馱英灌區(qū)跨明江倒虹吸管槽邊坡變形及處理方案

唐新宇

（廣西水利電力勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，南寧 530023）

1 工程概況

馱英水庫灌區(qū)設(shè)計灌溉面積為84.12 萬畝，為大（2）型灌區(qū)?？偢汕缭矫鹘幉捎谩奥袷降购缥桨浮?，明江左側(cè)河岸地形較陡，右側(cè)河岸為Ⅰ級階地，呈現(xiàn)出不對稱的地形形狀?？缭矫鹘购缥O(shè)計輸水流量25.4 m3/s，為2級建筑物。

總干渠跨明江倒虹吸左岸樁號Z23+320～Z23+510 段管槽臨時邊坡設(shè)計開挖坡比為1∶0.75，基礎(chǔ)開挖深度為4.5～13.9 m。該段管槽開挖完成后，管槽左側(cè)（靠山坡一側(cè)）的臨時開挖邊坡出現(xiàn)了滑塌?；麦w整體呈“長舌狀”，主滑動方向為129°，滑坡體軸長約173 m，前緣寬度約120 m，滑坡體平面面積約10 540 m2，滑坡體深度為5.0～24.0 m，平均滑動深度約為17.9 m，滑坡體體積約18.9 萬m3，屬中型中層牽引式滑坡。滑坡形態(tài)及滑坡周界見圖1。

圖1 滑坡形態(tài)及滑坡周界

2 邊坡變形原因分析

根據(jù)現(xiàn)場揭露的工程地質(zhì)分析，邊坡開裂變形主要是由地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、工程建設(shè)及降雨等因素的綜合影響所致。

（1）地形地貌。發(fā)生滑坡的山體兩側(cè)發(fā)育有沖溝，切割邊坡，使得邊坡的整體性降低，為滑坡的發(fā)生提供了地形條件。

（2）地層巖性。工程區(qū)出露侏羅系泥質(zhì)粉砂巖、砂巖，通過現(xiàn)場測繪，巖層走向為N70°～86°E，傾向SE，傾角為26°～32°，坡面的走向為N28°E，巖層面與坡面夾角較小，為視順向坡。且泥質(zhì)粉砂巖含泥量較高，泡水易軟化。

（3）地質(zhì)構(gòu)造。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，跨明江倒虹吸軸線北側(cè)約200 m處發(fā)育有一條性質(zhì)不明斷層F1，現(xiàn)場調(diào)查時未發(fā)現(xiàn)斷層揭露情況。邊坡發(fā)生滑動后通過高密度電法測繪發(fā)現(xiàn)后緣存在一條次生斷層F2（受F1 斷層影響形成），兩條斷層之間形成大量裂隙，并切割后緣巖層。管槽開挖后，順向巖層后緣受F2斷層的切割作用形成楔形體，邊坡前緣形成高陡臨空面，對邊坡穩(wěn)定不利。

（4）工程建設(shè)。管槽開挖施工過程中邊坡上方的巖土體長期處于臨空狀態(tài)，管槽邊坡開挖切腳爆破作用使得邊坡處于穩(wěn)定安全度偏低的狀況。

（5）降雨。降雨是邊坡發(fā)生滑塌的主要誘發(fā)原因。滑坡體表部為甘蔗種植地，覆土相對疏松，雨水直接沿著松散的土層下滲補給下伏巖土體。邊坡下伏砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等巖體受雨水的長期浸泡，容易發(fā)生軟化崩解，也會削弱巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)，邊坡易沿著軟化的巖層面發(fā)生滑動。根據(jù)崇左市雨量站統(tǒng)計，2020年4月23日～5月22日崇左市的降雨量高達243.1 mm，主要以陣雨、暴雨為主，這種歷時短雨量大的降雨，使得邊坡上方巖土體的強度突降，并且加大了邊坡上方巖土體的重度，導(dǎo)致邊坡的抗滑力突降而下滑力陡增，從而引發(fā)滑坡。

