引江济淮菜巢分水岭膨胀土边坡防治探讨

金习武

引江济淮菜巢分水岭膨胀土边坡防治探讨

金习武

一、引言

引江济淮工程沟通长江、淮河两大水系，润泽安徽，惠及河南，造福淮河，是解决淮河中游地区水资源短缺和支撑淮河流域及中原经济区发展不可替代的重大水资源配置工程，是加快巢湖水环境综合治理和改善淮河生态环境及遏制淮北中深层地下水超采不可或缺的重要生态保护措施，是构建跨区域现代综合运输体系和优化中西部地区产业布局及促进区域协调发展不可多得的黄金水运通道，是一项具有保障供水、发展航运、农业灌溉补水和改善环境等综合效益的大型跨流域调水工程。根据引江济淮工程规划方案，工程拟从长江取水，经凤凰颈引江枢纽和枞阳引江枢纽2个口门，并分别经西河、兆河和菜子湖、孔城河、白石天河双线入巢湖或经巢湖南岸绕湖入派河，利用派河上溯翻越江淮分水岭入瓦埠湖和淮河，再经淮北主要支流继续北送至淮北地区。

引江济淮工程由引江济巢、江淮沟通、江水北送三大部分组成。其中的引江济巢段跨越菜子湖巢湖分水岭（简称菜巢分水岭），切岭长度达28km，局部切深达40m。本段拟开挖渠道地层大部分为膨胀土层，本文针对可能产生的边坡破坏问题及防治方法进行探讨。

二、菜巢分水岭地层特性

菜巢分水岭切岭段自引江济淮引江济巢段桩号C66+600～94+200，长约28km，主要为岗地、丘陵地貌，表层分布有大量第四系上更新统冲积地层，主要为重粉质壤土、粉质粘土（Qal3），含铁锰质结核，棕黄、棕黄夹灰色，硬可塑～硬塑状。各土层的自由膨胀率一般为40%～90%，大部分为弱～中等膨胀性土，膨胀土在渠道内的切深5～23m，其中切深超过10m的渠段长约10km。

据钻野外观察及室内试验，区内膨胀土不同深度内均有裂隙发育，裂隙面被次生青灰色粘土充填。土体表面呈青灰色或青灰色条带。裂隙面极光滑，油腻状，具腊状光泽。切开粘土表面充填物，内层仍显灰黄色。裂隙多呈闭合状，当其随卸荷及松动而张裂，在坡角被开挖时，常沿裂隙面整体座落呈“岩堆状”。膨胀土是一种超固结粘土，在天然状态下，呈坚硬至硬塑状态，具有较好的力学性质，有较高的峰值强度；当其含水量急剧增大或边坡开挖卸荷后各土体产生水平的侧向回弹位移，坡体变形开裂，这种不可逆的膨胀现象，造成土体的强度逐渐衰减，压缩性增大。

三、膨胀土边坡特性及变形破坏形式

引江济淮工程施工开挖渠道，将不可避免地形成大量人工膨胀土边坡。膨胀土边坡不同于一般土质边坡，其表层在一定的深度（大气影响带）范围内，受自然力的影响长期处于变动之中，时而缓慢，不易察觉，时而突变，大能量释放，造成破坏。对于人造膨胀土边坡来说，不存在所谓绝对的稳定，对它的研究，就是要使其在某一条件下处于相对的稳定，由量变到质变控制在某个允许范围之内。

膨胀土边坡的变形破坏形式种类较多，产生和发展的影响因素也很复杂，常见的边坡破坏形式如下几种：

剥落：渠道边坡表层在大气应力作用下遭到风化或因土体超固结应力的释放，土块之间粘结力减弱或丧失，碎解成粒、片状，在重力作用下沿坡面滚落，坡面越陡，剥落越严重。

冲蚀：坡面表层在水流的冲刷侵蚀下，产生的沟状冲蚀现象，坡面越陡，水的冲力越大，冲蚀现象越厉害。

滑塌：表层吸水软化，抗剪强度降低，在重力和渗透压力的作用下，沿坡面局部下滑的现象。这是挖方常见的一种变形方式，被格式或排式护坡分割成小块的边坡，常因坡面过陡，造成表面土体陷塌，土骨架露出，失去防护作用。

