山西省引沁入汾和川引水樞紐V3-2滑坡體治理

李 強

(臨汾市水利勘測設計院 山西 臨汾 041000)

1 前言

1.1 工程概況

山西省引沁入汾和川引水樞紐工程位于臨汾市安澤縣和川鎮(zhèn)嶺南村東的沁河干流上，總庫容1756萬m3，是一座以城市及工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼有防洪等綜合利用的中型水利樞紐工程。壩頂總長235m，壩頂高程900m，最大壩高27m，正常高水位898m。工程等別為Ⅲ等，主要建筑物大壩、泄洪排沙底孔為3級建筑物，次要建筑物為4級，臨時建筑物級別為5級。大壩防洪標準為50年一遇洪水設計，500年一遇洪水校核。

根據(jù)《中國地震參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001），確定樞紐工程區(qū)地震動峰值加速度為0.1g(相當于地震基本烈度7度)，各建筑物按7度地震烈度設防。

1.2 V3-2滑坡體概況

V3-2滑坡體為巖體滑坡，屬順層牽引式滑坡，滑坡體所處山梁梁頂高程1030m，上部坡度較緩，坡度約20°，下部靠近河岸，邊坡陡立?；聝蓚葹闆_溝，邊坡陡立，東側沖溝基巖裸露，溝底高程約890m，西側沖溝表層為低液限粘土，溝底高程約910m?；w東西兩側為沖溝，北側為沁河岸邊，三面臨空?；麦w后緣高程約930m。

圖1 V3-2滑坡體剖面圖

1.3 V3-2滑坡體穩(wěn)定性評價

穩(wěn)定計算采用《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）及《水電水利工程邊坡設計規(guī)范》（DL/T5353-2006）中推薦的剩余推力傳遞系數(shù)法。根據(jù)地質專業(yè)計算結果，V3-2滑坡體在持久狀態(tài)（僅考慮天然狀況）、短暫狀態(tài)（考慮50年一遇暴雨動水壓力）及偶然狀態(tài)（僅考慮地震力作用）下的穩(wěn)定系數(shù)詳見表1。另外采用計算機自動搜索技術，分別得出一系列不同滑面上的穩(wěn)定性系數(shù)，從而確定了最小滑動面的位置。不同荷載組合的穩(wěn)定性系數(shù)詳見表2。

由表1可知，自然狀態(tài)下滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，這與滑坡的實際情況基本相符。

由表2可知，邊坡在天然狀態(tài)下處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，隨著雨水入滲導致坡體表面處于飽和狀態(tài)，或者地震作用下，穩(wěn)定性系數(shù)均小于1，斜坡有沿淺層潛在滑動面發(fā)生破壞的可能，因此須在滑坡體中前部實施抗滑工程治理措施。

表1 不同工況下穩(wěn)定系數(shù)計算成果表

表2 自動搜索條件下不同工況下穩(wěn)定系數(shù)計算成果表

2 治理工程設計

2.1 設計工況

（1）設計工況：滑坡久雨、暴雨（50年一遇）狀態(tài)下（滑坡地下水位高度上升至設計暴雨地下水位厚度），考慮安全系數(shù)Ks=1.05；

（2）校核工況：天然狀態(tài)+地震Ⅶ度烈度，安全系數(shù)取1.00。

2.2 邊坡加固方案

圖2 V3-2滑坡體抗滑樁布置圖

圖3 V3-2滑坡體壓腳護坡剖面圖

表3 壓腳前后穩(wěn)定系數(shù)對比表

表4 天然狀態(tài)下地基極限承載力計算參數(shù)及結果

表5 飽和狀態(tài)下地基極限承載力計算參數(shù)及結果

根據(jù)滑坡體地形地質情況，治理設計除了要求做好坡面排水以外，著重研究了抗滑樁和壓腳護坡兩個邊坡加固方案進行比選。

2.2.1 抗滑樁方案

為防止滑坡前緣沿淺層潛在滑動面發(fā)生破壞，同時兼顧整體穩(wěn)定性的提高，在滑坡前部實施抗滑樁支擋工程，抗滑樁剖面布置見圖2。

樁設在主軸線坡頂往西南方向20m處，經(jīng)計算，校核工況下滑坡體剩余推力水平分量為328kN/m。

（1）樁型設計

根據(jù)滑面地形起伏、滑動面埋深及下滑力的大小，選取樁徑為1.5m×2m、樁心間距為5m的大截面懸臂抗滑樁?？够瑯恫捎肅30混凝土現(xiàn)澆，按抗彎構件進行設計。

