引江济淮工程江淮分水岭膨胀土高边坡抗滑桩措施方案浅析

李 涛 王丽军

（安徽省水利水电勘测设计院 合肥 230088）

1 切岭段膨胀土分布特点

引江济淮输水渠道膨胀岩土分布里程长、土层厚；受旱季和雨季特征影响，大气及土体干湿变化大；边坡变形滞后性和长期危害性突出。尤其是裂隙发育明显，原生裂隙及次生裂隙多，长大裂隙与小裂隙并存。随着工程不断进展，勘探人员对切岭段右岸已开挖边坡进行了施工地质现场探查，在河渠初期开挖的约500m 范围内布设了10 个地质观察窗口，窗口间距50～70m 不等。地质窗口开设宽度一般1.0～1.5m，采用人工挖掘清渣方式。通过地质窗口观察，膨胀土裂隙分布较多，其中原生裂隙和次生裂隙均有分布。统计裂隙分布情况见表1。

调查结果显示裂隙倾向主要集中在40 ° 和180°～190°，其中倾向40°的为倾向右岸边坡坡内，对边坡稳定影响不大，倾向180°～190°为倾向右岸边坡坡外，与坡面走向近垂直，对边坡稳定不利，易产生滑坡，应对边坡进行加固处理。

表1 切岭段局部河段右岸边坡裂隙倾角统计表

从调查情况看，无论是长大裂隙、大裂隙，还是小裂隙均较为发育。另外，土岩界面作为一种沉积间断型结构面，在该段分布也较为连续。从引江济淮试验段工程施工情况看，开挖初期，常有地下水沿土岩界面渗出。这种渗流现象也会进一步降低结构面强度，对整体边坡稳定不利。

2 工程主要治理方案

目前，切岭段膨胀土边坡治理措施主要是以水泥改性土表面换填覆盖为主，辅以必要的坡面及坡内排水措施。这种措施对浅层裂隙发育以膨胀作用为主的渠坡浅层滑动保护具有较好的效果。而对于开挖深度较大、可能出现长大裂隙的中膨胀土边坡，仅仅通过表面覆盖，很难达到长久的安全状态。为提高工程安全性，需使用抗滑桩等加强措施。

3 抗滑桩分析

根据地勘报告显示，江淮分水岭膨胀土主要以中膨胀土为主，出露高度约15～22m，边坡下部分布有细砂岩。考虑渠道开挖深度大，边坡稳定性差，渠道未开挖前，无法判断膨胀土内是否存在长大裂隙。而一旦边坡开挖换填完成，抗滑桩实施起来又比较困难。因此，预先通过假定裂隙面，进行边坡稳定计算分析，判断是否需要增设抗滑桩非常必要。

3.1 计算断面选择

鉴于膨胀土边坡存在有潜在滑动趋势，对切岭段中膨胀土边坡，选取3 个典型断面进行抗滑稳定计算分析，断面特征见表2。

3.2 计算工况

根据《水利水电工程边坡设计规范》（SL386-2007），1 级边坡抗滑稳定系数按照下表取值，该标段河道膨胀土主要分布在4～7 级边坡，高程37～58m，均位于渠道防洪水位25.53m 以上，计算过程中不考虑水位骤降工况。河道边坡抗滑稳定计算主要分为以下三种工况：

（1）正常运用条件：稳定渗流期河道迎水坡。渠内正常输水位，地下水处于稳定渗流。

（2）非常运用条件Ⅰ：施工期河道迎水坡。渠内无水，地下水处于稳定渗流。

（3）非常运用条件Ⅱ：地震期河道迎水坡。渠内正常输水位，地下水处于稳定渗流；地震烈度7 度，地震动峰值加速度为0.10g。

3.3 参数选取

根据该区膨胀土的工程特性，将膨胀土在深度方向上分为“大气影响带”和“非影响带”。即大气影响深度以上的土层为“大气影响带”， 大气影响深度以下的土层为“非影响带”。“大气影响带”内的膨胀土，采用残余强度值；对“非影响带”内的膨胀土，采用折减法取值。弱膨胀土凝聚力和内摩擦角分别按“无膨胀性”建议值的75%和95%取值，中膨胀土凝聚力和内摩擦角分别按“无膨胀性”建议值的65%和85%取值。设计考虑膨胀土的换填厚度、大气影响深度（该区大气影响深度3.2m，大气影响急剧层深度1.5m）等，采用分带取参数的办法对断面进行计算。分带参数的选取：

