南水北调中线工程南阳三标滑坡成因与处理方法

李艳锋

（河北省南水北调工程建设管理局，石家庄050000）

1 工程概况

南水北调中线一期工程总干渠陶岔～沙河南南阳段第三施工标段，起点设计桩号102+550，终点设计桩号108+650，长度为6.1km。主要建筑物为1级，次要建筑物为3级。总干渠流量规模在本标段内分为两段：桩号102+550～104+285设计流量340m3/s，加大流量410m3/s；桩号104+285～108+650设计流量330m3/s，加大流量 400m3/s。

渠道106+090-106+188为全挖方渠段，渠坡开挖深度15.7～16.1m，设计有一级马道，渠坡和渠底采用5%水泥改性土换填，改性土换填厚度为2m。渠坡和渠底采用混凝土（C20W6F150）衬砌，下部均铺设复合土工膜（576g/m2），渠底宽度21m，渠底混凝土衬砌厚度0.08m（砂垫层厚度0.1m），渠坡混凝土衬砌厚度0.1m，坡比1∶2，渠坡土工膜下安装排水板。

2 地质概况

地层岩性主要有上第三系（N）粘土岩（呈灰绿色，岩体具有强膨胀性）和第四系中更新统（a1-plQ2）粉质粘土（呈褐黄～棕黄色，局部充填灰绿色粘土，粉质粘土具有中等膨胀性）组成。

渠道 106＋090～106＋188为上部中膨胀土为主、下部强膨胀岩段。渠坡主要由Q2粉质粘土组成，渠底局部揭露N粘土岩。Q2粉质粘土，硬塑状，局部呈可塑状，Q2土体局部具中等膨胀性。N粘土岩分布于Q2粉质粘土之下，裂隙发育，具强膨胀性，局部具中等膨胀性。Q/N分界面高程位于132.8～133.0m，略低于渠底衬砌板高程（约133.5m）。

3 气象资料

据总干渠附近的南阳气象站实测气象资料统计：标段所在区域内多年平均降雨量787mm，5～9月降雨量557.8mm，占年降水量的70.9%，其中7、8两月达300mm，占年降水量的38.1%，而又以7月份占21.8%，为各月之首。大于50mm的暴雨4～10月均可出现，但多发生在7月。多年平均气温14.8℃，极端最高气温41.4℃，出现在1972年6月；极端最低气温-17.6℃，出现在1969年1月31日。3d最大温度变幅13.8℃，出现在2月份。

4 抗滑支护体系

针对部分渠坡具有中强膨胀性，在施工过程中，变更新增了Bl型抗滑支护体系，支护体系由抗滑桩、桩梁连接段、坡面梁、齿槽和渠底横梁组成，混凝土强度等级为C30，其中坡面梁和渠底横梁混凝土抗冻等级为F150。本段抗滑桩直径为1.2m，桩长为13.8m，桩间距为 4.0m，坡面梁尺寸（B·H）为 0.6m×0.5m。

抗滑桩顶部高程140.784m，底部高程126.984m，伸入渠底板以下长度为4.32m，在坡面中长度为9.48m，支护体系布置如图1。

图1 抗滑支护体系

5 滑坡描述

桩号106+090～106+188渠段右岸挖深14m，渠坡坡比1∶2。该段渠道渠坡土体膨胀性为中强。2013年4月19日，渠道106+140-104+180右岸发生桩前土滑坡（第1次滑坡），根据现场勘测资料，基本确定滑坡底部位于Q/N土岩分界面，规模约为6100m3。

2013年9月24日，因受滑坡体影响，桩号106+138-106+178右岸发生了第2次较大规模的滑坡，滑坡扩至桩后深挖方的顶部，滑坡体积2万m3，滑坡还导致该段范围内已施工完成的桩径1.2m、桩长13.8m的9根抗滑桩倾斜，经开挖验证发现其中7根已发生断裂，桩内有的钢筋被拉断，如图2所示。

图2 第2次滑坡

6 滑坡原因分析

南阳地区汛期到来较早，汛期天气降雨较多，特别是进入汛期后，降雨更加频繁：特别是2013年5月份降雨2次，最长时间达6d，共计10d；2013年 6月份降雨2次，共计9d；2013年7月份降雨四次，共计9d；2013年8月份有8d时间降雨；2013年9月份降雨3次，共计7d。连续降雨造成渠底大量积水，尤其是在坡脚处。

该处滑坡处于中强膨胀土区，土体大裂隙及长大裂隙较发育，膨胀土（岩）具有膨胀性、多裂隙性和超固结性的特点。在开挖完成后，由于卸荷作用造成渠坡一定深度范围内膨胀土（岩）极易发生卸荷松弛和裂隙的张开，其抗剪强度参数随着暴露时间逐渐降低。5～9月间多次降雨，虽在降雨过程中采取了覆盖防雨措施，雨后抽排坡脚积水等措施，造成渠床多次干湿循环，雨水渗入膨胀土裂隙间，加之坡脚雨水浸泡，坡脚抗滑稳定作用急剧降低，是造成第1次桩前土体滑坡的原因。第1次滑坡断面如图3所示。

