膨胀土切岭渠坡失稳成因分析和治理对策

许道龙

膨胀土切岭渠坡失稳成因分析和治理对策

许道龙

一、前言

安徽省已建的人工开挖河渠工程中，具有代表性的深切岭滑坡主要存在于淠史杭灌区将军岭切岭、驷马山滁河分洪道切岭和新汴河徐岗切岭，工程运行后边坡失稳均较严重。根据地勘分析上述滑坡为典型的膨胀土渠坡失稳地质灾害，有关单位曾进行了长期大量的观测试验和综合研究以指导滑坡治理，实践证明成效显著。

二、切岭概况和滑坡治理情况

淠史杭灌区将军岭切岭为淠河总干渠与滁河干渠的沟通水道，边坡坡度为1∶3～1∶2.5，每5m设一平台，平台宽度分别为2～4m，最大切深19m，坡顶堆土厚度7～9m。工程于1967年通水，1987年开始出现滑坡，先后采用表土重塑、排水沟、砌石拱支挡、坡面植草、一级平台支撑桩与拱型骨架联用等措施进行治理。

驷马山滁河分洪道为滁河流域与长江的沟通水道，分洪道切岭段长11.5km，其中深切岭段长6.1 km，边坡坡比1∶2.0～1∶3.0，设有多级平台，最大切深40m，1972年投入运行，已发生大小滑坡十余处，治理措施分别有竖井联合水平排渗孔、表土重塑、削坡减载、排水明沟或排渗暗沟、挡土墙或坡脚护砌支挡等。

新汴河徐岗切岭位于安徽泗县与江苏省交界处，长约6km，河底宽115m，边坡坡度为1∶3～1∶2.5，每6m设一宽3m平台，切深18～20m，坡顶堆土厚度6～8m。工程自1970年通水运行以来发生规模较大的滑坡9次，先后采取削坡减载、降水井、排水沟、砌石或混凝土拱支挡、水下坡面防护、坡面植草、一级平台双排灌注桩等措施进行管理。

三、渠坡失稳成因分析

上述切岭滑坡多属中浅层滑坡，具有浅层性、牵引性、长期性、季节性和方向性等特性，滑坡过程从推动式逐渐发展成牵引式。根据工程地质特征以及土的自由膨胀率（驷马山分洪道切岭平均60%，新汴河徐岗切岭平均76%）等指标，切岭土质均为中～弱膨胀性，局部偏强。影响膨胀土渠坡稳定的因素很多，但土的内在胀缩特性是构成滑坡的主因，其他因素如地下水活动、边坡坡度、堆载、地形地貌和地质构造、气候条件、施工开挖方式等均为渠坡失稳的外因，尤其是地下水活动因素。

1.膨胀土胀缩特性导致的粘土裂隙发育是造成滑坡的内在因素

膨胀土多裂隙一方面是它显著的胀缩性和低渗透性，另一方面是边坡开挖导致侧向应力释放。而裂隙对膨胀土强度影响很大，试验表明，土的内摩擦角随体缩率或干湿循环次数的增加而显著降低，土体强度随剪切面上裂隙所占百分比的增加而降低，同时裂缝使雨水快速渗入形成水平推力和渗透力。另外，由于裂隙水的残蚀作用，土体蒙脱类矿物在裂隙面形成一层滑腻次生物，加速了滑动面的形成。

2.地下水的作用是促成滑坡的主要外因

地下潜水受地表水和大气降水控制，以垂直渗透补给为主，主要赋存于相对松散的浅部土层及填土层。地下潜水的存在显著降低了土的强度指标，在土体孔隙或裂隙中也会产生静水压力和渗透力，同时膨胀土中矿物成分浸水后发生吸湿现象，地下水位的升降形成土体干湿循环，加速了膨胀土胀缩和崩解。部分切岭地下承压水会对潜在滑动面软弱层形成顶托，对膨胀土矿物质进行水化反应，降低了土的强度。一般情况下，切岭渠道完建期后均会改变地下水的渗流方向，形成垂直于渠线的较大渗透压力，也是运行初期边坡失稳的主要诱因。

四、膨胀土渠坡治理对策

膨胀土渠坡的治理应紧密结合其破坏内在机理,重点针对膨胀土的裂隙性、膨胀性、吸水软化等内在特性采取对应的治理措施,同时针对边坡破坏的外在因素采取其他辅助措施，以达到综合治理的目的。治理措施主要归纳为表层防护、降排水处理和支挡防护三个方面。

1.表层防护

其目的是阻隔膨胀土土体吸收和蒸发水分，预防裂隙的产生和发展，防止外水渗入，吸收膨胀势能，对渠道水位以下的边坡还有抗冲作用。具体措施有：

（1）换填土。将膨胀土部分挖除，用非膨胀性粘土或粗粒土覆盖，在边坡表层形成一道不易产生裂隙的保护层。换土效果与土料性质、施工质量、换土厚度等密切有关，换土厚度一般为1～2m。

（2）表土重塑。即对膨胀土就地翻挖重塑回填，目的是释放出膨胀土超固结潜能,中等膨胀土翻挖深度一般1～1.5m，回填密度需通过试验以膨胀势能最小作为填筑标准，对于裂隙已发育的边坡浅表通过重塑回填，可以大大节省投资。

（3）化学固化。即采用化学添加剂如石灰和水泥等材料来进行膨胀土的化学固化，使膨胀土的液限与膨胀量降低，增大缩限和抗剪强度，具有良好的抗渗抗冲耐磨性。石灰掺量一般5%～10%，灰土衬砌厚度40cm，水泥含量一般为7%～10%，厚度20cm，表面覆盖薄层水泥砂浆，土料可用粘性非膨胀土或现场膨胀土。