表2 膨胀土边坡典型断面特性型表

表3 典型断面各岩土层物理力学指标采用值表

表4 各断面抗滑稳定计算成果表（未考虑裂隙）

图1 抗滑桩计算简图

（1）水泥改性土的强度指标：粘聚力C=40kPa，内摩擦角=15°。

（2）岩土界面强度指标：从试验段开挖情况来看，江淮沟通段岩土界面真实存在，分布厚度不等，计算取厚度0.6m。对于岩土交界面土体强度指标，试验段工程和地质报告分别提出各自的建议。其中试验段室内固结快剪指标：C=25.6kPa、=29.6o，现场直剪指标：C=54.3kPa、=28.2°。地质报告指标：C=15.0kPa、=14.0°。从几组指标可见，试验段指标与地质报告推荐指标相差较大。从试验段现场可见，地下水易从岩土界面渗出，土体渗透系数相对于其他土层较大，砂性含量高于上层膨胀土。因此，综合考虑试验段指标和地质报告推荐指标，初拟岩土界面土层固结快剪指标：C=13.0kPa、=16.0°，直接快剪指标：C=15.0kPa、=14.0°，慢剪指标：C=10.0kPa、=18.0°。

（3）裂隙面强度指标：裂隙面土体强度指标须在具体实验下得出，在无现场剪切试验，且室内裂隙面无法重塑的情况下，根据南水北调中线工程经验，在计算过程中假定裂隙面土体指标：固结快剪指标：C=12.0kPa、=9.0°，直接快剪指标：C=13.0kPa、=5.0°，慢剪指标：C=10.0kPa、=10.0°。同时，对陡倾角的卸荷裂隙，基本为张拉裂隙，计算时C、值均取0。

综合以上土体建议指标及土体分带参考指标，各断面不同计算工况下物理力学指标见表3。

3.4 计算成果

（1）考虑岩土界面、大气影响带、换填改性土、土层倾角和地下水位情况。土层倾角根据地质横剖面，取5°，未考虑膨胀土内存在裂隙因素。各断面稳定计算成果见表4。

表5 各断面抗滑稳定计算成果表（考虑裂隙）

表6 各断面抗滑稳定计算成果表（考虑裂隙+抗滑桩）

（2）考虑岩土界面、大气影响带、换填改性土、土层倾角、地下水位和裂隙情况。通过现场渠道开挖及地质窗口可见，边坡内存在的裂隙较多，且大多倾角小于30o。因此计算过程中，对裂隙倾角采取最不利角度30°进行计算。各断面稳定计算成果见表5。

（3）考虑岩土界面、大气影响带、换填改性土、土层倾角、地下水位、裂隙情况下，增加抗滑桩。在长大裂隙存在的前提下，在计算滑动面下部打入直径1.2m 抗滑桩，间距3.6m，桩深入全强风化岩内2.0m。计算简图见图1，各断面稳定计算成果见表6。

3.5 成果分析

通过计算成果可见，膨胀土边坡高度大于15.0m 时，在考虑岩土界面、大气影响带、换填改性土、土层倾角和地下水位，不考虑存在裂隙情况下，断面在各种工况下都能够满足规范允许最小安全系数的稳定要求。

一旦考虑坡内存在长大裂隙面时，虽然抗滑稳定安全系数均大于1.0，但不满足规范要求。通过打入拟定的抗滑桩试算，抗滑稳定安全系数均可满足规范要求。

4 结论

江淮分水岭切岭段地质条件复杂，膨胀土分布范围广，分布厚度深，裂隙开展多。随着膨胀土边坡运行时间的增长，受循环降雨影响，无论原生裂隙还是次生裂隙，发育程度会越来越大。从工程安全方面出发，当中膨胀土边坡出露高度大于15m 或者有长大贯穿裂隙时，增加抗滑桩措施对边坡的安全运行是非常必要的■