图3 第1次滑坡断面

发生第1次滑坡后，由于各种因素影响，边坡没有及时得到处理，裸坡时间过长，使得坡脚和一定深度范围内膨胀土反复干湿循环，发生卸荷松弛和裂隙张开，土体力学强度降低，在降雨入渗、雨后渠底积水、坡顶施工便道重型车辆动荷载、地下水位较高，加之桩前滑体抗力丧失等因素综合影响，导致沿长大结构面、软弱面和裂隙面产生组合滑动，桩体倾斜、断裂，发生第2次滑坡，其断面如图4所示。由于滑坡断面变大，滑坡推力增大，桩前土抗力因地质原因、降水原因、改性土未及时换填等原因降低，造成桩体挠度破坏，部分桩体出现断桩。

图4 第2次滑坡断面

7 处理方法

首先应对该渠段坡顶、坡底和附近地形的地表进行排水疏导，距离开口线30m范围内不应存在积水，防止地表水冲刷建基面。滑坡体在清理过程中，若发现清理后的原状土建基面渗水，应布设盲沟进行导排，在距离坡脚外侧1m以外的位置设施集水井，及时将渗水排出，避免坡脚积水。

在清除滑坡土体，需采取妥善措施确保抗滑桩和临时渠坡的安全稳定，然后对坡顶进行开挖卸荷。滑坡体沿滑动面由上至下进行清理，开挖面要分层开挖呈台阶状，清理至原状土体，避免临空面过高造成局部土体塌落破坏。滑坡体清理过程中应加强对临时边坡和抗滑桩的监测，并采取妥善的措施以保证施工安全。

在清除滑坡体和受损的抗滑桩后，首先采用弱膨胀土进行分层回填至水泥改性土换填底线，回填时一定要应开蹬回填，回填层厚不大于30cm，并采用凸块振动碾，回填土压实度不小于0.98。为避免大气降水影响和土体干缩后强度降低等影响，回填工作应在24h之内完成。外包水泥改性土施工，宜和土体回填同步进行；如不能同步回填，应对已回填完的部分进行覆盖保护，并在最短时间内将改性土回填到位。

滑坡体回填至适当高程后，进行新增抗滑桩施工。过水断面新增抗滑桩位于截断抗滑桩的内侧，桩径1.2m，桩长15m（经设计复核验算）。过水断面回填至一级马道后应及时削坡进行坡面梁和渠底横梁的施工。

施工单位在滑坡体清理后回填时发现，基面有渗水现象，在滑坡回填快速施工过程中未设置排水盲沟；原状土含水量较高，与回填土结合不好，可能存在软弱面；回填过程中回填土震动碾压对原状土扰动，为保证回填后滑坡体整体稳定，经复核，在一级马道外侧增设直径为1.2m，桩长为18m，桩中心距为4m的抗滑桩。抗滑桩布置如图5所示。

图5 抗滑桩布置

以此最大限度保证渠床稳定安全，确保通水后渠道安全运行。

8 结语

南水北调中线工程有膨胀土（岩）的渠段累计长368km，占在建项目总长1125km的33%。由于膨胀土的特殊物理性质，在经历多次干湿循环后，其强度损失很快，以至于不能保持自身稳定造成滑坡。因此在膨胀土渠段施工，就要遵循一个原则“快”。在满足设计和施工要求的情况下，要在开挖后，快速进行上部结构施工；如不能继续上部施工应及时覆盖，隔离渠床与大气接触，避免干湿循环造成强度损失，造成滑坡。同时应做好周边和土体排水设计，及时将降水和地表水排至渠床外侧，降低对膨胀土渠床的影响。

南阳三标滑坡是膨胀土渠段滑坡破坏的典型，中线工程其他施工标段应引以为戒，及早采取必要措施，避免此类事件再次发生。保证施工工期，节省资金，确保南水北调中线工程按时保质完成。

［1］长江勘测规划设计有限责任公司.南水北调中线一期工程总干渠陶岔至鲁山段强膨胀土及开挖深度大于15m的中膨胀土渠段重大变更设计报告［R］.

［2］长江勘测规划设计有限责任公司.南水北调中线一期工程总干渠南阳三标滑坡处理设计报告［R］.

［3］NSBD-ZXJ-2-02，南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀岩处理施工技术要求［S］.

［4］SL274—2001，碾压式土石坝施工规范［S］.

［5］SL237—1999，土工试验规程［S］.

［6］NSBD-ZGJ-1-37，南水北调中线一期工程总干渠渠道水泥改性土施工技术规定（试行）［S］.

［7］JGJ94—2008，建筑桩基技术规范［S］.