引黃濟青工程昌邑明渠段邊坡穩(wěn)定性分析及處理措施

程亮

摘 要：引黃濟青工程是山東省境內(nèi)為解決青島市及工程沿線地區(qū)生產(chǎn)生活用水、農(nóng)業(yè)用水及生態(tài)補水而投資興建的大型跨流域、遠距離調(diào)水工程。本文以地質(zhì)條件較差、渠底為沖積沼澤堆積黏土、渠坡多為粉土的昌邑阜康河倒虹出口至遠東莊南路明渠深挖方段為例，受強降雨影響，造成部分邊坡滑坡、塌陷至渠底及兩岸邊坡砌筑穩(wěn)定性影響較大等。根據(jù)工程實際及地質(zhì)條件，分析了滑坡的原因，借用有限元軟件并采用簡化畢肖普法進行典型斷面抗滑穩(wěn)定性分析，根據(jù)分析結(jié)果給出了邊坡治理措施和方案，以保證運行安全。

關(guān)鍵詞：引黃濟青;滑坡;邊坡;抗滑穩(wěn)定性

中圖分類號：U416.1+4? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）06-0148-04

1引黃濟青工程簡介及當(dāng)前運行現(xiàn)狀

引黃濟青工程是山東省境內(nèi)為解決青島市及工程沿線地區(qū)生產(chǎn)生活用水、農(nóng)業(yè)用水及生態(tài)補水而投資興建的大型跨流域、遠距離調(diào)水工程。工程自濱州市博興縣打漁張引黃閘引取黃河水，途經(jīng)濱州、東營、濰坊及青島4市，開辟輸水明渠253多公里。工程1986年4月15日開工，1989年11月25日建成通水。2003年，開辟了向膠東煙臺、威海輸水的膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程，利用現(xiàn)有引黃濟青段工程172余公里，新辟輸水線路長310公里，形成了引黃河水、長江水與當(dāng)?shù)厮穆?lián)合調(diào)配工程體系。

為解決引黃濟青引水困難、渠道襯砌受到不同程度的損壞、泵站設(shè)備老化等問題，滿足引江、引黃及引當(dāng)?shù)厮男枰?014年至2020年實施了引黃濟青改擴建工程。

引黃濟青工程通水30余年來，累計調(diào)引水超過一百億立方米，工程發(fā)揮的社會效益、經(jīng)濟效益及生態(tài)環(huán)境效益等日趨明顯，強力地保障了青島市及工程沿線地區(qū)的用水安全與社會穩(wěn)定。

2滑坡體工程地質(zhì)及原因

2.1地形地貌

昌邑明渠阜康河倒虹出口至遠東莊南路（設(shè)計樁號131+938～136+202段）地形平坦，地面高程一般3.0～4.0m，最高5.2m。上部為沼澤相粘土、壤土、砂壤土，下部為海相的粉砂組成。

2.2工程地質(zhì)分段及物理學(xué)指標(biāo)

依據(jù)地貌類型和第四系地層成因類型，本渠道段主要涉及2個工程地質(zhì)亞段，分別為：Ⅱ3寒亭北沖積濱海平原：樁號131+938～135+830;Ⅱ4山前沖洪積平原：樁號135+830～136+202。

根據(jù)前期地質(zhì)資料，各工程地質(zhì)段地層的物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

2.3強降雨影響

由于長時間運行，明渠兩側(cè)土壤含水量已形成飽和，強降水時，不能及時下滲，堤外水位超過田地0.5m以上，渠內(nèi)水位與堤外水位差遠超規(guī)范及設(shè)計值，超過規(guī)范規(guī)定的最不利工況。渠道內(nèi)外水頭差過大，襯砌板受地下水揚壓力頂托，出現(xiàn)鼓板、塌陷、滑坡等質(zhì)量事故。

2.4其他原因

濰坊阜康河倒虹出口至遠東莊南路為集中滑坡段，渠底為沖積沼澤堆積黏土，渠坡多為粉土。1989年引黃濟青工程施工時，河道左坡做拋石加固地基處理，河道右岸未實施。受強降雨影響，左岸未發(fā)生嚴(yán)重鼓板滑坡事故，右岸渠道則出現(xiàn)整體滑坡。

3邊坡穩(wěn)定性分析

選取樁號131+938右堤的設(shè)計斷面進行堤防抗滑穩(wěn)定計算分析。

3.1計算工況

（1）臨水側(cè)低水位運行，背水側(cè)無水時;

（2）臨水側(cè)設(shè)計水位運行，背水側(cè)無水時;

（3）臨水側(cè)由設(shè)計水位驟降至低水位，背水側(cè)無水時;

（4）臨水側(cè)由設(shè)計水位驟降至低水位，背水側(cè)平堤頂水位。

3.2計算方法

采用加拿大GEO-SLOPE公司開發(fā)的有限元軟件GeoStudio中的SLOPE/W（抗滑分析模塊），并采用《水利水電邊坡設(shè)計規(guī)范》（SL386 - 2016）中的簡化畢肖普法進行典型斷面抗滑穩(wěn)定計算分析。

