郝楓楠　端木靈子　隋海賓

【摘 要】目前，關(guān)于濕陷性黃土的研究主要集中在地基基礎(chǔ)處理或者邊坡防治方面，但對于濕陷性黃土高邊坡沖溝治理方面的研究較少。鑒于此，本文結(jié)合具體工程，通過理論分析沖溝成因，并采用泥土灌漿等工程措施進行處理，取得了良好效果。其理論及處理方法為今后類似工程提供借鑒作用及參考價值。

【關(guān)鍵詞】濕陷性黃土;高邊坡;貫通沖溝;粘土灌漿

中圖分類號： TV551.4文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）32-0217-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.32.102

0 前言

濕陷性黃土是指在上覆土層自重應(yīng)力作用下，或者在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，因浸水后土的結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生顯著附加變形的土，屬于特殊土。有些雜填土也具有濕陷性。廣泛分布于我國東北、西北、華中和華東部分地區(qū)的黃土多具濕陷性。

濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土，其土質(zhì)較均勻、結(jié)構(gòu)疏松、孔隙發(fā)育。在未受水浸濕時，一般強度較高，壓縮性較小。當(dāng)在一定壓力下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)會迅速破壞，產(chǎn)生較大附加下沉，強度迅速降低。故在濕陷性黃土場地上進行建設(shè)，應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性、地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對不均勻沉降限制的嚴(yán)格程度，采取以地基處理為主的綜合措施，防止地基濕陷對建筑產(chǎn)生危害。

然而在實際工程中，很多學(xué)者對濕陷性黃土地基基礎(chǔ)處理或者邊坡防治方面做了較多的研究，但是對于濕陷性黃土高邊坡沖溝治理方面的研究較少，與之相關(guān)的工程案例中也不多。因此，開展?jié)裣菪渣S土高邊坡沖溝治理的理論研究及處理方法很有必要且實踐意義重大。鑒于此，本文以南水北調(diào)中線穿黃工程高邊坡沖溝治理為例，主要從理論方面分析研究濕陷性黃土高邊坡貫通沖溝的成因，并采取粘土灌漿方式進行處理，取得了良好的效果。

1 概述

南水北調(diào)中線穿黃工程位于鄭州市以西約30公里處，于孤柏山灣李村附近橫穿黃河。南岸連接明渠長約5km，位于邙山黃土丘陵區(qū)，為深挖方渠道。地面高程約為131m～163m，渠底高程111m～112m，邊坡高度20m～52m。地下水位高程約102m～139m。每10m高差設(shè)置馬道，邊坡坡比為1：0.7或1：1。邊坡采用漿砌石或者混凝土骨架植草進行防護。2016年的一場突破歷史極值的暴雨使得南岸深挖方渠段各級馬道及邊坡均有不同程度的受損，主要體現(xiàn)在暴雨后馬道出現(xiàn)多處局部塌陷，邊坡產(chǎn)生貫穿性沖溝，邊坡產(chǎn)生連通式的洞穴導(dǎo)致邊坡有泥漿冒出。若再有一場大雨，很有可能會導(dǎo)致邊坡滑坡及漿砌石護坡倒塌，對邊坡穩(wěn)定造成不利影響。因此需要對受損部位進行修復(fù)處理。

2 沖溝成因理論分析

沖溝的形成是在各方面因素綜合性作用下產(chǎn)生的。

2.1 地層結(jié)構(gòu)

根據(jù)有關(guān)資料[1]，工程區(qū)主要出露的地層為上更新統(tǒng)沖積層（alQ3）、全新統(tǒng)沖積層（alQ4）：

2.1.1 上更新統(tǒng)沖積層（alQ3）

該層頂面高程180～140m，揭露厚度25～50m，巖性為淺黃色黃土和灰黃、褐黃色黃土狀粉質(zhì)壤土，局部夾粉質(zhì)砂壤土，呈軟塑狀、可塑狀。

黃土主要分布于樁號4+107.94～5+575.87并直接出露于地表，厚0～39.20m，自南向北隨地面高程抬升而變厚，底板高程140.90～141.60m，起伏較小。

樁號0+000～5+029段巖性黃土狀粉質(zhì)壤土，自上而下可細(xì)分為⑨上、⑨-1、⑨夾、⑨-2層，其中⑨-1、⑨-2兩層為軟塑狀飽和軟黃土，⑨上、⑨夾層呈可塑狀、軟～可塑狀。

⑨上層分布于樁號0+000～1+360之間，層厚9.70～14.90m，頂板高程123.00～126.00m。

⑨-1層分布于樁號1+094～4+945之間，層厚一般為7.90～12.20m，頂板高程125.66～137.84m，中間厚度稍大，兩端稍薄并逐漸尖滅。

⑨夾層夾于⑨-2、⑨-1層之間，分布于樁號1+094～5+029，層厚5.00～10.0m，頂板高程117.80～136.10m，自南向北逐漸抬升。

⑨-2層分布于樁號0+021～5+019之間，層厚5.60～15.00m，中間厚度較大，兩端稍薄并逐漸尖滅，頂板高程113.27～125.36m，自南向北逐漸抬升。

2.1.2 全新統(tǒng)沖積層（alQ4）

該層主要分布于邙山南的沖積平原區(qū)，樁號0+000～4+107.94段，巖性為粉質(zhì)壤土層，灰褐色，一般呈可塑狀，厚3.6～5.4m，最大厚度10.2m。

