時(shí)圣民

(山東省單縣時(shí)樓鎮(zhèn)人民政府，山東 單縣 274000)

1 概 述

膨脹土在我國(guó)分布范圍廣，且對(duì)工程建設(shè)影響較大。尤其是膨脹土邊坡，在降水等因素影響下，極易發(fā)生膨脹變形破壞。引水渠道是重要的輸水工程，渠道水滲漏使渠道邊坡膨脹土遇水膨脹，從而導(dǎo)致渠道邊坡開裂破壞，造成十分嚴(yán)重的后果。目前，聊城引黃灌區(qū)、南水北調(diào)渠道以及北疆均遇到膨脹土問(wèn)題，對(duì)工程的建設(shè)、維護(hù)造成不利影響[1-3]。由于膨脹土分布廣、危害大，許多專家學(xué)者對(duì)膨脹土邊坡帶來(lái)的工程問(wèn)題進(jìn)行了研究。

張坤勇等[4]對(duì)膨脹土邊坡的變形機(jī)理進(jìn)行分析，通過(guò)載荷、干濕循環(huán)等試驗(yàn)，分析了膨脹土邊坡的穩(wěn)定性情況，認(rèn)為裂隙發(fā)育情況對(duì)膨脹土邊坡的穩(wěn)定性影響較大，土體強(qiáng)度衰減及滲流是導(dǎo)致膨脹土邊坡破壞的最主要因素。謝彥初等[5]利用組合賦權(quán)和二分K-means聚類法建立一種膨脹土邊坡“健康”程度的評(píng)價(jià)體系，經(jīng)對(duì)比與實(shí)際勘察成果較為一致，評(píng)價(jià)結(jié)果較為可靠。周峙[6]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察、室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析等方法，分析裂隙形成機(jī)理以及膨脹土邊坡破壞機(jī)理，認(rèn)為膨脹土性質(zhì)以及裂隙發(fā)育情況是控制膨脹土破壞的主要因素。

本文結(jié)合某渠道工程實(shí)際情況，通過(guò)收集渠道變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析該膨脹土邊坡的變形過(guò)程，利用主成分分析法對(duì)邊坡的變形特征進(jìn)行分析。

2 渠道工程變形概況及監(jiān)測(cè)情況

引水工程作為灌區(qū)的主要輸水渠道，穿越距離長(zhǎng)，地質(zhì)條件復(fù)雜。其中，在渠道0+740～0+860段，渠道邊坡土質(zhì)為膨脹土。由于工程所在地區(qū)降水較大，巖土體含水量變化較大，根據(jù)前人研究成果可知，膨脹土邊坡在干濕循環(huán)作用下，強(qiáng)度極易劣化，導(dǎo)致變化穩(wěn)定性較低，引水渠道存在較為嚴(yán)重的穩(wěn)定性問(wèn)題。根據(jù)勘察成果得知，該段渠道膨脹土為中等膨脹。根據(jù)設(shè)計(jì)文件，該段渠道開挖深度約為33～38 m，引水渠道底部寬約13.0 m，渠道邊坡比為1∶3.0、1∶2.5、1∶2.5、1∶2.5、1∶3。從下至上每級(jí)邊坡坡高為10.0、6.0、6.0、6.0、6.0 m。每級(jí)邊坡之間預(yù)留平臺(tái)，平臺(tái)寬度為5.0 m。為了防止渠水滲漏及沖刷影響，采用水泥土對(duì)整個(gè)渠道進(jìn)行處理。該渠道工程典型斷面見圖1。

圖1 渠道典型橫斷面圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該渠道平臺(tái)區(qū)域均未發(fā)現(xiàn)明顯的裂隙，渠道無(wú)裂隙密集帶發(fā)育。因此，在該渠道設(shè)計(jì)時(shí)，僅在過(guò)水?dāng)嗝嫣幵O(shè)置方樁作為支擋，其他區(qū)域暫未設(shè)置抗滑措施。在投入使用后，在二級(jí)邊坡頂部平臺(tái)區(qū)域發(fā)生了較為明顯的位移；在三級(jí)邊坡頂部的排水溝區(qū)域發(fā)生了較為明顯的斷裂、沉降破壞；三、四級(jí)邊坡出現(xiàn)了明顯破壞、開裂現(xiàn)象，且變形破壞存在繼續(xù)發(fā)展的現(xiàn)象，渠道出現(xiàn)淺層破壞。

渠道邊坡發(fā)生滑動(dòng)破壞后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，在0+800處、0+840處的三級(jí)邊坡坡腳區(qū)域發(fā)現(xiàn)較為明顯的滲水現(xiàn)象。渠道外部水流已經(jīng)滲入渠道表面處理的土層下部。在三級(jí)邊坡坡腳區(qū)域，存在一處較為明顯的滑體，滑體厚度在2.5～7.8 m之間。該區(qū)域出現(xiàn)滑動(dòng)變形的主要原因是該處滲漏導(dǎo)致膨脹土與水接觸，力學(xué)性質(zhì)劣化同時(shí)體積發(fā)生變化，導(dǎo)致滲水裂縫不斷擴(kuò)大、膨脹土繼續(xù)脹縮，從而導(dǎo)致渠道邊坡出現(xiàn)滑動(dòng)變形破壞。