3.3計算結(jié)果及分析

樁號131+938右堤設(shè)計斷面抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果見表2，計算成果圖見圖2。

根據(jù)上述計算可知，原設(shè)計條件下，邊坡正常運用工況和一般非常規(guī)工況，穩(wěn)定計算均滿足規(guī)范要求;但遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水條件，如背水側(cè)平堤頂水位時，臨水側(cè)由設(shè)計水位驟降至低水位工況時，邊坡穩(wěn)定不滿足規(guī)范最低安全數(shù)值，即此時可能發(fā)生邊坡破壞的危險。

4滲漏流量分析計算

根據(jù)《山東省引黃濟青改擴建工程初步設(shè)計報告》中河床巖性、滲透系數(shù)、地下水埋深及斷面尺寸，按考斯加可夫半理論公式計算輸水渠滲漏損失流量。

根據(jù)《山東省引黃濟青改擴建工程初步設(shè)計報告》， 通過滲漏計算可以看出，渠道進行全斷面防滲后，經(jīng)計算損失流量比引黃濟青原設(shè)計明顯減小。長期調(diào)水運行后隨著地下水位升高逐漸減小，故本段采取一定的防滲措施后對線路調(diào)水能力損失影響較小。

5排水計算分析

根據(jù)《山東省引黃濟青改擴建工程初步設(shè)計報告》，排水計算選擇對渠道襯砌工程設(shè)計工況最不利的水位組合，即輸水渠與河床地下水位高差發(fā)生最大的時期。

5.1排水流量計算

排水流量根據(jù)沿線新調(diào)整的地下水位、土質(zhì)與滲透系數(shù)的大小計算，參照國際土地開墾和改良研究所著《排水原理和應(yīng)用》（Ⅱ）中的霍赫浩特方程式計算：

5.2排水器出水管出流計算

排水器出水管出流按水力學(xué)中短管出流的情況計算，計算公式為：

根據(jù)《山東省引黃濟青改擴建工程初步設(shè)計報告》及以上公式計算， 本次針對水毀嚴(yán)重的整體滑坡段按超標(biāo)準(zhǔn)降雨工況進行分析，地下水按平地面高程計算，計算設(shè)計間距16.6m，實際采用間距為15m，因引黃濟青渠道輸送降水，微生物豐富，會對排水器可能產(chǎn)生一定比例的淤堵，排水器水能力小于滲漏量，在超標(biāo)準(zhǔn)工況下排水不能滿足。

6 處理措施

基于以上原因及對邊坡穩(wěn)定、渠道滲漏和排水分析得知，超標(biāo)準(zhǔn)降雨造成地下水位過高，同時因引黃濟青工程調(diào)水長期運行，沿線河道渠坡土質(zhì)已達到飽和狀態(tài)，渠道邊坡地下水引起的內(nèi)水壓力過大，超過保證設(shè)計安全的邊界條件，導(dǎo)致渠坡內(nèi)水不能及時排除，最終造成襯砌板鼓板、滑坡、塌陷等破壞。

6.1發(fā)生整體滑坡的部位

根據(jù)本段地質(zhì)情況，結(jié)合施工質(zhì)量，采用現(xiàn)澆混凝土襯砌方案，具體為：

原堤坡淤泥粉砂土清除，為增加地基安全，采用拋石和拋舊板擠淤方案，壤土回填，每層敷土厚度30cm。渠坡采用現(xiàn)澆12cm厚C30混凝土（抗硫酸鹽性）+300g/m2土工布+3cm保溫板+10cm中粗砂方案，在渠道設(shè)置排水管3行，間距2m一處，梅花布置。在預(yù)制板下設(shè)中粗砂積水槽，尺寸為長╳寬╳高（0.3╳0.45╳0.3，m），50塑料花管綁扎土工布埋入中粗砂中，塑料管比降5%。順?biāo)鞣较蛟谥秀O(shè)一道縱縫，沿垂直水流方向從封頂板、渠坡沿渠坡放線每隔3.0m設(shè)一道橫縫。

6.2渠坡、渠底局部破壞段

發(fā)生滑坡和塌陷渠段的下部邊坡，為防止發(fā)生位移用腳手架撐起邊坡上部未破壞的預(yù)制板，拆除土工膜和保溫板，平坡面。齒墻以上沿坡面（5-10行板）分別鋪設(shè)10cm中粗砂、土工布、聚苯乙烯保溫板（帶孔透水）、6cm厚預(yù)制混凝土板。

發(fā)生隆起、滑坡渠段的上部邊坡，多行砌筑縫開裂，利用完整的舊預(yù)制板重新砌筑，用厚1-3cm的水泥砂漿找平，重新采用M15 水泥砂漿砌筑，預(yù)制板下層土工膜和保溫板保持原樣。為了防止揚壓力破壞，砌筑縫僅設(shè)置橫向縫，縱向不設(shè)置砂漿勾縫。

7結(jié)語

通過計算結(jié)果分析，采取一定的措施能保證邊坡的穩(wěn)定性，確保輸水順通，滿足邊坡的運行安全要求。

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