邊坡高度范圍內(nèi)的主要地層巖性上部為黃土或粉質(zhì)壤土、中下部為黃土狀粉質(zhì)壤土，即均具有黃土特性等特征。其地層的具體特性如下：

（1）濕陷性

南岸上部黃土具有具弱濕陷性，并具有隨壓力增大，濕陷系數(shù)亦增大的特點。

（2）流變性

從流變試驗成果[1]可以看出，黃土的起始流變應(yīng)力平均值為0.137MPa，極易引起流動變形，且黃土的起始流變應(yīng)力較黃土狀粉質(zhì)壤土低，說明黃土更易發(fā)生流動變形。浸水后，黃土的流變參數(shù)較天然含水量條件下的低得多，表明黃土的瞬時力學(xué)性質(zhì)和流動變形性受含水量的影響較明顯。

（3）抗沖性

根據(jù)試驗資料統(tǒng)計分析[1]，各土層的顆粒組成為級配均勻的土體，土層的粘粒含量為13.6%～19.3%，粘粒含量從上到下逐漸增大，粉粒含量79.1%～83.5%。由于土體級配均勻，滲透性較差，孔隙比較大最大為0.915，粘粒含量較小，粘滯系數(shù)較小平均值為0.55×1012Pa.s，故其抗沖性較差。

（4）垂直微裂隙

由于黃土受其沉積環(huán)境的影響，使其在水平與垂直方向上具有不同的結(jié)構(gòu)，即垂直方向上的節(jié)理或微裂隙較發(fā)育，而水平方向上則不發(fā)育。從其滲透系數(shù)大小的差異就可知道：水平滲透系數(shù)為3.7×10-5～7.4×10-5cm/s，垂直滲透系數(shù)為3.9×10-4～7.2×10-5cm/s，即垂直滲透能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水平方向。

（5）崩解性

從黃土的濕化試驗成果[1]可知，黃土浸水100～140秒后全部崩解，而黃土狀粉質(zhì)壤土浸水120～180秒后全部崩解，即黃土比黃土狀粉質(zhì)壤土崩解速度要快?？傮w來看，不論黃土，還是黃土狀粉質(zhì)壤土，均具有崩解速度較快的特點。

2.2 積水滲透

圖1 平臺土體降雨破壞過程示意圖

由于邊坡地層具有黃土的特性，在積水后其性質(zhì)發(fā)生較大變化，特別是平臺表面積水后，沿垂直節(jié)理或垂直微裂隙，快速下滲而使黃土出現(xiàn)飽和、崩解，黃土產(chǎn)生濕陷自身骨架結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，由于重力的作用最終出現(xiàn)流塑變形，如果地表面積水量再逐漸增大且時間較長時，下滲水流一旦從邊坡溢出產(chǎn)生連通通道，則地面積水沿優(yōu)勢快速通道，通過飽和、溶蝕、沖刷，最終形成管涌破壞，導(dǎo)致邊坡受到?jīng)_刷而變形破壞失穩(wěn)。

2.3 土體卸荷回彈變形

渠道開挖過程中，由于對各建筑物基底的開挖、平整，土體釋重后會有一定的回彈變形，其變形大小與平臺坡腳位置和土體原始埋藏深度有關(guān)，即平臺外坡角的卸荷回彈變形較內(nèi)坡腳容易。根據(jù)現(xiàn)場破壞的形式可以看出，塌陷變形的位置均位于平臺邊坡的外坡角附近，說明外坡角一定范圍內(nèi)的卸荷回彈變形較其他部位容易，其變形量也應(yīng)該大于其他部位。

3 處理措施

對沖溝范圍作整修開挖，可依照沖溝等地形開挖，有條件時可開挖成1：1或1：0.7邊坡，對受到明顯沖刷的邊界整修擴挖應(yīng)不小于30cm。將沖溝部位進行灌漿。在灌漿材料的選擇上，考慮到與原狀土的結(jié)合作用，采用粘土進行灌漿。灌漿前應(yīng)做好以下工作。

（1）摸清沖溝部位的深度和范圍;

（2）臨坡面處采取措施進行封堵;

（3）沖溝范圍內(nèi)進行粘土灌漿。

（4）粘土灌漿的技術(shù)要求：

采用充填式進行灌漿，造孔深度超過沖坑深度1～2m，注漿管上端孔口壓力小于4.9×104Pa，漿液和漿料的物理力學(xué)指標(biāo)見下表1。

表1 液和漿料的物理力學(xué)指標(biāo)表

4 結(jié)語

依照上述方法進行處理后，該區(qū)域內(nèi)貫穿性沖溝均得到了恢復(fù)，粘土與原狀土之間結(jié)合緊密，經(jīng)過2個雨季的考驗，處理后的區(qū)域未再出現(xiàn)沖溝現(xiàn)象，該區(qū)域的高邊坡一直安全穩(wěn)定。說明該方法對濕陷性黃土高邊坡沖溝處理是行之有效的，為今后類似工程提供借鑒作用及參考價值。

【參考文獻】

[1]黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司.南水北調(diào)中線一期穿黃工程南岸渠道高邊坡滲控措施及邊坡穩(wěn)定研究[R].2008.