淺析韓墩引黃總干堤壩外坡失穩(wěn)的危害

摘 要：韓墩總干經過長年的運行，原有地理環(huán)境條件發(fā)生了不可逆轉的巨大變化。隨著渠道內部泥沙淤積的減輕，清淤數量及頻次減少，堤壩型式隨之逐漸固化，新時期出現新情況，難以再用傳統的方法解決。該文通過現狀分析和歷史比較，對堤壩外坡坍塌毀損問題進行綜合評價，提出客觀治理設想，以供借鑒。

關鍵詞：韓墩總干 外坡失穩(wěn) 治理措施

中圖分類號：S277.7文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）05（a）-0118-01

濱州市韓墩引黃總干堤壩運行50余年，隨著社會經濟的不斷發(fā)展和工程建設管理方式的改進，傳統的水力沖填清淤、堤外占地放土的施工方法已不適用新形勢的要求。總干全段均已確權劃界，工副業(yè)生產建設項目日益增多，居民點內遷擴展，兩岸堤壩以外早已不再是單純基本農田，使得總干堤腳邊界以外土地難以再臨時征占放土。尤其隨著西岸壩頂瀝青管理路的建成使用、綠化樹木成林率的提高以及周邊農地與干渠壩頂相對高差的加大，都對堤壩邊坡的穩(wěn)定構成威脅且難以修復?？偢?0 km長堤邊坡工程的穩(wěn)定狀況，事關供水事業(yè)的成敗與安全，對整體工程的安全性、經濟性起重要的制約作用，影響著灌區(qū)工程的投資使用效益。因而，對此進行研究具有廣泛的現實意義。

1 原因分析

1.1 壩頂與周邊農地高差的影響

總干渠未襯砌之前，兩側堤壩與周邊農地落差極小，外側邊沿存在廣闊的堤防淤背區(qū)，100 m以內農地每年冬季都會被征用做為放淤區(qū)，不存在外邊坡失穩(wěn)問題。然而自渠道襯砌后，內邊坡糙率降低，渠內水流速增大，加之黃河水含沙量逐年減小，渠內淤積減輕，特別是西岸壩型逐漸固定下來。壩坡外堤腳邊界以外歸屬縣區(qū)管理，由于地方上對于土方的需求逐年增長，周邊農田壩坡淤背區(qū)的土方被大量倒賣流失，造成淤背區(qū)缺失，邊坡傾斜面過大。尤其是引黃閘至牛王閘之間14 km渠段平均高差可達3 m多。灌區(qū)土質以粉質砂壤土和粉質壤土居多，且厚度變化較大，分布不穩(wěn)定，土質松散，失水后易坍塌。

土質堤壩由于外邊沿的土體存在較大的坡面傾斜，在坡體自身重力以及其他外力的聯合作用下，導致整個坡體存在由高到低滑動的趨勢；在坡體土自身強度和一定的工程措施保護下，產生抵抗坡體下滑的向上力。假設邊坡土體自身某作用面上的下滑力大于其內部阻止滑動的抵抗力，土體必將呈現滑動，即失穩(wěn)；如果下滑力不及抵抗力，則可認為邊坡恒穩(wěn)。邊坡土受力情況比較復雜，影響外坡穩(wěn)定的因素較多，簡單歸納起來主要有：土體自身的物理力學性質；堤壩型式和外形尺寸；加固措施；工作條件。對于砂土質堤壩而言，夏季雨水的沖刷和滲漏是造成堤防外邊坡坍塌失穩(wěn)損毀的主要因素，土體內部較高的含水率改變了壩體組成材料的物理力學性質和工作條件。較高的落差使得壩頂樹木根系難以吸收水分造成根系不發(fā)達；邊坡傾斜面過大表面草本植物根系不發(fā)達；所以當排水水流較大時，土體易流失坍毀。水對土體的影響有：一是使得內部剪應力增加；再一個使得土體自身抗剪強度降低。