為了保證渠道邊坡不發(fā)生大規(guī)模的變形破壞，盡快恢復(fù)渠道的使用，減少渠道破壞造成的損失，在變形發(fā)生后，采取錨桿加固、加設(shè)排水管等系列措施，保證渠道邊坡的排水效果和安全性。同時(shí)，在渠道處設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)渠道的后續(xù)變形進(jìn)行觀測(cè)。根據(jù)加固方案，三級(jí)邊坡布置3排錨桿，錨桿縱向間距3.0 m，錨固力不小于50 kN。監(jiān)測(cè)裝置主要采用滲壓計(jì)和測(cè)斜管，布置方案見圖2。

圖2 滲壓計(jì)和測(cè)斜管布置圖

根據(jù)初次加固后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，臨時(shí)采取的加固措施有效控制了渠道邊坡的變形發(fā)展速率，但邊坡發(fā)展仍在進(jìn)行。為了保證邊坡的安全，控制變形繼續(xù)發(fā)展，在渠道邊坡上加設(shè)傘形錨桿，共布置6排錨桿。其中，垂直向上的錨桿間距2.0 m，順?biāo)鞣较蜷g距為4.0 m，錨固力大于100 kN。

3 基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)渠道邊坡變形分析

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是邊坡變形分析中最為重要、可靠的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)成果是周邊環(huán)境、變形量數(shù)據(jù)的最準(zhǔn)確結(jié)果[7-8]。通過(guò)收集變形觀測(cè)以及周邊環(huán)境數(shù)據(jù)，可對(duì)外部環(huán)境變化條件下的渠道邊坡變形規(guī)律進(jìn)行分析。利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)成果，對(duì)渠道邊坡變形特征進(jìn)行分析是最為可靠的。通過(guò)收集渠道二次加固后的變形觀測(cè)數(shù)據(jù)和渠道周邊外部環(huán)境情況(每日降雨量)的變化情況，作為渠道邊坡變形特征分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。測(cè)斜管位移監(jiān)測(cè)見圖3，周邊環(huán)境變化情況見圖4。根據(jù)測(cè)斜管監(jiān)測(cè)成果可知，變形峰值約為0.5～2.0 m的深度。

圖3 測(cè)斜管表面測(cè)點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)成果

圖4 渠段環(huán)境量過(guò)程線

二次加固以后，渠道邊坡深部位移不斷增大，在二級(jí)邊坡和四級(jí)邊坡處同期出現(xiàn)了變形，且二級(jí)、四級(jí)邊坡處的變形規(guī)律基本一致。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，在渠道邊坡的不同區(qū)域，變形量各不相同。由于二級(jí)、三級(jí)邊坡處的膨脹土干濕循環(huán)現(xiàn)象嚴(yán)重，在干濕循環(huán)影響下，二級(jí)、三級(jí)邊坡的變形量最為顯著。根據(jù)圖3的變形監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，該段渠道邊坡變形呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，之后趨于穩(wěn)定。預(yù)應(yīng)力錨桿施工后，渠道邊坡內(nèi)部應(yīng)力調(diào)整較為劇烈，邊坡變形速率較快。之后，錨桿作用基本穩(wěn)定，邊坡變形主要受外部環(huán)境的影響，隨著降水、地下水位、渠道水位的變化而變化。

將測(cè)斜管獲取的位移變形數(shù)據(jù)繪制到渠道邊坡里面圖上，見圖5。從圖5中可知，在渠道邊坡的不同區(qū)域，測(cè)斜管測(cè)量的位移數(shù)據(jù)各不相同。其中，0+805處、0+835處渠道邊坡變形量最大。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，渠道膨脹土在多次干濕循環(huán)作用下，在該處形成一處滑動(dòng)面，從而導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)較大的變形量。

圖5 變形測(cè)點(diǎn)分區(qū)

4 結(jié) 論

1) 膨脹土邊坡穩(wěn)定性受外界環(huán)境因素影響較大，某渠道工程在投用后，渠道邊坡發(fā)生了滑移破壞。為了保證邊坡的整體穩(wěn)定性，緊急采取支護(hù)措施。第一次加固后，渠道邊坡變形速率逐漸降低，但未達(dá)到收斂，邊坡變形仍在不斷發(fā)展。

2) 為了控制邊坡變形，使其趨于穩(wěn)定，該渠道邊坡進(jìn)行了二次加固。根據(jù)監(jiān)測(cè)資料顯示，二次加固后，渠道邊坡變形逐漸趨于穩(wěn)定。長(zhǎng)期遭受干濕循環(huán)的區(qū)域變形量最大，變形與外界因素關(guān)系密切。

3) 根據(jù)本工程實(shí)例可知，為了保證膨脹土邊坡的穩(wěn)定性，需要控制降水入滲以及地下水入侵導(dǎo)致膨脹土性質(zhì)劣化，從而避免形成貫通的滑裂面，導(dǎo)致大規(guī)模的變形破壞。