金習(xí)武

引江濟(jì)淮菜巢分水嶺膨脹土邊坡防治探討

金習(xí)武

一、引言

引江濟(jì)淮工程溝通長江、淮河兩大水系，潤澤安徽，惠及河南，造?；春?，是解決淮河中游地區(qū)水資源短缺和支撐淮河流域及中原經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展不可替代的重大水資源配置工程，是加快巢湖水環(huán)境綜合治理和改善淮河生態(tài)環(huán)境及遏制淮北中深層地下水超采不可或缺的重要生態(tài)保護(hù)措施，是構(gòu)建跨區(qū)域現(xiàn)代綜合運(yùn)輸體系和優(yōu)化中西部地區(qū)產(chǎn)業(yè)布局及促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展不可多得的黃金水運(yùn)通道，是一項(xiàng)具有保障供水、發(fā)展航運(yùn)、農(nóng)業(yè)灌溉補(bǔ)水和改善環(huán)境等綜合效益的大型跨流域調(diào)水工程。根據(jù)引江濟(jì)淮工程規(guī)劃方案，工程擬從長江取水，經(jīng)鳳凰頸引江樞紐和樅陽引江樞紐2個(gè)口門，并分別經(jīng)西河、兆河和菜子湖、孔城河、白石天河雙線入巢湖或經(jīng)巢湖南岸繞湖入派河，利用派河上溯翻越江淮分水嶺入瓦埠湖和淮河，再經(jīng)淮北主要支流繼續(xù)北送至淮北地區(qū)。

引江濟(jì)淮工程由引江濟(jì)巢、江淮溝通、江水北送三大部分組成。其中的引江濟(jì)巢段跨越菜子湖巢湖分水嶺（簡稱菜巢分水嶺），切嶺長度達(dá)28km，局部切深達(dá)40m。本段擬開挖渠道地層大部分為膨脹土層，本文針對可能產(chǎn)生的邊坡破壞問題及防治方法進(jìn)行探討。

二、菜巢分水嶺地層特性

菜巢分水嶺切嶺段自引江濟(jì)淮引江濟(jì)巢段樁號C66+600～94+200，長約28km，主要為崗地、丘陵地貌，表層分布有大量第四系上更新統(tǒng)沖積地層，主要為重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土（Qal3），含鐵錳質(zhì)結(jié)核，棕黃、棕黃夾灰色，硬可塑～硬塑狀。各土層的自由膨脹率一般為40%～90%，大部分為弱～中等膨脹性土，膨脹土在渠道內(nèi)的切深5～23m，其中切深超過10m的渠段長約10km。

據(jù)鉆野外觀察及室內(nèi)試驗(yàn)，區(qū)內(nèi)膨脹土不同深度內(nèi)均有裂隙發(fā)育，裂隙面被次生青灰色粘土充填。土體表面呈青灰色或青灰色條帶。裂隙面極光滑，油膩狀，具臘狀光澤。切開粘土表面充填物，內(nèi)層仍顯灰黃色。裂隙多呈閉合狀，當(dāng)其隨卸荷及松動而張裂，在坡角被開挖時(shí)，常沿裂隙面整體座落呈“巖堆狀”。膨脹土是一種超固結(jié)粘土，在天然狀態(tài)下，呈堅(jiān)硬至硬塑狀態(tài)，具有較好的力學(xué)性質(zhì)，有較高的峰值強(qiáng)度；當(dāng)其含水量急劇增大或邊坡開挖卸荷后各土體產(chǎn)生水平的側(cè)向回彈位移，坡體變形開裂，這種不可逆的膨脹現(xiàn)象，造成土體的強(qiáng)度逐漸衰減，壓縮性增大。

三、膨脹土邊坡特性及變形破壞形式

引江濟(jì)淮工程施工開挖渠道，將不可避免地形成大量人工膨脹土邊坡。膨脹土邊坡不同于一般土質(zhì)邊坡，其表層在一定的深度（大氣影響帶）范圍內(nèi)，受自然力的影響長期處于變動之中，時(shí)而緩慢，不易察覺，時(shí)而突變，大能量釋放，造成破壞。對于人造膨脹土邊坡來說，不存在所謂絕對的穩(wěn)定，對它的研究，就是要使其在某一條件下處于相對的穩(wěn)定，由量變到質(zhì)變控制在某個(gè)允許范圍之內(nèi)。

膨脹土邊坡的變形破壞形式種類較多，產(chǎn)生和發(fā)展的影響因素也很復(fù)雜，常見的邊坡破壞形式如下幾種：

剝落：渠道邊坡表層在大氣應(yīng)力作用下遭到風(fēng)化或因土體超固結(jié)應(yīng)力的釋放，土塊之間粘結(jié)力減弱或喪失，碎解成粒、片狀，在重力作用下沿坡面滾落，坡面越陡，剝落越嚴(yán)重。

沖蝕：坡面表層在水流的沖刷侵蝕下，產(chǎn)生的溝狀沖蝕現(xiàn)象，坡面越陡，水的沖力越大，沖蝕現(xiàn)象越厲害。

滑塌：表層吸水軟化，抗剪強(qiáng)度降低，在重力和滲透壓力的作用下，沿坡面局部下滑的現(xiàn)象。這是挖方常見的一種變形方式，被格式或排式護(hù)坡分割成小塊的邊坡，常因坡面過陡，造成表面土體陷塌，土骨架露出，失去防護(hù)作用。