（4）防渗土工膜。用复合土工膜覆盖边坡渠坡可以防止水分蒸发和入渗，避免裂缝开展，措施经济、施工简单。土工膜需设上保护层避免日晒老化，膜下需设单向排水设施，一般采用强度较高的两布一膜，膜上填土不小于0.5m，可植草防护。

（5）抗冲护坡。对常水位以下渠坡进行防护，避免水位变幅区边坡裂隙风化造成土体松散强度降低，受水流和浮力作用导致坍塌，坡面现浇混凝土或浆砌石结构还可以降低裂隙的发展速度。为避免水下边坡膨胀变形造成衬砌破坏，衬砌基础可换成非膨胀粘性土或掺灰改性土，或用柔性或预制混凝土。衬砌混凝土厚度一般8～15cm。

（6）种植草皮。在坡面植草可减少表土流失、水分蒸发和雨水入渗，便于坡面雨水向排水沟汇流，间接提高边坡的整体稳定性。

2.降排水处理

与表层防护以尽量阻止表水进入土体，预防裂隙的产生和发展等措施相对应，降排水处理一方面通过工程措施将土体内水尽可能排出，以降低土体地下潜水位和承压水位，提高土体强度，降低渗透力，减少土体吸水软化程度，另一方面通过坡面排水体系尽快导走表水，减少雨水入渗。

（1）降水井。降水井既可以降低地下潜水，也可以降低地下承压水，如地下存在与外水连通的强透水砂层，降水效果尤为明显。由于膨胀土的渗透系数很小，降水井的井距不宜过大，一般10m左右，井径0.5～1.0m为宜。井深需深入透水砂层一定深度，或者至渠道常水位以下，便于井水的排出。底部无透水砂层的降水井，在渠坡常水位以上往往设置水平导水井管与竖井连通，既可降低井面水位，又可进一步降低其上部的地下潜水。

（2）坡面排水沟。沿坡面纵横向均匀布设排水系统,并相互连通构成地表排水网，以尽快排除坡面来水,防止雨水入渗和冲刷坡面。排水沟以浆砌石或混凝土块衬砌为宜。

3.支挡防护

支挡防护既可用于预防膨胀土边坡失稳，又可对已滑边坡进行加固治理。支挡结构物的型式要根据边坡计算推动力或滑动面位置而定，或者按照地形地貌、土层结构与性质、边坡高度、滑动体范围的大小与厚度，以及受力条件和危害程度而定。通常大型高边坡渠道可采取减载抗滑桩支挡为主，中小型渠道可采用挡土墙等型式。

（1）砌石（混凝土）联拱支挡。联拱支挡主要用于中下部的坡面，一是支挡与钳固坡面未完全清除的滑体及边坡松散土体，防止因泥塑流而形成的小型表面溜滑，能够预防浅层或牵引式滑坡；二是拱圈结合排水明沟布置可排除边坡渗水，结合能量释放后的裂隙粘土重塑回填有利于排渗和防冲。联拱的跨径不宜超过4m。

（2）挡土墙。倒坡基础挡墙投资较省，充分利用被动土压力，基础深入滑动面以下约1.0m，墙背后设反滤排水体。对中小型窄深式渠道可采用对撑式挡墙，有利于挡墙的稳定。挡土高度不大的渠坡可采用常规重力式或扶壁式挡土墙。土工织物挡墙一般由填料、筋材和面板三部分组成，挖除膨胀土滑坡体，土工织物分层铺设再回填土压实，土工织物铺设长度根据自身物理力学参数以及岩土工程性质确定，通常为0.5m厚土层铺设一层编织物，填料可以为中等膨胀土。上述挡墙后采用粘性非膨胀土回填可显著减少传递到挡墙的侧向膨胀压力，增加挡墙自身的稳定性，减小结构内力。

（3）土钉墙。土钉墙是加固膨胀土边坡的一种新技术，能够大大减少土体的变形，由面板、金属杆、砂浆与土体所组成。土钉的面板厚一般为8～30cm的喷射混凝土，金属杆一般为直径15～25mm的钢筋，钻孔向下倾斜0°～20°，然后插入金属杆、灌浆、喷射第一层混凝土，最后挂上钢丝网再喷射第二层混凝土。

（4）抗滑桩支挡。用抗滑桩来预防和治理滑坡，具有破坏滑体少、施工方便、工期短、省工省料等优点，是治理深层滑坡最为常见和有效的方法。抗滑桩常采用钢筋混凝土钻孔桩，断面直径0.8～1.2m，条件允许也可采用挖孔桩，断面直径可达1.5～2.0m。桩间距一般为桩径的3～5倍，桩深入滑动面以下为桩长的1/3以上。抗滑桩一般梅花形布置2～3排，以免滑体从桩间滑出。在重要的或具备施工条件渠段，抗滑桩间加以横向连接或斜向支撑形成一个空间结构系统，以增强桩的整体稳固性。

当潜在滑动土体推力过大时，上述支挡防护结构往往结合高边坡卸载、放缓坡度以及其他支挡措施联合使用，才能更加经济安全。

五、结语

膨胀土渠坡治理分为预处理和滑坡治理两个层次，设计时应以预防为先，甄别出影响边坡稳定的内在和外在因素，因地制宜，组合运用上述治理对策，力求措施科学、施工方便且经济合理■

（作者单位：安徽省水利水电勘测设计院230088）