南水北調(diào)鄰渠棄渣場對總干渠安全影響評估

唐順成

（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450000）

1 現(xiàn)場情況

棄渣場堆積在總干渠左岸。棄渣場堆放邊線距離總干渠截水溝邊線最近處不到1 m，即緊靠渠道左岸截流溝外側(cè)柵欄。棄渣場總體形狀類似于棱臺，總長約244 m（沿總干渠軸線方向），總寬約215 m（垂直總干渠軸線方向），總高約18 m（高程135 ～153 m），總面積約34 500 m2，總堆土量約36 萬m3。棄渣場為黏性土，土質(zhì)松散，自然邊坡在1:1.40～1:2，邊坡上可見寬大裂隙，裂隙寬約2～5 cm，局部已經(jīng)存在滑塌的痕跡。

總干渠一級馬道以上邊坡出現(xiàn)裂縫，長約20 m，一級馬道上排水管位置有滲水。在渣場的西北側(cè)緊鄰總干渠有一低洼地水塘，平時(shí)有村里排放的污水滯留，若遇下雨，水塘里水漫出進(jìn)入并沖毀截流溝。由于干渠坡頂長期滯水，干渠邊坡土體呈飽和狀態(tài)，渠坡局部出現(xiàn)多條小的縱向裂縫，但未發(fā)現(xiàn)存在滑動痕跡。此外一級馬道上光纜井內(nèi)坡體滲水嚴(yán)重，井內(nèi)水抽干后，發(fā)現(xiàn)滲水從井壁上的爬梯孔壁噴射出來，有一定的壓力，表明滲水在井外的空隙依然為承壓狀態(tài)。

2 技術(shù)路線

通過收集總干渠和棄渣場的布置、結(jié)構(gòu)、地質(zhì)水文等設(shè)計(jì)資料，先對棄渣場本身的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，再對棄渣場和總干渠整體邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，最后對穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果進(jìn)行判定，提出結(jié)論和建議。

評估方法主要是邊坡穩(wěn)定計(jì)算，采用簡化畢肖普法對邊坡整體穩(wěn)定計(jì)算。邊坡穩(wěn)定計(jì)算程序采用黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司與河海大學(xué)工程力學(xué)研究所聯(lián)合研制的“土石壩穩(wěn)定分析系統(tǒng)”。

3 棄渣場評估

3.1 計(jì)算模型

棄渣場典型斷面的選擇主要取決于棄渣場邊坡的坡比和高度。根據(jù)實(shí)際情況，最不利斷面見圖1。

圖1 棄渣場計(jì)算斷面圖

3.2 邊坡穩(wěn)定分析

根據(jù)多次自動搜索確定出的危險(xiǎn)滑面，計(jì)算各個(gè)工況下的安全系數(shù)，棄渣場邊坡安全系數(shù)見表1。

表1 棄渣場邊坡最危險(xiǎn)滑面安全系數(shù)表

通過多次試算，若邊坡達(dá)到1:4 時(shí)，穩(wěn)定復(fù)核的結(jié)果見表2，邊坡整治見圖2。

圖2 棄渣場開挖斷面圖

表2 棄渣場邊坡建議值表

4 總干渠評估

4.1 計(jì)算模型

影響渠段內(nèi)的土層結(jié)構(gòu)、巖層厚度、巖性、土巖物理力學(xué)特性、渠道斷面特征、地下水位等基礎(chǔ)條件基本一致，因此棄渣場最不利斷面即為邊坡整體最不利斷面。具體邊坡計(jì)算模型如圖3。

圖3 邊坡計(jì)算斷面圖

4.2 邊坡穩(wěn)定分析

邊坡穩(wěn)定計(jì)算荷載除作用在邊坡上的基本荷載（土重、水重、孔隙壓力等）外，還需考慮渠頂路面荷載、地震荷載等外荷載的影響。其中，路面荷載主要指渠頂運(yùn)行維護(hù)道路上的車輛荷載，按公路Ⅱ級荷載考慮。地震荷載根據(jù)渠段所處地區(qū)的地震基本烈度計(jì)算，渠段位于Ⅶ度地震區(qū)，需考慮地震力對渠道邊坡的影響。

4.2.1 總干渠邊坡穩(wěn)定分析

進(jìn)行總干渠邊坡穩(wěn)定分析時(shí)，棄渣場作為荷載加在渠頂。根據(jù)多次自動搜索確定出的危險(xiǎn)滑面，計(jì)算各個(gè)工況下的安全系數(shù)，總干渠邊坡安全系數(shù)見表3。

