新疆某干渠用低液限粉土加固方案比选

张同凯

（新疆伊河建管局，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

新疆某干渠由拦河枢纽工程、隧洞工程、明渠工程、交通建筑物、农渠交叉建筑物、防洪建筑物等组成。渠道某段高填方渠线布置于山坡斜坡上，最大填高25.7 m，设计流量42.7～44.3 m3/s，加大流量为50～52 m3/s。渠道纵坡1/10 000，梯形断面，渠深4.7 m，底宽4 m，边坡1∶2，填筑外边坡1∶1.75，左侧渠堤宽6.5 m，右侧渠堤宽3.5 m，每8 m填高设置一级2.0 m马道。

2 地质条件及填筑料特性

该段渠道采用填筑土料以含砂低液限粉土为主，局部采用含细粒土砂、含细粒土砾填筑。渠道左右侧填筑高度相差大，渠体沉降不均一，渠道的安全性受到一定的影响；其次，该段渠道只能采用含砂低液限粉土填筑，局部采用含细粒土砂、含细粒土砾填筑，土料黏粒含量不足10%，土料抗冲蚀性能极差。

填筑土料抗滑稳定方面，根据（SL274-2001）《碾压式土石坝设计规范》的规定，采用北京中国水利水电科学研究院出版的（STAB2005）《土质边坡稳定分析程序》进行计算。计算方法采用简化毕肖普法，地震情况采用拟静力法。

式中：W——土条重量；Q，V——分别为水平和垂直地震惯性力（向上为负，向下为正）；U——作用于土条底面的孔隙压力；α——条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角；b——土条宽度；c，φ—土条底面的有效应力抗剪强度指标；Mc——水平地震惯性力对圆心的力矩；R——圆弧半径。

根据填筑料场的物理力学指标建议值统计后，采用填筑土料饱和状态下凝聚力（C）值16 kPa，内摩擦角（φ）值24°；天然状态下凝聚力（C）值18 kPa，内摩擦角（φ）值26°。依此力学指标对断面进行了抗滑稳定安全系数复核，计算结果见表1。

表1 渠体断面不同填高抗滑稳定复核成果表

根据上面计算成果得出，该段渠道填筑土料参数进行渠坡抗滑稳定计算时，各工况计算的抗滑稳定安全系数均能满足规范要求，但安全系数偏低。

3 渠道加固的必要性

根据填筑料力学指标渠道抗滑稳定能满足规范要求，考虑到该段渠道的特殊地理位置和填筑料特性，对该段渠线进行加固处理，具体原因如下：

1）从地理位置及失事影响程度而言，山坡左岸坡下有城市、高速、国道、工厂及居民区等重要保护对象。由于干渠地势较高，渠道与左侧高速及国道高差30～40 m，距离在50～500 m，距市区最近距离仅500 m左右，此段渠道一旦失事，经济损失及社会影响极大。

2）从地形地貌方面而言，渠段由于受当地高速、国道、耕地、居民区等地物的限制，该段渠线布置于山坡斜坡上，斜坡坡度较陡，10°～40°之间，地貌为“鸡爪子”地形，渠道填高超过3.0 m以上渠段长度为17.63 km，其中3～10 m渠段长10.13 km，10～15 m渠段长7.24 km，20 m以上渠段长260 m，从渠线布置而言，高填方渠道的安全性非常重要。

3）从填筑料而言，该段填方渠道填筑料采用含砂粉土，黏粒含量不足10%，土体压实饱和状态下物理力学指标较差，具有强度和水稳定性差、易冲蚀、失水松散强度弱化等特点。由于此类土饱和后物理力学指标降低较快，渗透系数较小（1×10-5cm/s），一旦渠道渗漏，渗水不会很快渗出，易在土体内富集饱和，当浸湿土体达到一定范围，由于土体强度骤降导致渠坡失稳。

4）渠道运行管理方面而言，此段渠道距前后退水较远，一旦溃堤近25 km渠道水量（总水量120万m3）顺坡而下，影响巨大。另由于“鸡爪子”地形渠道填高较大，巡视人员在高填方渠堤上不易发现渠坡隐患。