抗滑樁的間距通過樁的抗滑阻力驗算來控制，兩樁之間的臨界距離計算公式為：

a、b——分別為樁垂直滑動方向和平行于滑動方向的高度；

φ——為滑體的內(nèi)摩擦角，取為14°。

經(jīng)驗算樁心距能滿足要求。因此，樁的基本參數(shù)如下：樁長h=15.0m，其中受荷段h1=7.5（3.2）m，錨固段 h2=7.5m（抗滑樁深入中風化基巖2.0m）。樁截面為2.0m×1.5m，樁心距為5.0m，總樁數(shù)11根。

（2）抗滑樁剛度判定

計算深度：βh2=1.68＜2.25，按剛性樁進行計算。樁底邊界為鉸支端，樁按懸臂樁計算，選用“m”法計算樁身內(nèi)力。計算得樁最大剪力Qmax＝1965kN，最大彎矩 Mmax＝6173kN·m，最大側應力σmax＝388kPa。

錨固段深度判斷：取巖石裂隙及風化的折減系數(shù)C=0.30，巖層產(chǎn)狀折減系數(shù)K1=0.7，錨固段為泥礫巖、泥巖和細粒砂巖，巖石單軸抗壓 強 度 R=σc=17.22MPa， 則 K1·C ·R=3617kPa＞σmax=388kPa，因此，嵌固段滿足深度要求。

（3）擋土板設計

為了防止樁間土體的溜出，在抗滑樁之間設置預制擋土板?？紤]到樁心距為5m，樁截面2.0m×1.5m，不考慮護壁，凈距3.5m，因此設計擋土板長4.5m，設置在樁后，與樁的搭接長度各約0.5m，設計板體規(guī)格4.5m×0.3m×3m。

表6 壓腳后穩(wěn)定系數(shù)成果表

表7 地基局部替換后極限承載力計算參數(shù)及結果

2.2.2 壓腳護坡方案

（1）壓腳護坡設計布置

壓腳護坡布置岸線長度約155m，填筑高程913m。在高程913m設置24.5m寬一級平臺，平臺地表排水坡度5%，采用40cm厚粘土封閉，并植草皮保護，在高程900m設置3m寬二級平臺，高程889.5m干砌堆石棱體處設置3m寬三級平臺，壓腳護坡采用石渣料回填。壓腳護坡剖面布置見圖3。

（2）穩(wěn)定性驗算

回填石渣的參數(shù)取值采用工程類比法，參照三峽庫區(qū)絲綢廠滑坡治理工程中回填石渣參數(shù)取值，回填石渣容重取值21kN/m3，天然狀態(tài)下抗剪強度C為0kPa，φ為37°。計算方法分別采用圓弧法和傳遞系數(shù)法對壓腳后三種工況下滑坡整體穩(wěn)定性、自動搜索滑面穩(wěn)定性驗算，計算結果均滿足規(guī)范要求，詳見表3。

（3）壓腳荷載天然地基極限承載力驗算

考慮到壓腳回填形成過程中及形成后，若地下水位上升，將造成地基極限承載力的降低，為此對天然狀態(tài)下和飽和狀態(tài)下地基土極限極限承載力分別進行計算。洪積物（Q4pl）地基的計算參數(shù)參照該滑坡體滑動面的力學參數(shù)。天然狀態(tài)下凝聚力C=5.0kPa，內(nèi)摩擦角φ=15°，飽和狀態(tài)下凝聚力C′=3kPa，內(nèi)摩擦角φ′=14°，計算結果見表4、表5。

