大型膨胀土渠坡处理关键技术与实践.pdf

大型膨胀土渠坡处理关键技术与实践 一、项目名称 一、项目名称 大型膨胀土渠坡处理关键技术与实践 二、推荐等级 二、推荐等级 科技进步一等奖 三、项目简介 三、项目简介 南水北调中线工程是继长江三峡工程之后我国的又一个跨世纪巨型水利工程是我国在本世纪为解决南北水量不均北方水资源短缺、保障北方居民用水，促进北方工农业生产发展的特大型水资源配置工程南水北调中线工程全长 1427.17km，沿线渠道涉及的膨胀土岩总长达 387km，膨胀土渠坡稳定与处理是南水北调中线工程最主要的工程技术问题之一 项目团队围绕工程技术难题，基于膨胀土理论创新、大型原位试验、渠道开挖响应监测、变形机理分析、渠坡稳态演变模拟等手段进行攻关，建立了基于膨胀土宏观特征的膨胀土快速判别方法，建立了一套较完整的膨胀土渠道勘测技术标准体系提出了膨胀土渠坡表层蠕动破坏、深层折线滑动两种最主要的破坏形式，建立了相应的渠坡稳定性分析方法，基于膨胀土结构与“三带性”建立了膨胀土力学参数取值方法，解决了长期以来困扰工程技术界的计算结果严重背离实际的局面针对膨胀土渠坡研发的桩梁联合支护、多排微型桩超前抗滑、改性土封闭、立体防渗排水等技术，成功解决了膨胀土渠坡浅、深层稳定问题。

建立了基于膨胀土进行水泥改性和坡面换填封闭的全套施工工艺、质量检测方法及技术标准研究成果全面应用于南水北调中线工程膨胀土渠段的工程处理，并在郑万高速铁路、引江济汉、引江济淮、引额济乌工程修复、鄂北调水、湖北莲花湖等工程推广应用，产生了显著的经济、社会和环境效益，取得直接经济效益 10 亿多元，间接经济效益 20 亿/年，项目成效得到国务院南水北调工程建设委员会办公室及中线工程建设管理局的充分肯定 四、推广应用情况（发明、进步、推广）四、推广应用情况（发明、进步、推广） ： 膨胀土快速判别技术，特大型输水工程膨胀土勘察方法及技术标准，膨胀土边坡浅层蠕动变形和深层结构面控制型折线滑动破坏理论，基于膨胀土进行水泥改性和坡面换填封闭的全套施工工艺、质量检测方法及技术标准，膨胀土渠坡“护-截-排-固”综合处理关键技术等成果已成功应用于南水北调中线工程，并在引江济汉、鄂北水资源配置、引江济淮、红莲湖～大头海水系连通、引额济乌修复等工程中推广应用，取得较好效果，客户反映良好，具体应用情况如下表所示： 应用单位名称 应用技术 应用的起止时间 应用情况 河南省水利勘测有限公 司 2003.6~2013.9 在中线工程沙河~漳河 段全面应用 河北省水利勘测设计二 院 2003.6~2013.9 在中线工程漳河~石家 庄段全面应用 湖北省水利水电规划勘 测设计院 膨胀土勘察方法及技术 标准， 膨胀等级三分之一 划定方法， 膨胀土膨胀等 级快速判定技术，采用 “点、 线、 面”相结合的 施工地质方法 2010.6~2013.6 在引江济汉工程推广应 用 南水北调中线干线工程 建设管理局 多排微型桩超前支护、 桩 梁联合支护体系等综合 加固新技术 2012.4~2013.9 在中线工程全线应用 南水北调中线干线工程 建设管理局 水泥土改性土施工技术 2011.8~2013.12 在中线工程全线应用 安徽省水利水电勘测设 计院. 水泥改性土换填技术、 立 体防渗排水技术 2014.1~2016.12 在引江济淮工程膨胀土 段设计方案中采用 湖北水总水利水电建设 股份有限公司 水泥改性土换填处理 2015.9~2016.12 在鄂州市华容区红莲湖 ~大头海水系连通工程 膨胀土处理方案中采用 中国水利水电第十一工 程局有限公司 水泥改性处理、 联合支护 技术 2015.9~2016.12 在鄂北水资源配置工程 施工期应用 湖北省水利水电规划勘 测设计院 水泥改性处理技术 2010.1~2013.10 在引江济汉工程全面应 用 五、代表性论文专著目录/主要知识产权证明目录： 五、代表性论文专著目录/主要知识产权证明目录： 序 号 知识 产 权类 别 知识产权具体名称 国家 （地区） 授权号 授权日期 证书编号 权利人 1 发明 专利 低通量滴淋式自 给降雨装置 中国 ZL 2013 1 0316692.6 2016.1.20 第 1888531 号 中国科学院武汉岩土力 学研究所 2 发明 专利 利用现场大型直 剪试验装置检测 粘性土抗剪强度中国 ZL 2014 1 0335875.7 2016.8.24 第 2211067 号 长江勘测规划设计研究 有限责任公司； 长江岩土 工程总公司（武汉） 的方法 3 发明 专利 一种膨胀土边坡 吸湿变形模型试 验方法及系统 中国 ZL 2014 1 0145024.6 2015.12.23 第 1931145 号 中国科学院武汉岩土力 学研究所 4 发明 专利 一种含夹层三轴 试验试样制样方 法及装置 中国 ZL 2012 1 0376955.8 2014.9.10 第 1480565 号 中国科学院武汉岩土力 学研究所 5 实用 新型 专利 一种低通量滴淋 式模拟降雨装置 中国 ZL 2013 2 0447780.5 2013.12.11 第 3307624 号 中国科学院武汉岩土力 学研究所 6 实用 新型 专利 膨胀土边坡自动 化综合监测系统 中国 ZL 2013 2 0602915.0 2014.3.26 第 3473439 号 长江勘测规划设计研究 有限责任公司； 长江岩土 工程总公司（武汉） 7 实用 新型 专利 一种检测粘性土 抗剪强度的现场 大型直剪试验装 置 中国 ZL 2014 2 0390132.5 2014.12.10 第 3963148 号 长江勘测规划设计研究 有限责任公司； 长江岩土 工程总公司（武汉） 8 实用 新型 专利 土壤入渗测定器 中国 ZL 2009 2 0087699.4 2010.6.9 第 1457612 号 长江水利委员会长江勘 测规划设计研究院 9 实用 新型 专利 一种膨胀土边坡 吸湿变形模型试 验装置 中国 ZL 2014 2 0175300.9 2014.8.27 第 3767951 号 中国科学院武汉岩土力 学研究所 10 实用 新型 专利 一种含夹层三轴 试验试样制样装 置 中国 ZL 2012 2 0510344.3 2013.4.3 第 2817004 号 中国科学院武汉岩土力 学研究所 六、主要完成人情况： 六、主要完成人情况： 姓名 职称/职务 文化程度 工作单位 对成果创造性贡献 蔡耀军 教高/副总工 博士 长江勘测规划设计研究有限责 任公司 工程项目负责人之一。