表3 總干渠邊坡最危險(xiǎn)滑面安全系數(shù)表

由表3可知，設(shè)計(jì)水深+飽和土為最不利的工況，總干渠邊坡最危險(xiǎn)滑面在一級馬道以上的邊坡。

4.2.2 總干渠和棄渣場整體邊坡穩(wěn)定分析

棄渣場邊坡作為總干渠邊坡的一部分，對棄渣場和總干渠邊坡進(jìn)行整體分析。總干渠和棄渣場整體邊坡安全系數(shù)見表4。

表4 總干渠和棄渣場整體邊坡最危險(xiǎn)滑面安全系數(shù)表

由表4可知，所有工況都不滿足要求，設(shè)計(jì)水深+飽和土為最不利的工況，總干渠和棄渣場整體邊坡最危險(xiǎn)滑面在一級馬道以上的邊坡。

由于總內(nèi)坡+棄渣坡工況下，邊坡不滿足要求，需要驗(yàn)證抗滑樁的剩余推力和配筋是否滿足要求。

抗滑樁計(jì)算采用的計(jì)算方法為Morgenstern-price 法。作用于抗滑樁的荷載：滑坡推力、抗滑樁所處位置下塊滑體（滑動面以上）的抗力、錨固段地基抗力。樁側(cè)與巖土間的摩阻力、凝聚力、樁變形引起的豎向反力、樁自重和樁底反力均可不計(jì)。具體計(jì)算結(jié)果表見表5。

表5 最不利工況下最危險(xiǎn)滑面情況表

由表5可知，不影響原抗滑樁的結(jié)構(gòu)安全。但需對棄渣場和集水坑進(jìn)行處理。

棄渣場和集水坑的綜合作用，導(dǎo)致總干渠平臺附近地表長期存水。存水的長期下滲，導(dǎo)致總干渠邊坡土體處于飽和狀態(tài)。此工況下，總干渠邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)不滿足要求，存在滑動的趨勢。另外，棄渣場處于松散狀態(tài)且堆積高，造成總干渠和棄渣場整體邊坡在各個(gè)工況下安全穩(wěn)定系數(shù)不滿足要求，存在滑動的趨勢。因此，需要對棄渣場和集水坑進(jìn)行處理。

建議棄渣場移出滑坡體外，即棄渣場距離總干渠護(hù)欄外21 m，棄渣場按1∶4 坡比開挖。建議集水坑回填，阻斷總干渠滲水水源。建議棄渣場和集水坑設(shè)置合理的排水系統(tǒng)，水流向渠外。

棄渣場和集水坑處理后的總干渠和棄渣場整體邊坡計(jì)算模型如圖4所示。

圖4 棄渣場處理后邊坡計(jì)算斷面圖

通過計(jì)算，各個(gè)工況下的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)見表6。

由表6可知，除設(shè)計(jì)水深+飽和土工況下，總干渠二三級合坡不滿足要求外，其他所有工況邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)均滿足要求。因此，必需按上述方法對集水坑進(jìn)行處理，總干渠邊坡土體不能達(dá)到飽和狀態(tài)。

表6 總干渠和棄渣場邊坡最危險(xiǎn)滑面安全系數(shù)表

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

通過對棄渣場和總干渠的穩(wěn)定分析，得出如下結(jié)論：①棄渣場本身不滿足穩(wěn)定要求，存在整體滑動的趨勢，需要進(jìn)行削坡處理。棄渣場為松散人工填土，且邊坡已出現(xiàn)數(shù)條寬大裂隙，存在局部塌落的趨勢。棄渣場緊靠總干渠護(hù)欄，一旦滑塌土體直接進(jìn)入總干渠，危機(jī)總干渠安全和水質(zhì)。②棄渣場和總干渠坡頂集水坑共同作用，導(dǎo)致總干渠邊坡土體長期處于浸泡狀態(tài)，水滲入土體內(nèi)，土體易達(dá)到飽和狀態(tài)。在此工況下，總干渠總邊坡和一級馬道以上邊坡不滿足穩(wěn)定要求。③棄渣場處于松散狀態(tài)且堆積高，造成總干渠和棄渣場整體總邊坡、一級馬道以上邊坡和二級馬道以上邊坡在各個(gè)工況下不滿足安全穩(wěn)定要求，存在滑動的趨勢。棄渣場處理后，總干渠一級馬道以上邊坡在土體飽和工況下不滿足安全穩(wěn)定要求。邊坡最危險(xiǎn)滑面在一級馬道以上的邊坡，最危險(xiǎn)滑面在總干渠坡頂距離總干渠護(hù)欄約21 m。

5.2 建議

為了盡可能減少棄渣場和集水坑對總干渠的影響，建議處理方案如下：①建議棄渣場移出滑坡體外，即距離總干渠護(hù)欄外至少21 m棄渣應(yīng)全部清除。經(jīng)穩(wěn)定分析，安全穩(wěn)定系數(shù)滿足要求。②棄渣場總高約18 m，建議棄渣場迎渠面邊坡開挖坡比為1∶4，每6 m高設(shè)一級2 m寬的馬道，坡頂設(shè)截水溝，坡腳設(shè)排水溝，邊坡采用綠化種草。③建議利用開挖后棄渣場的棄土回填集水坑，阻斷總干渠滲水水源。④建議總干渠外的污水接入污水系統(tǒng)，避免在總干渠旁滯留，以免影響總干渠安全和水質(zhì)。