考慮到本工程實際設計回填高度為23.5m，而無論天然狀態(tài)還是飽和狀態(tài)，安全系數(shù)取2時允許填高為18m～20m，因此，天然地基承載力安全儲備不夠。

（4）天然地基局部替換處理措施

由于天然地基承載力安全儲備不夠，為防止地基在回填物料的重力作用下發(fā)生破壞，因此需在坡腳進行局部軟弱地基替換。

為盡量增加豎向荷載以增加滑坡體抗滑力，控制沿河回填壓腳范圍，保證回填坡體自身的穩(wěn)定。在Ⅰ、Ⅱ級階地交界處開挖坑槽，回填堆石棱體。堆石棱體布置于回填坡體外側（近河側），在高程889.5m設3m寬馬道，內(nèi)外坡比分別為1∶1和1∶2。

（5）天然地基處理驗算

堆石棱體的參數(shù)取值同樣參照三峽庫區(qū)絲綢廠滑坡治理工程中堆石棱體參數(shù)取值，本工程回填石棱體容重取值21kN/m3，天然狀態(tài)和飽和狀態(tài)下抗剪強度C為0kPa，φ 為 37°。

計算方法分別采用圓弧法和傳遞系數(shù)法對壓腳后3種工況下滑坡回填坡體沿原地形線滑動穩(wěn)定性驗算，相關成果列于表6，結果滿足相關規(guī)范要求的設計安全系數(shù)。同時天然地基局部替換處理后，其承載力也能滿足要求，替換后極限承載力計算參數(shù)及結果見表7。

2.2.3 方案比選

V3-2滑坡體滑帶厚度不大，下盤巖體穩(wěn)定性較好，且抗滑樁為大截面壓彎構件，能充分發(fā)揮材料的強度。但抗滑樁豎井施工困難，工作人員井下作業(yè)施工條件和安全性相對較差，施工進度較慢，另外抗滑樁加固力集中，有坡面局部滑塌風險。

壓腳護坡方案雖然工程量及投資相對較大，但有利于解決樞紐工程的棄渣問題，施工進度較快，施工條件較好，且加固力分散布置，能有效防止次生滑面的發(fā)生。

綜合分析，設計采用壓腳護坡方案。

2.2.4 護坡設計

由于回填石渣位于水位變幅區(qū)，第一級平臺至第三級平臺間護坡采用30cm厚干砌塊石，下部鋪20cm厚砂礫料墊層。第一級平臺采用40cm厚粘土封閉，并植草皮或灌木保護。

填方區(qū)兩側邊界邊坡坡度根據(jù)回填石渣的天然休止角確定為1∶2，坡腳設計清基深度0.5m，邊坡采用30cm厚干砌塊石護坡，下設20cm厚砂礫料墊層，護坡坡腳基礎采用漿砌石，頂寬1m，深度2m，范圍為第一級平臺至第三級平臺之間。

2.2.5 坡面排水設計

滑坡體的地下水的補給源主要是大氣降水和山坡地表匯水，為防止區(qū)域外地表水流入，根據(jù)天然地形條件，在滑坡體邊緣3m～5m范圍內(nèi)設置橫向截水溝和排水溝，均采用漿砌石砌筑。截水溝斷面為梯形斷面，底寬0.4m，頂寬0.9m，深0.4m。排水溝斷面型式分為V型斷面及矩形斷面，V型斷面底寬0.5m，頂寬1.2m，深0.7m，矩型斷面寬0.6m，深0.7m。

3 結語

V3-2滑坡體治理工程設計采用壓腳護坡+排水的優(yōu)化方案，能夠因地制宜，充分利用樞紐工程施工過程中的開挖棄料，不僅技術上是可行的，而且經(jīng)濟上是合理的，不失為一種一舉兩得的治理方案，可為類似工程提供借鑒和參考。另外，在今后的運行過程中要建議加強安全監(jiān)測，了解和掌握滑坡體治理后的穩(wěn)定性狀。陜西水利