甘肅東鄉(xiāng)縣城滑坡綜合治理中的排水工程設(shè)計思路

付東林，黎志恒，趙 成，張永軍，張 川，高 暉，胡莎莎

(甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，甘肅蘭州 730050)

1 概況

2011年3月2日18時55分，甘肅省東鄉(xiāng)族自治縣縣城鎖南鎮(zhèn)撒爾塔文體廣場西北角發(fā)生滑坡(以下簡稱“3.2”滑坡)，滑動方量約18×104m3，共計發(fā)生7次規(guī)模不等的滑動，為土質(zhì)滑坡，平面形狀呈舌型，主滑方向為150°，至前緣與西側(cè)坡體碰撞后轉(zhuǎn)為120°。滑坡堆積體長度約210m，寬度85～123m，厚度4～15m，滑坡相對高差51.7m，滑坡體自然坡度10°～20°，后壁高差 4～12m，坡面中部呈臺級狀?！?.2”滑坡間接地對道路、商鋪、通訊、給排水、電力設(shè)施造成毀壞，縣委、縣政府辦公大樓出現(xiàn)不同程度的破壞而無法繼續(xù)使用。據(jù)統(tǒng)計造成直接經(jīng)濟損失約4.69×108元(初步估計還有10多億元潛在損失)。由于監(jiān)測預(yù)警工作到位，未造成人員傷亡。根據(jù)國務(wù)院《地質(zhì)災(zāi)害防治條例》地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情與險情分級標(biāo)準(zhǔn)，可定為特大型地質(zhì)災(zāi)害［1］。

所采取的主要應(yīng)急治理方案有:(1)對陡立的滑坡后壁進行削方。(2)對滑坡東側(cè)變形明顯的不穩(wěn)定斜坡，實施坡腳填土反壓及設(shè)地下截排水盲溝進行應(yīng)急治理。(3)繼續(xù)進行地表變形和地下深孔位移監(jiān)測［2］。

通過應(yīng)急治理階段和綜合治理可行性研究階段的地質(zhì)勘查及監(jiān)測預(yù)警工程的實施，總結(jié)出:隨著近三十年來經(jīng)濟社會快速發(fā)展，位于黃土梁峁上的東鄉(xiāng)縣城用水、排水量逐年增大，水分下滲量遠(yuǎn)大于地下排泄量，遂累積性地滯留于黃土體內(nèi)，兼之受人類活動干擾，原地下水徑流、排泄條件發(fā)生很大變化，使地下水位或地下水浸潤面不斷上升，反過來造成道路、建筑物不均勻沉降、濕陷性沉降，引發(fā)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急排查中發(fā)現(xiàn)地表裂縫、建筑物開裂或傾斜現(xiàn)象范圍非常廣泛，是本次滑坡發(fā)生的總背景——水文地質(zhì)條件變化引起土體工程地質(zhì)特征發(fā)生大面積變化。環(huán)繞撒爾塔文體廣場1.80km長度范圍內(nèi)為建筑、人口相對密集區(qū)，面臨同樣的地質(zhì)環(huán)境條件變化。

東鄉(xiāng)縣城所在地是地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)和高危險區(qū)。為了避免地質(zhì)災(zāi)害造成更大的損失，維護縣城2.7萬人生命和財產(chǎn)安全，促進地方經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展，確定針對縣城特大地質(zhì)災(zāi)害實施開發(fā)性綜合治理。

2 自然環(huán)境條件簡述

東鄉(xiāng)縣位于隴中南部冷溫帶半濕潤區(qū)，屬溫帶半干旱氣候。據(jù)東鄉(xiāng)縣氣象站資料，多年平均降水量544.6mm。多年平均蒸發(fā)量為1421.2mm，多年平均相對濕度63%，最大凍土深度1.20m。

縣城高居于以前溝為中心的黃土山梁上，梁寬100～1000m，梁頂與溝底相對高差150～300m，相間的溝谷多呈“V”型，兩側(cè)坡度多在20°～40°，侵蝕切割強烈，梁頂完整性差，受人工改造作用大部分地段已成為階狀地形。

工作區(qū)地下水主要為黃土孔隙裂隙水。受縣城供、排水及大氣降水作用影響，在馬蘭黃土與離石黃土、離石黃土與下伏臨夏組泥巖的兩個接觸面帶，形成地下水飽和帶，據(jù)物探解譯結(jié)果，沿古地形呈股狀或與人為供排水有關(guān)呈雞窩狀，受人類活動干擾(主要指原撒爾塔文體廣場建設(shè))，造成徑流條件不暢，已有的泉眼被堵塞，排泄能力降低，引起地下水位或地下水浸潤面上升。