负责 组织科研项目申报立项，制 定项目技术路线和研究方 案 吴德绪 教高/副总工 本科 长江勘测规划设计研究有限责 任公司 工程项目负责人之一组织 协调项目实施，主持膨胀土 渠坡处理方案设计 程德虎 教高/副总工 硕士 南水北调中线干线工程建设管 理局 负责项目建设管理、 项目专题负责人 阳云华 高工 本科 长江岩土工程总公司（武汉） 工程现场负责人、 项目专题负责人 冷星火 教高/室主任 工程师 硕士 长江勘测规划设计研究有限责 任公司 工程现场负责人、 项目专题负责人 庞 敏 教高 博士 南水北调中线干线工程建设管 理局 负责项目建设管理 赵 旻 教高/书记 本科 长江岩土工程总公司（武汉） 勘查专业负责人、 项目专题负责人 陈尚法 教高/主任 博士 长江勘测规划设计研究有限责 任公司 科研项目现场负责人 倪锦初 教高/处总工 硕士 长江勘测规划设计研究有限责 任公司 工程现场负责人、 项目专题负责人 颜天佑 高工/室副主 任 博士 长江勘测规划设计研究有限责 任公司 工程现场专业负责人、 项目子题负责人 陈善雄 研究员 博士 中国科学院武汉岩土力学研究 所 项目课题负责人 温世亿 高工/主任 博士 南水北调中线干线工程建设管 理局 工程项目建设管理 倪 晖 教高/副主任 本科 长江勘测规划设计研究有限责 任公司 工程现场专业负责人 李 亮 工程师 硕士 水利部长江勘测技术研究所 工程现场专业技术骨干、 项目子题负责人 赵 峰 教高/室主任 工程师 本科 长江勘测规划设计研究有限责 任公司 工程现场专业技术骨干、 项目子题负责人 七、主要完成单位情况： 七、主要完成单位情况： 单位名称 长江勘测规划设计研究有限责任公司 排 序 第 1 完成单位 对本项目技术创新和应用的贡献： 牵头主持南水北调中线工程规划设计与研究，主持国家 863 计划、国家科技支撑 计划项目等一批国家和省部级课题， 是南水北调中线工程膨胀土渠道处理关键性 技术的总成单位。

