東湖水庫(kù)引水干渠坡腳坍塌段成因分析及對(duì)策

張曉旭

(齊齊哈爾市龍沙區(qū)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，黑龍江 齊齊哈爾 161000)

1 工程概況

東湖干渠位于松嫩平原中東部，是東湖水庫(kù)的引水干渠，渠道總體南北走向，自北引總干渠末端烏南樁號(hào)113+472(東湖引水干渠分水閘)處起，向東南方向途徑太平莊灌區(qū)至明清截流溝交叉(11+400)處，再經(jīng)任民鎮(zhèn)灌區(qū)和中本灌區(qū)，止于東湖水庫(kù)引渠首端進(jìn)水閘，全長(zhǎng)40.365km。渠道為原有渠道擴(kuò)建，屬半挖半填，以挖方為主，挖方巖性大部分為低液限黏土，個(gè)別為高液限黏土。渠道斷面為梯形斷面，渠道底寬10m-4m，渠坡為1:3，渠道比降1/20000-1/18000。東湖干渠渠道清淤擴(kuò)建施工主要是在冬季完成，下年春季，隨著氣溫升高，堤坡隨著凍土層開(kāi)化開(kāi)始沿融解面逐層滑落坍塌，坍塌位置不連續(xù)。特別是夏季雨量較大，坍塌情況持續(xù)加重，部分堤段已經(jīng)坍塌至堤頂處。

東湖干渠坍塌段位于渠道左側(cè)渠內(nèi)坡腳處，坍塌形狀基本為扇形，坍塌面呈直立狀，坍塌段呈不連續(xù)段分布，主要分布在東湖干渠17+700-21+000段左側(cè)渠坡坡腳處，坍塌總長(zhǎng)約3.5km，如圖所示，在堤坡處呈陡坎狀出露，坍塌處呈直立狀，直立高度約0.5-0.8m，直立面基本平行于渠道軸線，坍塌體頂部 渠坡常伴有不規(guī)則豎向裂隙。

2 成因分析

2.1 地形條件分析

東湖引水渠渠道均為以挖方為主的半挖半填渠道，長(zhǎng)度40.365km。岸坡巖性大部分為低液限黏土，個(gè)別為高液限黏土。岸坡坡度15°-25°，岸坡斜坡長(zhǎng)度3-6m，部分岸坡頂部見(jiàn)有近于直立的陡坎，坎高0.20-0.70m。渠底寬度5-15m。左堤呈不規(guī)則形狀，右堤堤頂為農(nóng)道，堤頂寬3m左右，堤高0.3-2.0m，局部地段無(wú)堤渠，內(nèi)淤積嚴(yán)重。堤坡1∶2.15左右，堤下有馬道，寬度4m左右。

東湖干渠渠坡坍塌段渠道主要為挖方渠道，堤頂基本與地面齊平，渠底為清淤，清淤厚度0.8-1.38m，渠坡為現(xiàn)狀渠坡整形削坡，坡比為1∶3。渠堤左側(cè)多為草原，伴有少量農(nóng)田，草原上水泡密布，蘆葦叢生，地下水位基本平地面，渠坡靠近設(shè)計(jì)渠底1.5m左右為地下水位逸出點(diǎn)，逸出點(diǎn)以下土體已經(jīng)飽和，土體抗剪強(qiáng)度降低，飽和土體在承受上部土壓力和地下水壓力的情況下，極易產(chǎn)生坍塌滑動(dòng)。

2.2 地質(zhì)條件分析

東湖干渠渠坡坍塌段集中在明青下段，地勢(shì)北高南低，現(xiàn)狀地面高程151.91m-159.85m。堤體主要為低液限黏土，局部為高液限黏土，為土堤。滲透系數(shù)小于1.0×10-5cm/s，堤體的分散性土分布不均勻，各非分散段中含有零星分散點(diǎn)。