3 邊坡穩(wěn)定分析

本文采用剛體極限平衡法計算巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)。剛體極限平衡法理論使用較早、發(fā)展也較完善，是工程中使用最多的一種方法，它能夠?qū)r土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性做出較為準確的評價。對于巖質(zhì)邊坡，多為軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑移，破壞面可為直線、折線等，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)面形態(tài)采用平面或折線形滑面進行計算[1]。本文邊坡穩(wěn)定分析采用折線滑動傳遞系數(shù)法進行計算

3.1 分析模型

以主滑方向的橫斷面作為分析對象，如圖2 所示，相應(yīng)的物理力學(xué)參數(shù)見表1。

圖2 工程邊坡主滑斷面（1-1）

表1 邊坡巖體物理力學(xué)參數(shù)表

對邊坡主滑斷面分析可知，滑坡體體積較大，滑坡體后緣附近滑動帶坡度較陡，為70°～80°，中部及前緣坡度較緩為10°～30°，前緣滑動面與巖層面傾角相近，為視順向坡。倒虹吸基礎(chǔ)開挖后，順向巖層后緣受F2斷層的切割作用形成楔形體，邊坡前緣形成高陡臨空面，對邊坡穩(wěn)定極為不利。該邊坡構(gòu)造為“不穩(wěn)定型”，需進一步分析計算其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。

3.2 計算工況

邊坡按2 級邊坡設(shè)計，計算工況為正常運用工況和非正常運用工況。正常運用工況：邊坡自然條件下的工況；非常運用工況：邊坡遇暴雨，巖土體內(nèi)部裂隙面水壓力增大[2]。按《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》（SL 386-2007），正常運用工況和非正常運用工況邊坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)分別為1.20～1.15、1.10～1.05。

3.3 計算成果

根據(jù)地質(zhì)主滑斷面建立計算模型，采用理正邊坡治理軟件進行計算（見圖3）。邊坡正常運用工況和非正常運用工況抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算結(jié)果分別為1.03、0.85，主滑斷面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在非常運用工況下小于1，不滿足規(guī)范要求，說明有滑動的可能，這與實際情況相符，說明本次分析所采用的地質(zhì)參數(shù)是合理的。

圖3 工程邊坡理正計算模型

為保證邊坡的安全，采取應(yīng)急處理措施，對開挖的管槽進行回填，并對邊坡頂部進行削坡卸荷處理。處理后邊坡正常運用工況和非正常運用工況抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算結(jié)果分別為1.18、1.07，均大于1.05，現(xiàn)狀邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，符合當(dāng)前現(xiàn)場觀測結(jié)果。但兩種計算工況下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均不滿足規(guī)范要求，因此，對管槽進行應(yīng)急處理后邊坡仍需采取進一步的處理措施，以使永久邊坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

4 邊坡治理方案比選

施工期臨時邊坡按4級邊坡設(shè)計。根據(jù)現(xiàn)狀邊坡的特性和應(yīng)急處理效果，并結(jié)合類似工程的處理措施，滑塌段邊坡治理擬定3個方案進行比選，3個方案分別為加大坡腳反壓堆載方案（方案一）、削坡卸載方案（方案二）、抗滑樁加固方案（方案三）。

4.1 方案一：加大坡腳反壓堆載方案

滑坡體體積較大，屬中型中層牽引式滑坡，滑動面后緣坡度較陡，前緣較緩。且管槽回填后，邊坡已基本穩(wěn)定，只是安全系數(shù)達不到規(guī)范要求，故考慮采取繼續(xù)加大坡腳反壓堆載的處理措施以保證邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