成果广泛应用于引江济汉、鄂北水资源配置、引江济淮等工程 项目，社会经济和生态环境效益显著，发挥了重要示范作用取得的突出成果： （1）提出膨胀土宏观结构和垂直分带新理论、膨胀土结构与水文地质模型和力 学参数确定原则，为膨胀土边坡稳定分析奠定了理论基础，建立了特大型输水工 程膨胀土勘察方法及技术标准； （2） 提出膨胀土渠坡浅表胀缩带蠕动变形和较深~深层结构面控制型折线滑动破 坏模式；建立膨胀土渠坡深层滑动稳定分析方法，取得膨胀土边坡破坏理论重大 突破 （3）建立了基于膨胀土进行水泥改性和坡面换填封闭的全套施工工艺、质量检 测方法及技术标准，并首次在工程建设中大规模成功应用 （4）针对膨胀土渠坡破坏机理，提出了“护-截-排-固”的膨胀土渠坡综合处理 关键技术，解决了浅表层蠕动变形和较深层~深层结构面控制型边坡稳定难题 单位名称 南水北调中线干线工程建设管理局 排 序 第 2 完成单位 对本项目技术创新和应用的贡献： （1）作为南水北调中线干线工程的项目法人单位，负责提供膨胀土渠道施工地 质特性与渠坡处理关键技术研究与实践的基础资料； （2）负责提供配套经费用于试验研究； （3）根据现场试验实施方案，结合现场实际情况负责协调现场试验工作和各参 与单位现场配合工作，为现场试验研究工作提供便利的实施条件； （4）负责审核现场试验方案，监管现场研究方案的执行； （5）对课题研究进展情况进行检查、督促； （6）负责派研究人员参与课题研究； （7）负责对成果及时组织评审、审查和验收，并负责研究成果的及时转化。

单位名称 长江岩土工程总公司（武汉） 排 序 第 3 完成单位 对本项目技术创新和应用的贡献： 作为骨干单位参加了长江勘测规划设计研究有限责任公司主持完成的南水北调 中线工程及大型膨胀土渠坡处理关键技术与实践等一系列国家和省部级课题研 究主要贡献为： （1）从 20 世纪 70 年代开始，全过程负责南水北调中线工程的勘测与研究工作长期从事中线膨胀土（岩）的勘察与科学研究，取得了大量的勘察与科研成果， 部分成果已成为我国膨胀土研究的重要里程碑 （2） “十一五”期间，作为“膨胀土（岩）地段渠道破坏机理及处理技术研究” 课题的主要研究单位，首次提出了膨胀土结构特性的三带划分模式，为渠道处理 设计提供依据 （3） “十二五”项目研究期间，取得了大批的研究成果和 2 项专利提出了膨胀 土渠道施工地质的工作内容、工作方法、成果要求，填补了我国膨胀土地区施工 地质技术要求的空白；建立了膨胀土现场快速鉴别指标；揭示了强膨胀土（岩） 工程特性及地质结构，首次系统地分析了弱、中等、强膨胀土（岩）工程特性及 地质结构的差异；提出了深挖方膨胀土渠坡产生变形破坏的影响因素；对渠道沿 线膨胀土地区地下水类型和特征进行了研究， 提出了防渗排水设计所需的地质模 型。

单位名称 水利部长江勘测技术研究所 排 序 第 4 完成单位 对本项目技术创新和应用的贡献： 作为骨干单位参加了长江勘测规划设计研究有限责任公司主持的南水北调中线 工程及大型膨胀土渠坡处理关键技术与实践等一系列国家和省部级课题研究 主 要贡献为： （1）自上世纪 80 年代开始，一直承担南水北调中线工程前期勘测科研任务，开 展了总干渠沿线膨胀岩土发育规律、工程性质、膨胀。