渠道沿線地層主要為第四系上更新統(tǒng)沖積層(alQ3)。根據(jù)鉆孔揭露主要巖性為①低液限黏土：黃色-灰黃色，稍濕，可塑，中等壓縮性，連續(xù)分布于渠道沿線，厚度為3.50m-10.50m；局部地段堤基頂部上覆厚0.30m-0.50m的有機(jī)質(zhì)土。②低液限黏土，灰色-灰黑色，濕，可塑，中等壓縮性，于①層之下分布不連續(xù)。③低液限黏土：黃色，稍濕，硬塑，中等壓縮性，基本連續(xù)分布于渠道沿線①、②層之下，局部為高液限黏土，未揭穿。

渠道經(jīng)過(guò)地區(qū)地下水為第四系松散層微孔隙潛水，含水層巖性主要為低液限黏土，屬微透水層?？辈炱诘叵滤桓叱?50.88m-156.54m。

從地質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)勘查及室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，本地區(qū)的低液限黏土大多具有分散性，①低液限黏土的土體性質(zhì)就為分散性黏土，而產(chǎn)生渠坡坡腳處坍塌的土體就是此層，分散性黏土遇鹽濃度低的水后，土體分解成懸浮狀，喪失凝聚力，因此，土體在受地下水及雨水沖刷的作用下，極易產(chǎn)生豎向裂隙，并形成崩塌。

2.3 水動(dòng)力條件分析

前面已經(jīng)從地形、地質(zhì)等方面對(duì)左側(cè)渠坡分析了可能產(chǎn)生滑坡的因素，但如果沒(méi)有水的參與渠坡還是不可能產(chǎn)生滑坡的，因此水的作用十分關(guān)鍵。分散土的抗剪強(qiáng)度的變化與水的作用密切相關(guān)，分散土遇鹽濃度低的水后分解成懸浮顆粒，其凝聚力喪失，并隨分散土的分布情況逐步對(duì)土體進(jìn)行分解，從而形成孔洞、沖溝或垂直裂隙，并在上部土重和地下水的作用下使土體產(chǎn)生崩塌、滑動(dòng)。

經(jīng)初步分析使該段渠體產(chǎn)生崩塌的水有兩種水，一是雨水，二是地下水。這兩種分水分別作用在不同部位，起著不同的作用，是造成渠坡坍塌的主要原因之一。

大氣降雨一部分形成的地表徑流在自然狀態(tài)下沿其邊緣向河灘地漫散，一部分滲入地下補(bǔ)給地下水。根據(jù)勘察成果，渠道沿線地層為上更新統(tǒng)沖洪積層，屬分散性黏土，分散性黏土具有遇鹽濃度低的水迅速分解的特點(diǎn)，因此防止表層土體裸露和地表徑流的沖刷滲入是防止土體破壞的途徑之一。

東湖干渠左側(cè)漫崗地勢(shì)平坦，地形北高南低，東高西低，前期勘察時(shí)地下水埋深較淺多小于5m，以降水入滲補(bǔ)給為主，由于受地形影響，地表徑流遲緩，排泄主要靠蒸發(fā)和明青截流溝。受2013年洪水以及近兩年降雨頻繁，特別是今年夏季曾出現(xiàn)多次大的降雨，東湖干渠沿線地下水位明顯升高，地表可見(jiàn)較大面積的積水池塘分布，經(jīng)勘察發(fā)現(xiàn)，本地區(qū)均為低液限黏土，滲透系數(shù)均小于1×10-5cm/s，屬微透水地層，在雨水和地表水作用下，土體處于飽和狀態(tài)，且東湖干渠尚未通水，在地下水作用下對(duì)渠道內(nèi)左側(cè)邊坡形成較大的滲透壓力，僅靠土體內(nèi)本身的強(qiáng)度難以抵抗?jié)B透壓力造成的滑動(dòng)力，極易產(chǎn)生滑動(dòng)。

2.4 施工程序分析

冬季坡面整形和渠底清淤作業(yè)后沒(méi)能及時(shí)進(jìn)行下一步處理，土體沒(méi)有及時(shí)采取隔離保護(hù)措施，開(kāi)挖后的土體長(zhǎng)期暴露在空氣中，使分散土多次凍融循環(huán)作用下土體崩塌，在夏季降雨后雨水浸入，分散土體迅速分解，多方面因素導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低產(chǎn)生滑坡和坍塌，因此施工方法及方案也是造成滑坡的原因之一。