3 滑坡綜合治理中主要排水設(shè)計思路總結(jié)與分析

綜合治理工程主體是壓腳填方工程，共設(shè)計三個階狀平臺，高差分別是15m、15m、28.7m，15m高差平臺邊緣分二級放坡，28.7m高差平臺邊緣分四級放坡，每級放坡高差7～7.7m，坡比1∶1.3，中間馬道為5m。填筑土方量總計413.72×104m3。將廣場沖溝區(qū)整個填埋后，一方面，可有效保護原沖溝周圍坡體的穩(wěn)定，同時平整出0.184km2的土地。另一方面，填方土源選自北部的黃土梁，原因有:①起到削方減載作用;②降低土方運費;③開挖平整山頭后，為災(zāi)后重建又可提供0.188km2的平整場地，使今后城市建設(shè)更加美觀、整齊［1］。

本文忽略綜合治理工程中其他各分項工程的論述，僅就主體壓腳填方工程(圖1)中的地表、地下排水設(shè)計思路做一梳理。

圖1 壓腳填方工程縱剖面圖Fig.1 Profile sectional sketch of filling project for especially big landslide controlling comprehensively in Dongxiang County

針對填方土體來源仍是以粉質(zhì)粘土為主(次為粉土)，下滲水分仍會累積性地滯留于黃土體內(nèi)，且不易排出的水文地質(zhì)特點，總的排水設(shè)計原則是:收集大氣降水及其他一切地表排水，盡可能減少或防止地表水下滲入填方體;疏通填方區(qū)已有地下水徑流通道，防止地下水位上升，使填方體中含水率一直維持在一個變幅很小的平衡狀態(tài)中，防止引起填筑土體物理、力學(xué)性狀發(fā)生質(zhì)的變化。即盡可能保證填方體是一個巨大的“干楔體”，鑲嵌在縣城前溝中，維護鄰溝四周建筑、居民及財物的安全。具體設(shè)計依據(jù)有《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTJ01—99)、《城市道路設(shè)計規(guī)范》(CJJ37—90)、《公路排水設(shè)計手冊》、《公路排水設(shè)計規(guī)范》等。

(1)地表排水系統(tǒng)

地表降雨匯流是黃土區(qū)地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的主要外在誘發(fā)因素［3］。因此，首先，完善縣城區(qū)域地表排水系統(tǒng)，沿主要公路、街道布設(shè)明溝、蓋板明溝，攔截填方區(qū)客水，匯排區(qū)域上地表大氣降水，減少下滲，與常規(guī)地表排水設(shè)計思路相同。其次，完善填方區(qū)地表排水系統(tǒng)，在填方體頂部設(shè)平行狀蓋板明溝收集地表匯水，間距 40m，比降 1∶100［4］;在護坡坡面上設(shè)截排水溝，橫向上沿每級馬道里側(cè)布設(shè)，縱向上沿所有坡面布設(shè)(間距40m)，以保證坡面免遭地表匯水破壞，用M10漿砌片石砌筑(或混凝土澆筑)(圖2)。

(2)近地表(埋深約5m處)排水系統(tǒng)

在填方體近地表布設(shè)縱向截排水盲溝和橫向分支截排水盲溝，縱橫間距10m，縱向比降1∶100;橫向上截排水盲溝呈鋸齒狀，低點與縱向盲溝相連，利于匯、排水。另外，在靠近填方體邊緣帶布設(shè)相對較大的截排水盲溝，攔截外來客地下水(圖3)。

主要原因有:①如此密集盲溝，意在二次收集地表下滲水，形成一個近似排水層;②在近地表埋深約5m處攔截下滲水分，類比周圍植物生長分析，也是植物根系所能達(dá)到的深度，可為將來地表綠化植物生長提供一定的水分供應(yīng);③位于最大凍土深度(1.20m)之下;④未來的縣城地下管道鋪設(shè)深度之下，即未來可能的一般性人類活動深度之下。

圖2 填方區(qū)地表排水系統(tǒng)Fig.2 Surface drainage works in filling area1-縱向截、排水溝;2-橫向截、排水溝

(3)填方體最底部地下排水系統(tǒng)

綜合考慮清淤、檢修、監(jiān)測、泵汲，以盡可能大范圍地收集、快速排除或疏通地下水流動為目的，在本次設(shè)計填方區(qū)最底部再布設(shè)一排水系統(tǒng)，包括垂直集水井、砂礫卵石井、集水廊道、截排水盲溝等(圖4)。

在調(diào)查訪問歷史上泉點、泉群出露及滲水點處設(shè)計集水井，或可兼用作地下水動態(tài)監(jiān)測井，直徑3.0m，隨填土反壓、護坡工程一起逐段實施，用以排泄泉點以北大范圍的地下匯水，觀測地下水動態(tài)變化，與本次設(shè)計的地下排水系統(tǒng)連成一個整體，所起作用、所在位置非常關(guān)鍵。

設(shè)計砂礫卵石井，直徑1.5m，從外圍向圓心按照反濾層設(shè)計，井深度至其原始地形溝道中線上，且從前期填方以后、滑坡發(fā)生前地面算起。這項措施用以將原始地形條件下的地下匯水通道、地表泉點與本次設(shè)計的地下排水系統(tǒng)有機地連成一個整體。

