隙還是次生裂隙，發(fā)育程度會(huì)越來越大。從工程安全方面出發(fā)，當(dāng)中膨脹土邊坡出露高度大于15m 或者有長大貫穿裂隙時(shí)，增加抗滑樁措施對邊坡的安全運(yùn)行是非常必要的■