坍塌：其危害仅次于滑坡，出现力量较大的坡体变形，可见半圆形或无规则的滑移面，滑移面上的含水量明显高于坍塌土体，坍滑体上可见密集分布的裂隙，坍塌多发生在坡体的下部，往往是产生牵引式滑坡的先兆。

滑坡：与开挖坡比有密切地关系，坡比越陡，卸荷裂隙越易张开，雨水沿裂隙面渗透，使裂隙周边土体软化，强度降低，自重增加，层层牵引，层层滑动。坡体的滑动，常影响到整个开挖坡体的变形与稳定。即使经过治理达到新的稳定，也常常留下隐患，所以应该尽量避免滑坡的产生。

四、膨胀土边坡的综合防治

从上述膨胀土边坡的变形破坏形式来看，选择合适的边坡坡比是实现边坡相对稳定的前提，否则会诱发、加剧病害的发生或者人为地造成经济和资源的损失。根据工程地质比拟法、力学计算法等方法可以确定相对稳定的边坡坡比。相对稳定的坡比还必须与其他防治工程项目结合，相辅相成，共同作用，才能维持一个稳定的边坡。必须针对边坡的特性、环境的影响、边坡各部位可能产生的应力种类和大小，采取相应的处理、预防措施，进行综合治理。

1.边坡的工程防护与加固

边坡膨胀土受到雨水浸润而膨胀时，土的自重应力增加，对抑制竖向变形有一定好处。但坡体内的侧向应力在靠近坡面显著降低，加上膨胀引起的水平膨胀力的作用，坡体有向坡外变形的趋势，产生一定的水平位移。由于水的浸润，抗剪强度降低，因此坡顶易产生张力带并逐渐扩展变形。坡脚产生剪力区，一旦剪应力大于坡脚抗剪强度，坡脚处土体会从蠕变发展到大的变形位移，引起整个坡体失稳。根据膨胀土边坡的应力分布情况，经常采用的防治构造物有挡土墙、抗滑桩、抗滑渗（盲）沟、浆砌片石护坡、草皮护坡、土工布与土工格栅防护等。

2.植被护坡

植被防护包括播草籽、植草皮、种树等几项内容，实践证明植被防护不仅可以绿化美观，重要的是可以通过植被蓄储水分，保持坡体中土的湿度，减少和降低干湿循环作用效应，增加坡面的防冲刷、防变形能力。通过对膨胀土边坡上植被的观察，也可以判定其他边坡是否达到了稳定或初步稳定。

3.土工格栅加固边坡

对膨胀土较强或边坡体，采用土工格栅加固效果很好。土工格栅的加固机理如下：网格与压实土体共同的摩阻力，限制土体的侧向位移以增强土体的整体性，提高土体的抗剪强度；网格如同加筋体，既增加了它与土体共同的抗拉性能，也能均衡地传递、分布上部土体的压应力，增加土体的抗压模量；由于加筋的作用，土体的性质也发生了改变。

4.坡面排水

不论是施工期间还是建成运行期间，膨胀土边坡的排水始终是一个必须值得重视的问题。很多工程的破坏事故都是由于排水不当造成的。

坡体以外的地表水，以拦截和旁引为原则：开挖坡顶截水沟，其目的是拦截坡体以外的地表水，不使水流入坡体内，并尽快排除坡体范围内的雨水，引导地表水在坡体外排走，因此可以在坡体外设置一条或多条环形截水沟，拦截旁引地表迳流，不使流入坡体范围之内。坡体以内的地表水以防渗、尽快汇集和引出为原则，因此在坡体内修建渗沟及明沟等引水工程，以减少对坡体的供水。

五、结语

膨胀土边坡作为一种特殊边坡，应结合边坡地理环境、气候及地形地貌特征等综合因素对其进行综合防治。引江济淮菜巢分水岭段新开挖膨胀土边坡预计30km左右，只要在设计和施工中加以重视，提前防治，一定可以预防和减少各种边坡破坏的产生

（作者单位：安徽省水利水电勘测设计院233000）