輞川河輸水干渠邊坡水毀修復(fù)案例分析

馬 龍，龐 輝，王 洋

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院,陜西 西安 710004）

1 工程概況

2021 年8 月～9 月,關(guān)中連續(xù)降雨,極端天氣頻發(fā),局部遭受短時強降雨。經(jīng)統(tǒng)計,輞川河地區(qū)降雨總量693.78 mm,日最大降雨量76.4 mm（9 月25 日）。由于持續(xù)強降雨,輸水渠邊坡局部地下水位抬高,土體含水量嚴(yán)重飽和,致使引水工程輸水渠發(fā)生多處坡體滑坡,對工程的安全運行造成一定威脅。本文以藍(lán)田縣小寨鎮(zhèn)（段）輸水渠兩側(cè)坡體險情為例,分析其原因,并提出水毀修復(fù)工程設(shè)計方案。

2 水毀現(xiàn)狀及分析

2.1 水毀現(xiàn)狀

滑坡段共分布滑坡體5 處和1 處變形體,滑體縱長10 m～40 m,橫寬12 m～75 m,滑體厚度0.5 m～1.9 m,屬淺層土質(zhì)小型滑坡?；卤诔适婢徎⌒握共?產(chǎn)狀較陡,壁高1.2 m～2.0 m,坡角約 65°～90°。滑體土體很濕～飽和,土質(zhì)松軟。每個滑體可由多級滑動面和滑坡平臺構(gòu)成?；虑熬壃F(xiàn)滑坡鼓丘、滑坡舌、醉漢林等典型滑坡特征?；律嗉舫隹诨孑^緩,一般坡角約22°～30°?；婕盎嗟叵滤控S富,常有地下水滲出或流出。野外工程地質(zhì)測繪和勘探發(fā)現(xiàn),該處坡體較陡,坡面土體松散,地下水發(fā)育,該邊坡天然情況下定性分析認(rèn)為處于基本穩(wěn)定狀態(tài),在暴雨和地震等不利條件下,處于不穩(wěn)定。現(xiàn)場破壞情況及應(yīng)急措施見圖1。

圖1 現(xiàn)場破壞情況

2.2 原因分析

經(jīng)現(xiàn)場查看,論證分析,認(rèn)為輸水渠出現(xiàn)滑坡主要有以下原因：

（1）根據(jù)鉆探揭露,滑體主要為第四系全新統(tǒng)人工堆積物素填土,滑面位于表層素填土和底部密實層接觸帶上,滑面埋深較小,為淺層的土質(zhì)滑坡。地勘報告表明,表層土結(jié)構(gòu)松散,透水性差,力學(xué)性質(zhì)較差,抗剪強度較低。

（2）滑坡段邊坡原有砌石和草皮護(hù)坡部分損壞,護(hù)坡?lián)p壞導(dǎo)致雨水直接沖刷坡體,形成坡面徑流,造成土體侵蝕,表層滑坡。現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)滑坡處少量清水滲出,坡底路面洼處積水嚴(yán)重。

（3）坡面排水系統(tǒng)基本失效,又遭短時間暴雨,雨水不能及時排出；坡體內(nèi)地下水位上升,表層土體飽和。土體容重增加；降雨入滲造成土體水壓力升高,有效應(yīng)力降低；降雨使土體軟化,抗剪強度降低。滑坡體滑動力矩增大,抗滑力矩減小,破壞了自然邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)。

2.3 水毀修復(fù)主要內(nèi)容

維持原工程總體布局不變,針對險情部分進(jìn)行修復(fù)、加固和防護(hù)。主要內(nèi)容包括：修復(fù)黃土嶺段現(xiàn)狀滑坡5 處和1處變形體,確保邊坡穩(wěn)定,保障輸水渠安全。