圖3 填方區(qū)近地表(埋深5m)排水系統(tǒng)Fig.3 Drainage works in 5m depth in filling area1-填方體外圍較大截排水盲溝;2-縱向截排水盲溝;3-橫向分支截排水盲溝

在主、干溝道段及籃球場北鄰陡坎坡腳帶設(shè)計混凝土圓拱直墻剖面的隧道式地下集水廊道，其中頂部拱形，兩側(cè)為邊墻，底部與邊墻一體，且下設(shè)3∶7灰土墊層，集水廊道斷面2.4m×3.0m，盡可能起到疏通、排除地下水作用的同時，要便于后期清淤與維護。集水廊道兩側(cè)及頂部外圍同樣按照反濾層設(shè)計，并在邊墻腳設(shè)排水管。拱部、邊墻用C20混凝土現(xiàn)澆，考慮到填方過程中存在碾壓(且上覆最大土層厚度50m)，環(huán)拱形方向及縱向上均配鋼筋。集水廊道縱坡降取2%。

圍繞集水廊道工程，沿古坡面下凹中線處或現(xiàn)有地形適當(dāng)位置布設(shè)數(shù)量比較多的地下截排水盲溝，一方面改善地下排水條件，另一方面改善回填土的土體結(jié)構(gòu)，增強斜坡的穩(wěn)定性。

主要原因有:①第三次收集填方體上下滲的水分;②疏通填方區(qū)原有的地下水徑流通道;③收集填方區(qū)以外區(qū)域，即從四周流入的地下水。以達(dá)到保護填方區(qū)最底部土體物理、力學(xué)性質(zhì)長時間穩(wěn)定的目的。

圖4 填方區(qū)最底部排水系統(tǒng)Fig.4 Drainage works at the bottom in fill area1-集水井;2-砂礫卵石井;3-已經(jīng)施工截排水盲溝;4-截排水盲溝;5-集水廊道;6-棱體排水

通過目前初步的施工工程效果來看，填方體最底部地下排水系統(tǒng)運行良好。

(4)填方體最南端坡腳積水處理

工程開工之初首先對主溝道中的松軟淤泥質(zhì)清除，結(jié)果在填方體最南端坡腳出現(xiàn)積水現(xiàn)象?？紤]到主體工程完工后坡腳穩(wěn)定性問題，于是在這段主溝道中補充設(shè)計一反濾體，寬15～20m，沿主溝走向長約40m，厚度達(dá)3m，從底部向上分別依序填筑塊石、碎石、礫、砂、粉土等，以增強這段主溝底部的地下水排泄能力，充分地考慮對填筑土體(粘性土體)的保護［5］，原理同土質(zhì)壩體排水中的棱體排水(慮水壩址)設(shè)計(圖4)。

4 引申思考

在大規(guī)模的削山填溝、圍海(湖)造地等填方工程中引入原水文地質(zhì)條件(包括植被生長的微部土壤條件)的保護與恢復(fù)，在重視地表排水設(shè)計的同時要重視地下排水設(shè)計，有利于自然地質(zhì)環(huán)境尤其生態(tài)環(huán)境的保護與恢復(fù)。

除上述具體的排水工程措施以外，可以從填筑體的結(jié)構(gòu)組成上入手，進一步加強地表、地下排水方法的研究與運用。

［1］張川，付東林.甘肅省東鄉(xiāng)族自治縣縣城特大地質(zhì)災(zāi)害綜合治理工程可行性研究報告［R］.蘭州:甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，2011.ZHANG Chuan，F(xiàn)U Donglin.Study report for feasibility on especially big geo-hazard harnessing comprehensively in Dongxiang county，Gansu province ［R］.Lanzhou:Gansu Provincial Geo-Environment Monitoring，2011.

［2］付東林，張川.臨夏回族自治州東鄉(xiāng)族自治縣鎖南鎮(zhèn)撒爾塔廣場北部滑坡與不穩(wěn)定斜坡應(yīng)急治理方案［R］.蘭州:甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，2011.FU Donglin，ZHANG Chuan.Emergency harnessing landslide and unstable slope on the north Saerta square in Suonan Town，Dongxiang autonomous county ，Linxia Hui autonomous prefecture［R］.Lanzhou:Gansu Provincial Geo-Environment Monitoring，2011.

［3］付東林.黃土區(qū)地質(zhì)災(zāi)害成因分析及防治設(shè)計原則和建議—以隴東寧縣為例［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2008，19(2):150-152.FU Donglin.Cause analysis and design principles and proposals to prevent and control for geological disasters in loess area-taking Ningxian County of Gansu province as an example［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2008，19(2):150-152.

［4］CJJ37—90城市道路設(shè)計規(guī)范［S］.北京:北京市市政設(shè)計研究院，1991.CJJ37-90 Design code for city road［S］.Beijing:Beijing municipalengineering design and Research Institute，1991.

［5］SL274—2001碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范［S］.北京:黃河水利委員會勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，2002.SL274-2001 Design code for rolled earth-rock fill dams［S］.Beijing:Planning design and Research Institute，the Yellow River Water Conservancy Committee，2002.