5）从施工条件而言，“鸡爪子”地形填挖交错较多，涵洞交叉建筑物较多，施工中对洪沟或交叉建筑物两侧挖填衔接段，经常表现出碾压质量难以保障、强度弱化等特点，存在一定的薄弱环节。

4 填方渠道加固方案比选

考虑到该段渠线的布置特点及防护对象的重要性，对该段渠道高填方段进行三个方案比选：方案一，渠道戗台加固方案；方案二，明渠放缓渠坡方案；方案三，渠道混凝土挡墙方案。

4.1 渠道戗台加固方案

明渠部位均为梯形明渠型式，渠道填高10.0～15.0 m时，渠段左右侧渠坡各自渠顶以下2.0 m向下设置80 cm厚砂砾反滤排水料，砂砾反滤料边坡1∶1.75，至原地面，在砂砾反滤排水料外侧自渠顶以下5 m设置5.0 m贴坡平台，外边坡1∶2.5延伸至地面；填高15.0～20.0 m时，砂砾反滤排水料型式同上，至原地面，在砂砾反滤排水料外侧自渠顶以下5 m设置6.0 m贴坡平台，外边坡1∶2.5，再在距渠顶以下11 m设置8.0 m平台，外边坡1∶2.5延伸至地面；填高超过20.0 m以上，在砂砾反滤排水料外侧自渠顶以下5 m设置6.0 m贴坡平台，外边坡1∶2.5，再在距渠顶以下11 m设置10.0 m平台，外边坡1∶2.5延伸至地面。由于该段渠体填筑土料的含泥量不足10%，土料的抗冲蚀能力极差，因此对渠体及戗台土料外露部位，采用5 cm厚M10水泥砂浆进行固坡。

4.2 渠道放缓渠坡方案

渠道均采用梯形明渠型式，在渠堤外边坡设置40 cm厚砂砾石排水反滤料，为充分保证该段渠道的运行安全性，对渠段外边坡坡度调整，渠道填筑高度小于10 m时，填筑外边坡采用1∶1.75；渠道填筑高度在10～15 m时，填筑外边坡采用1∶2.50；渠道填筑高度在15～20 m时，填筑外边坡采用1∶2.75；渠道填筑高度在20～25 m时，填筑外边坡采用1∶3.0。

4.3 渠道混凝土挡墙方案

明渠部位均为梯形明渠型式，在满足渠道不同填高外边坡自身满足抗滑稳定的前提下，渠道开口线不新增征地，在渠底原征地范围内设置钢筋混凝土挡墙。渠道填筑高度在10～15 m时，采用悬臂式挡墙，最大挡墙高8.75 m；渠道填筑高度在15～20 m时，采用悬臂式挡墙，最大挡墙高10.30 m；渠道填筑高度在20～25 m时，最大挡墙高10.30 m。

综合上述方案在施工、投资、安全、运行管理、环境影响等方面的优缺点，渠道戗台方案，土方贴坡平台宽度较大，且主要集中在中下部，便于施工中保障碾压质量，运行期渗水自排水反滤料排出，可保证贴坡土体基本在干燥状态运行，部分已建的交通或排洪涵洞的进出口段需加长，整体费用较低；渠道放缓渠坡方案，新增外边坡土方填筑自渠底至渠顶逐渐减小，先期进行了原渠道断面施工，后期新增部位碾压质量难以保证，部分的交通或排洪涵洞的进出口段需加长，二次移民征地工作投入大、耗时长，整体资金投入一般；渠道混凝土挡墙方案，沿线挡墙混凝土工程量较大，且挡墙较高，混凝土浇筑与土方碾压干扰大，下部挡墙后土体均为饱和状态，如挡墙排水不畅，将直接危及挡墙稳定安全，整体资金投入较高。

由此，渠道戗台方案投资最优，并与现场施工结合也较好，可有效保证渠道运行期间的安全、稳定。

5 结论

含砂低液限粉土填筑在高填方渠道填筑中是不得已的选择，在设计及施工中如果不能引起重视，采取适宜有效的工程措施进行相应处理、加固，很可能会成为导致工程事故的重要诱因之一。该段渠道于低液限粉土填筑的高填方段在施工前期及施工过程中进行了详细的相关试验，在本着施工期不延误、降低投资、运行期安全可靠的原则制定最优的工程处理方案，保证渠道的施工质量及运行安全。