3 方案設(shè)計

為保護(hù)邊坡頂部土下輸水箱涵,須維持坡頂高程基本不變,同時不得侵占坡腳現(xiàn)有混凝土巡渠道路,坡頂和坡腳基本維持原位置原高程。本次滑坡處理提出以下設(shè)計思路：滑坡體處理+邊坡防護(hù)+排水系統(tǒng),同時通過計算分析,確保邊坡抗滑滿足規(guī)范要求。

3.1 滑坡體處理

將現(xiàn)狀滑塌范圍內(nèi)的被擾動土體分部位、分段清理、翻夯、碾壓。先清表50 cm,清表后對滑動邊界線以上擾動土體進(jìn)行翻夯、壓實,翻夯過程加強支護(hù),壓實后需達(dá)到設(shè)計坡比。

滑坡體處理時,采用階梯式開挖,開挖高度為1 m,開挖寬度以滑坡清表0.5 m 后確定。

輸水渠填方邊坡參照《堤防設(shè)計規(guī)范》（GB 50286-2013）,屬于三級建筑,高度超過6 m,壓實度不低于93%,本次滑坡體處理壓實度≥93%。

3.2 邊坡防護(hù)

3.2.1 設(shè)計坡比

原輸水渠邊坡斷面上陡下緩,本次邊坡處理結(jié)合滑坡后現(xiàn)狀,1#滑坡體恢復(fù)到原坡度；2#、3#、4#滑坡體坡比采用1∶1.8 并進(jìn)行計算分析,判斷邊坡在天然、降雨和地震工況下是否安全。

3.2.2 坡面防護(hù)

坡面防護(hù)采用鋼筋混凝土框格,框格內(nèi)植草,既經(jīng)濟又美觀?？蚋駷榱庑?尺寸為2.4 m×2.4 m（長×寬）,厚30 cm。5 個滑坡體具體邊坡防護(hù)措施如下：

1）1#水毀處滑塌較為嚴(yán)重,坡比較陡,坡腳有村民房屋和混凝土擋墻。因此將該處坡面滑坡處清理挖除后,填筑壓實恢復(fù)到原坡度,坡腳擋墻維持原狀不變,坡面采用鋼筋砼框格加φ28 砂漿錨桿進(jìn)行防護(hù)；錨桿設(shè)置在框格骨架的十字節(jié)點中心,長18 m。最上層錨桿布置在輸水箱涵下第一個節(jié)點,最下層錨桿布置在滑坡末端。

2）2#、3#、4# 滑坡體,設(shè)計坡比為1∶1.8,新設(shè)框格梁防護(hù),框格梁頂接現(xiàn)狀地面線,頂部設(shè)有護(hù)肩?？蚋竦捉优潘怏w,護(hù)坡底部設(shè)有護(hù)角。護(hù)坡間隔11 m 設(shè)置分縫,采用聚乙烯泡沫板填縫。

3）2#、3#、4#放緩邊坡后,為實現(xiàn)滑坡體與兩側(cè)原邊坡相交處的平順過渡,設(shè)有0.3 m 厚的L 型鋼筋砼擋墻,擋墻高度逐漸降低。

4）5#滑坡和變形體處水毀程度較輕、坡比較緩。5#滑坡維持現(xiàn)狀,設(shè)計采用草皮護(hù)坡,坡比整修為1∶2。

變形體設(shè)計采用草皮護(hù)坡,現(xiàn)狀坡比為1∶3,設(shè)置排水系統(tǒng)加強排水,即可保持穩(wěn)定。

3.3 排水系統(tǒng)

邊坡坡面排水設(shè)施應(yīng)包括截水溝、排水溝、跌水與急流槽等,應(yīng)結(jié)合地形和天然水系進(jìn)行布設(shè),并作好進(jìn)出水口的位置選擇。排水溝是邊坡防護(hù)的重要部分,起到排除坡面積水和坡內(nèi)滲流和減壓作用。本次邊坡排水系統(tǒng)包括坡面排水系統(tǒng)和坡內(nèi)排水系統(tǒng)。