3 坍塌段處理對(duì)策

方案1：換填措施。對(duì)左堤滑坡破壞的土體挖除后重新按筑堤標(biāo)準(zhǔn)填筑非分散土料。換填方案即采用非分散土換填分散土，將分散土與外水隔離，使分散土含水量基本維持在自然狀態(tài)下，隔斷與外界環(huán)境的聯(lián)系，使其產(chǎn)生分散性的外因減到最小，不致于對(duì)工程造成破壞，達(dá)到工程安全運(yùn)行的目的，此方案投資較高，非分土運(yùn)距較遠(yuǎn)，棄土占地費(fèi)用較大；

方案2：改性土措施。對(duì)左堤滑坡破壞的土體應(yīng)挖除改性后重新按筑堤標(biāo)準(zhǔn)填筑，改性土可考慮摻加石灰，石灰含量經(jīng)試驗(yàn)確定，石灰含量一般為4%-6%。改性方案改變了土體的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)，使其失去分散性，達(dá)到工程安全運(yùn)行的目的，此方案施工程序復(fù)雜，施工質(zhì)量不宜保證，投資最高；

方案3：加筋土措施。先挖除分散土崩塌坡體，然后用土工織物分層鋪蓋填筑碾壓，并根據(jù)巖土工程性質(zhì)與土工織物的物理力學(xué)參數(shù)確定土工織物的鋪設(shè)長(zhǎng)度與間距，采用直線滑動(dòng)楔形體破壞法計(jì)算，每層鋪土厚度25cm，加筋長(zhǎng)度平均5m，伸出滑動(dòng)面長(zhǎng)度1.5m。加筋土又稱柔性支護(hù)，利用柔性化學(xué)纖維織物將原地開(kāi)挖出的土一層一層的包裹壓實(shí)形成加筋土，使加筋土在一定范圍內(nèi)構(gòu)成一個(gè)支撐體，由于用化學(xué)編織布包裹并分成較薄的土層，因而在加筋區(qū)內(nèi)土體形不成整體滑動(dòng)的破裂面，加筋土起到兩個(gè)作用，①使土體不能直接暴露在自然界中，使土體內(nèi)含水量保持在比較穩(wěn)定的狀態(tài)下，②既使土體因水分變化引起分散和膨脹，加筋土體又能有效阻控，從而使土體達(dá)到安全運(yùn)行的目的，此方案施工簡(jiǎn)單，投資較低。

經(jīng)以上分析，結(jié)合工程造價(jià)，設(shè)計(jì)推薦方案3，即加筋土方案為東湖干渠渠坡坍塌段整治的主要措施。

表1 坍塌處理措施方案投資比較表

4 建 議

初步分析渠坡坍塌的形成原因之一是土體暴露在空氣中時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，沒(méi)有保護(hù)，大氣降水和地表水沿裂縫侵入，使上部土體浸水飽和，下部土體長(zhǎng)時(shí)間在水下浸泡等原因，造成此段渠坡坍塌。應(yīng)對(duì)這種情況，可采取的措施有：①加強(qiáng)施工管理，對(duì)左側(cè)開(kāi)挖的渠段制定出具體實(shí)施方案，對(duì)開(kāi)挖后的邊坡進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)，保護(hù)措施的實(shí)施盡量控制在2-3d內(nèi)，并時(shí)刻注意天氣情況，避免在雨天施工。②調(diào)整施工順序，開(kāi)挖邊坡完成后，建議緊接護(hù)砌工程施工，在雨季應(yīng)做好邊坡排水措施。③在工程遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)和施工時(shí)，如地形條件、占地條件允許，可先在渠道左側(cè)設(shè)置截流溝，以減少地表水和地下水對(duì)左側(cè)渠坡的沖蝕破壞和滲透破壞