坍塌：其危害僅次于滑坡，出現(xiàn)力量較大的坡體變形，可見半圓形或無規(guī)則的滑移面，滑移面上的含水量明顯高于坍塌土體，坍滑體上可見密集分布的裂隙，坍塌多發(fā)生在坡體的下部，往往是產(chǎn)生牽引式滑坡的先兆。

滑坡：與開挖坡比有密切地關(guān)系，坡比越陡，卸荷裂隙越易張開，雨水沿裂隙面滲透，使裂隙周邊土體軟化，強(qiáng)度降低，自重增加，層層牽引，層層滑動。坡體的滑動，常影響到整個(gè)開挖坡體的變形與穩(wěn)定。即使經(jīng)過治理達(dá)到新的穩(wěn)定，也常常留下隱患，所以應(yīng)該盡量避免滑坡的產(chǎn)生。

四、膨脹土邊坡的綜合防治

從上述膨脹土邊坡的變形破壞形式來看，選擇合適的邊坡坡比是實(shí)現(xiàn)邊坡相對穩(wěn)定的前提，否則會誘發(fā)、加劇病害的發(fā)生或者人為地造成經(jīng)濟(jì)和資源的損失。根據(jù)工程地質(zhì)比擬法、力學(xué)計(jì)算法等方法可以確定相對穩(wěn)定的邊坡坡比。相對穩(wěn)定的坡比還必須與其他防治工程項(xiàng)目結(jié)合，相輔相成，共同作用，才能維持一個(gè)穩(wěn)定的邊坡。必須針對邊坡的特性、環(huán)境的影響、邊坡各部位可能產(chǎn)生的應(yīng)力種類和大小，采取相應(yīng)的處理、預(yù)防措施，進(jìn)行綜合治理。

1.邊坡的工程防護(hù)與加固

邊坡膨脹土受到雨水浸潤而膨脹時(shí)，土的自重應(yīng)力增加，對抑制豎向變形有一定好處。但坡體內(nèi)的側(cè)向應(yīng)力在靠近坡面顯著降低，加上膨脹引起的水平膨脹力的作用，坡體有向坡外變形的趨勢，產(chǎn)生一定的水平位移。由于水的浸潤，抗剪強(qiáng)度降低，因此坡頂易產(chǎn)生張力帶并逐漸擴(kuò)展變形。坡腳產(chǎn)生剪力區(qū)，一旦剪應(yīng)力大于坡腳抗剪強(qiáng)度，坡腳處土體會從蠕變發(fā)展到大的變形位移，引起整個(gè)坡體失穩(wěn)。根據(jù)膨脹土邊坡的應(yīng)力分布情況，經(jīng)常采用的防治構(gòu)造物有擋土墻、抗滑樁、抗滑滲（盲）溝、漿砌片石護(hù)坡、草皮護(hù)坡、土工布與土工格柵防護(hù)等。

2.植被護(hù)坡

植被防護(hù)包括播草籽、植草皮、種樹等幾項(xiàng)內(nèi)容，實(shí)踐證明植被防護(hù)不僅可以綠化美觀，重要的是可以通過植被蓄儲水分，保持坡體中土的濕度，減少和降低干濕循環(huán)作用效應(yīng)，增加坡面的防沖刷、防變形能力。通過對膨脹土邊坡上植被的觀察，也可以判定其他邊坡是否達(dá)到了穩(wěn)定或初步穩(wěn)定。

3.土工格柵加固邊坡

對膨脹土較強(qiáng)或邊坡體，采用土工格柵加固效果很好。土工格柵的加固機(jī)理如下：網(wǎng)格與壓實(shí)土體共同的摩阻力，限制土體的側(cè)向位移以增強(qiáng)土體的整體性，提高土體的抗剪強(qiáng)度；網(wǎng)格如同加筋體，既增加了它與土體共同的抗拉性能，也能均衡地傳遞、分布上部土體的壓應(yīng)力，增加土體的抗壓模量；由于加筋的作用，土體的性質(zhì)也發(fā)生了改變。

4.坡面排水

不論是施工期間還是建成運(yùn)行期間，膨脹土邊坡的排水始終是一個(gè)必須值得重視的問題。很多工程的破壞事故都是由于排水不當(dāng)造成的。

坡體以外的地表水，以攔截和旁引為原則：開挖坡頂截水溝，其目的是攔截坡體以外的地表水，不使水流入坡體內(nèi)，并盡快排除坡體范圍內(nèi)的雨水，引導(dǎo)地表水在坡體外排走，因此可以在坡體外設(shè)置一條或多條環(huán)形截水溝，攔截旁引地表逕流，不使流入坡體范圍之內(nèi)。坡體以內(nèi)的地表水以防滲、盡快匯集和引出為原則，因此在坡體內(nèi)修建滲溝及明溝等引水工程，以減少對坡體的供水。

五、結(jié)語

膨脹土邊坡作為一種特殊邊坡，應(yīng)結(jié)合邊坡地理環(huán)境、氣候及地形地貌特征等綜合因素對其進(jìn)行綜合防治。引江濟(jì)淮菜巢分水嶺段新開挖膨脹土邊坡預(yù)計(jì)30km左右，只要在設(shè)計(jì)和施工中加以重視，提前防治，一定可以預(yù)防和減少各種邊坡破壞的產(chǎn)生

（作者單位：安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)院233000）