1.2 總干管理路的影響

瀝青管理路位于西岸壩頂內側，瀝青寬度4 m，灰土寬度5 m，實際占寬7～8 m，且里高外低未建設專門排水設施。路外側綠化樹木區(qū)寬約7～9 m不等，壩頂總寬度不超16 m。瀝青表面無滲水能力，雨季時大量路面積水涌向外側綠化區(qū)，壩體經過長時間浸泡松軟，極容易形成流溝暗隙，管涌后容易坍塌毀損。

水流的沖擊力對土體穩(wěn)定性也會有一定影響。根據土層深度、緊密度的差異，土層越淺顆粒越松散。在地表水流帶動下，在壩坡表面流動的水不斷沖刷整個坡面的松散顆粒，繼而形成溝槽、低凹地。在蓄水能力超出可耐受程度時，不但形成較大向下荷載力，且土體中的孔隙水會對壩體產生一定的靜水壓力。孔隙水壓力作用方向與孔隙面垂直，其大小受水頭影響。水頭越高則靜水壓力越大。靜水壓力對壩坡土體產生下行的滑動推力，當孔隙水壓力劇增時則可能引發(fā)滑坡，壩體穩(wěn)定程度降低。土體滑坡通常是從坡頂水沖槽和裂縫出現后開始的。

1.3 壩頂綠化樹木的影響

壩頂樹木的種類以楊樹為主，此類植物特點是根系發(fā)達，耐旱耐堿，對壩坡穩(wěn)定作用顯著。缺點是若栽植間距較小或樹種選擇不當，樹頂高度過高或胸徑過細，加上根系較淺，都極容易造成雨季邊坡土流失時被狂風刮倒連帶周圍樹木，甚至倒而不死，根系下空洞難以發(fā)現影響雨后壩坡填土修復。

水滲進土體使得土體密度增加、剪應力增大。水在坡表面排泄受阻將會加大土體重量，增加坡體下滑力。含水量大會使土體內部聯結變弱、強度降低，從而導致抗剪強度降低。在滲流過程中對邊緣顆粒施加一個動水壓力，其大小與流動水的體積、容重和水力梯度有關，與水流方向一致，是體積力。結構面填充物受水的浮力作用重量降低，當動水壓力稍大時會帶走填充物顆粒，侵蝕掏空更大范圍的填充物。水流還會磨平表面粗糙的土顆粒使其變得光滑，從而降低內部摩擦系數，減小邊界抗滑力使得邊坡土體變的不穩(wěn)定。

2 整治措施

可見造成總干外坡坍塌失穩(wěn)的主要因素是水。尤其是流動水流對壩體穩(wěn)定性的危害為甚，從而實施治水工程將是保證堤壩安全的主要措施，包括壩面及壩體排水。由于瀝青路面橫向比降已定，只能實行傾向外坡的排水方案。設置合理數量的壩面截水溝、外邊溝、排水溝及跌水、急流槽是非常必要的。壩腳處開挖界溝與農田排水溝連通，避免臨界農田受澇。另外壩體排水設施有滲溝、盲溝及斜管等。滲溝主要作用是截排路面及地表上的下滲雨水；盲溝主要用于截排或引排路面積水；斜管用于排除盲溝內積水，可選擇水平鉆機或直接開挖壩頂埋置排水管。以上措施均需論證試驗，能設則設，能省則省，盡量避免對堤壩的過度擾動。同時，在坡面選擇合適草種，通過植草綠化的方法減少水對坡面的滲入。

3 結語

雨水對壩坡的影響是多方面、多角度的，在考慮防止堤壩外坡失穩(wěn)鞏固壩體時，首先應考慮對水流的疏導，而不是盲目圍堵。做好地表排水系統和壩體排水系統，使雨水對壩坡的危害削減到最低限度；其次針對不同壩型不同部位，區(qū)別采取不同方法加固，組合使用各類措施。本著實事求是的原則，進行綜合試驗論證，盡量采取最優(yōu)方法取得最理想的效果。

參考文獻

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