考慮在邊坡坡腳管道中心線以外約40 m范圍夯填碎石土至141.9 m高程，形成邊坡坡腳反壓平臺，通過坡腳反壓堆載所提供的阻滑力來提高整個邊坡的抗滑穩(wěn)定性。反壓平臺土石填筑要求每0.3 m分層碾壓，壓實度不小于0.96。處理后的邊坡典型橫斷面如圖4所示，邊坡正常運用工況、非常運用工況（挖除回填土施工期）、非正常運用工況（暴雨工況）抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算結(jié)果分別為1.31、1.08、1.25。

圖4 反壓堆載方案典型橫斷面（1-1）

4.2 方案二：削坡卸載方案

對高程142.0 m以上的邊坡基本按滑動面坡比進行削坡處理，142.0～160.0 m高程邊坡坡比為1∶3，160.0 m 高程以上邊坡坡比為1∶2，在160.0 m 高程設(shè)置15 m 寬的馬道。處理后的邊坡典型橫斷面如圖5 所示，邊坡正常運用工況、非常運用工況（挖除回填土施工期）、非正常運用工況（暴雨工況）抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算結(jié)果分別為1.42、1.26、1.22。

圖5 削坡卸載方案典型斷面圖（1-1）

4.3 方案三：抗滑樁加固方案

對現(xiàn)狀邊坡采用錨拉抗滑樁進行加固處理?；露渭s120 m范圍內(nèi)，在管槽左側(cè)邊坡坡腳處布設(shè)兩排抗滑樁，抗滑樁直徑2 m、中心間距4 m，每根樁樁頂布設(shè)一根1000 kN預(yù)應(yīng)力錨索。處理后的邊坡典型橫斷面如圖6所示，邊坡正常運用工況、非常運用工況（挖除回填土施工期）、非正常運用工況（暴雨工況）抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算結(jié)果分別為1.30、1.22、1.19。

圖6 抗滑樁方案典型斷面圖（1-1）

4.4 方案比選

經(jīng)分析計算，3 個方案典型橫斷面各工況的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。3個方案的主要工程量、工期及投資對比見表2。

（1）加大坡腳反壓堆載方案。需調(diào)整倒虹吸管道布置，新增排洪涵管、樁基承臺基礎(chǔ)及排洪溝等項目，設(shè)計及施工較為復(fù)雜，工期適中，投資最省，可充分利用上游段明渠開挖的土石料進行填筑，對環(huán)境影響相對較小。

（2）削坡卸載方案。倒虹吸管道可以維持原設(shè)計方案，主要是土石方開挖和填筑作業(yè)，設(shè)計及施工都最為簡單，工期也最短；但本方案棄渣量過大，棄渣場距離較遠，渣土運輸費用過高。另外，該方案大量的土石方工程需新增永久用地達30多畝，且對現(xiàn)有植被生態(tài)造成較大破壞，水土流失嚴重。

（3）抗滑樁加固方案。倒虹吸管道也可以維持原設(shè)計方案，不用新增永久用地，不涉及大量的土方工程，對環(huán)境影響最小。但由于抗滑樁大部分為巖體內(nèi)造孔，且鋼筋制安也多，造價最高，工期最長。另外，考慮到本方案在施工抗滑樁時，施工設(shè)備重量較大，施工過程中會增加邊坡豎向荷載，對邊坡穩(wěn)定影響較大，且大孔徑樁基巖體內(nèi)造孔施工難度較大，周期較長，亦影響主體工程施工。

綜上所述，在對邊坡坡腳管槽進行回填及坡頂局部削坡卸載后，推薦采用加大坡腳反壓堆載方案對邊坡進行治理。

5 結(jié)語

以馱英灌區(qū)跨明江倒虹吸管槽邊坡為例，通過分析計算邊坡穩(wěn)定性問題，提出加大坡腳反壓堆載方案、削坡卸載方案、抗滑樁加固方案3個方案進行比選，比選結(jié)果推薦采用加大坡腳反壓堆載方案對邊坡進行治理。處理后，邊坡及管道基礎(chǔ)的整體安全性均較好。