聊城市东昌府区引黄灌区渠道工程膨胀土边坡治理方案分析

荣 智，魏庆阳

(聊城市东昌府区水利局，山东 聊城 252000)

1 概 述

膨胀土是一种较为特殊的岩土体，其遇水膨胀、收缩等特性对工程建设有较大的影响，在工程实践中，需要充分考虑膨胀土的这一特性，否则将造成无法估量的后果[1-3]。膨胀土边坡是膨胀土地区较为复杂的工程地质问题，有许多专家、学者对膨胀土边坡进行了较为深入的研究。沈丹萍等[4]对降雨作用下，南水北调工程膨胀土渠道边坡的稳定性进行了分析；郭从洁等[5]分析了初始含水率对膨胀土边坡稳定性的影响；邓铭江等[6]对北疆地区膨胀土边坡破坏机理进行了研究。根据已有研究成果可知，水对膨胀土边坡的稳定性影响较大，因此针对渠道工程膨胀土边坡的问题需要进行深入研究。结合聊城市东昌府区引黄灌区农业节水工程渠道工程建设，对该渠道膨胀土边坡稳定性进行分析。

2 工程概况

东昌府区引黄灌区为位山灌区，设计灌溉面积5.36×104hm2，有效灌溉面积4.433 3×104hm2。位山灌区引黄水源对全区进行了全部覆盖，骨干渠道为位山二、三干渠，年引水1×108m3。通过疏浚、衬砌沟渠、新建、改建、维修建筑物，增加水源工程、配合现有信息化平台，增加计量、闸门控制等装置，起到节约农业用水、强化用水计量、规范用水管理、减轻管理工作负担的作用。

3 渠道坡面膨胀土治理

三级干渠桩号5+000～8+840采用明渠开挖方式，明渠开挖段总长3.84 km。根据地质报告勘察成果，5+000～6+700、7+640～8+840段沿程边坡上覆弱～中等膨胀潜势的③层重粉质壤土。其中，5+000～6+700段渠道上部③层土高度不超高5 m，7+640～8+840段上部③层土高度普遍超过8 m。考虑到边坡稳定及投资情况，本次拟对渠道上部③层膨胀土较高的7+640～8+840段渠道坡面进行膨胀土治理。

结合现场调查以及地勘成果可知，灌区干渠工程的膨胀土完整性较好，未发现较为明显的长大裂隙。可初步判定，渠道膨胀土边坡基本不会发生由长大结构面控制的大规模破坏。但在干湿交替、雨水入渗等条件影响下，膨胀土已有裂隙存在发展、扩大的可能。因此，防止雨水入渗是河道膨胀土边坡治理的重要措施。与此同时，做好表面排水和土体内排水设施，避免膨胀土因遇水崩解以及干湿交替引起的边坡失稳。

3.1 膨胀土分布情况

从本阶段地质钻探资料分析，三级干渠桩号7+640～8+840段大量分布③层重粉质壤土，且渠底上部高度普遍超过8 m，该层土含铁锰结核，黄、灰黄、灰白等色，可塑～硬塑，为弱～中等膨胀潜势，对河道边坡的稳定构成一定威胁。

3.2 膨胀土边坡失稳缘由初析

膨胀土具备胀缩性、裂隙性和超固结性，是其区别于一般黏性土的重要特征。膨胀土的“三性”形成的原因以及对边坡稳定性的影响也不尽相同。其中，膨胀土的胀缩性主要受到形成膨胀土的矿物所控制，是膨胀土的“内因”。膨胀土具备的胀缩性使其在干湿循环影响下，体积不断变化，从而造成膨胀土之间出现裂隙。膨胀土裂隙的形成，对整个边坡的稳定性将造成巨大的影响。在膨胀土边坡内部，裂隙是边坡应力集中的区域，也是土体强度较低的区域。同时裂隙的存在，导致了雨水的汇集，增大了膨胀土的胀缩性，裂隙中的雨水也增大了边坡的水压力，降低了土体抗剪强度，导致边坡容易出现滑动破坏。膨胀土超固结性在河道开挖卸荷影响下，土体易出现软化，可导致膨胀土边坡易于失稳破坏。

3.3 膨胀土边坡治理方案

3.3.1 膨胀土边坡常用治理措施分析

根据上述分析可知，水是诱发膨胀土边坡失稳破坏的一个主要因素。为了保证膨胀土边坡的稳定性，可从以下几个方面采取相关治理措施：

1) 构建良好的膨胀土边坡防水、排水体系。首先，需要保证在边坡坡面没有大量的降水、地表水入渗，同时需要保证降水、地表水的排泄条件，尽快疏排。

2) 在工程施工期间，保证膨胀土边坡的稳定性。目前，部分区域膨胀土边坡已经出现一定程度的细小裂隙，存在继续扩大的可能。因此在施工期间，将已形成的裂隙消除是十分必要的。修正后需及时封闭，避免阳光暴晒而形成新的裂隙。

3) 提高表层土体的抗膨胀能力。在边坡表层覆盖一定厚度的掺入土工合成纤维的黏性土，必要时可采用加筋处理。

4) 干渠渠道护坡工程下铺设一定厚度的透水材料，如砂等。

3.3.2 工程膨胀土边坡治理方案研究

三级干渠出露的膨胀土为弱～中等膨胀潜势，根据其他类似工程的研究经验，经综合考虑，采用加强膨胀土坡面排水设施建设同时结合表层覆盖、防护工程建设等措施，以保证膨胀土边坡的稳定性。具体治理措施如下：在膨胀土边坡表层回填无膨胀性并掺入5%水泥的粉质壤土对膨胀土边坡进行覆盖，换填厚度不小于1.0 m，即在膨胀土出露河道两侧边坡各扩挖水平宽度3.16 m，即垂直于坡面厚度1.0，然后回填5%水泥土，最终形成河道设计断面。

5) 在覆盖层表面设置厚0.1 m瓜子片垫层，其上设置厚0.12 m混凝土预制块护坡，在护坡表面设置纵横向排水沟，所有纵横排水沟均引至渠底。

渠堤堤坡稳定分析包括：非常运用条件Ⅰ，完建期工况，稳定渗流期+地震；正常运用条件，水位自设计水位31.3 m降至29.8 m的工况。

抗滑稳定计算成果见表1、图1。

表1 稳定计算安全系数成果表

图1 计算断面不同工况下抗滑稳定计算成果图

从表1堤坡稳定计算成果看，堤坡稳定系数满足要求。8+533断面坡面为膨胀土，坡面治理前各工况下计算坡面稳定系数虽大于规范规定的最小稳定系数，但考虑到灌溉渠道水位变化、干湿交替频繁，膨胀土残余强度衰减周期长，参考类似工程经验，拟对三级干渠坡面存在膨胀土的开挖坡面高于5.0 m堤段进行坡面膨胀土治理。

4 结 论

聊城市东昌府区引黄灌区渠道线路长，部分区域岩土体具有一定的膨胀性，渠坡属于膨胀土边坡。根据现场调查，现场膨胀土边坡局部形成裂隙，边坡具有发生破坏的可能。由于膨胀土的胀缩性、裂隙性和超固结性对边坡稳定性具备不利影响，因此考虑治理膨胀土边坡可从削弱膨胀土的“三性”方法入手。综合考虑，聊城市东昌府区引黄灌区渠道边坡采取坡面排水和表层覆盖相结合的措施进行治理。根据稳定性分析结果，采用该方法较为可行。