（1）坡面排水共2 道,坡面一道,坡底一道,以便將坡面積水及時排向下游。排水溝高程、走向依據(jù)兩端已成排水溝及現(xiàn)狀地形確定,保證排水通暢。排水溝采用矩形形式,底寬0.3 m,深0.3 m,壁厚0.2 m,采用C25 砼澆筑,兩端與現(xiàn)狀排水溝相接。

（2）坡內(nèi)排水采用花管+軟管結(jié)合的形式,可將箱涵滲水和坡體內(nèi)部的水及時排出,保持坡體土為非飽和狀態(tài)。

花管布置在邊坡頂部土下箱涵底部2 m 以下,共三排,水平間距和豎向間距均為1.7 m,錯開布置。花管管身水平,內(nèi)側(cè)向坡內(nèi)伸至箱涵外側(cè)墻,外側(cè)伸至開挖線處（滑坡處理時,階梯式開挖形成）。

軟管在開挖線處與花管相接,外側(cè)伸至坡面框格；排出的水,沿坡面流向縱向排水溝中。

（3）框格底部設(shè)置排水棱體,作為護(hù)腳可防止坡體內(nèi)部滲流造成坡腳破壞。排水棱體頂寬0.5 m,高1.7 m,內(nèi)外坡比均為1∶1。反濾材料為0.2 m 厚的細(xì)沙及碎石,內(nèi)部填充干砌石。

新的排水系統(tǒng)可將坡面水、箱涵滲水及時排出,加上棱體護(hù)腳,形成綜合排水系統(tǒng)。大大提高了在降雨工況下,邊坡的穩(wěn)定性。

3.4 計算分析

對原滑坡體滑動面以上土體進(jìn)行挖除、回填、壓實后,取2#、3#、4#滑塌體邊坡作為計算斷面,驗證設(shè)計坡比1∶1.8時,邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)是否滿足規(guī)范要求,尤其是在降雨工況下,是否安全。

根據(jù)《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》（SL 386-2007）相關(guān)規(guī)定,邊坡穩(wěn)定計算考慮以下3 種工況：

①正常運用條件：正常天然狀態(tài)時的上、下游邊坡；

②非常運用條件Ⅰ：連續(xù)降雨狀態(tài)時的上、下游邊坡；

③非常運用條件Ⅱ：正常+地震時的上、下游邊坡。

邊坡的穩(wěn)定分析計算,采用考慮條塊間作用力的簡化畢肖普法。邊坡穩(wěn)定計算采用的土體物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 邊坡穩(wěn)定計算參數(shù)表

各種工況下穩(wěn)定計算結(jié)果見表2、圖2～圖4。

表2 邊坡穩(wěn)定計算結(jié)果表

圖2 框格梁護(hù)坡正常工況穩(wěn)定計算結(jié)果

圖3 框格梁護(hù)坡降雨工況穩(wěn)定計算結(jié)果

圖4 框格梁護(hù)坡正常+地震工況穩(wěn)定計算結(jié)果

由計算結(jié)果可知,2#、3#、4#滑坡體采用設(shè)計坡比1∶1.8的框格梁護(hù)坡時,各工況下邊坡穩(wěn)定計算所得最小安全系數(shù)均大于允許最小值,滿足規(guī)范要求。在排水系統(tǒng)不失效時,2#、3#、4#邊坡修復(fù)后是穩(wěn)定安全的。

4 結(jié)論

輸水干渠發(fā)生滑坡險情,最直接原因是原排水系統(tǒng)失效,連日暴雨導(dǎo)致排水不暢,雨水積蓄在坡面,導(dǎo)致土體飽和,抗剪強度顯著降低繼而發(fā)生滑坡。本次設(shè)計通過修整邊坡,坡面增設(shè)框格梁,同時設(shè)置坡面和坡內(nèi)排水系統(tǒng),增加排水棱體保護(hù)坡腳,大大增強了邊坡的穩(wěn)定性,經(jīng)計算,安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。此次輸水干渠邊坡的水毀修復(fù)可為以后類似工程提供有益借鑒。