玉溪河引水工程主干渠滑坡成因分析及治理措施

王大波

(四川省玉溪河灌區(qū)運(yùn)管中心,四川 邛崍 611530)

玉溪河引水工程是建國以來四川省興建的第一個(gè)跨流域大型引水工程,建成投產(chǎn)以來,效益十分顯著,被譽(yù)為四川水利建設(shè)史上的一顆明珠。該工程修建于二十世紀(jì)七十年代,屬于“邊設(shè)計(jì)、邊施工、邊修改”工程,由于受修建時(shí)歷史條件和自然條件限制,工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低,襯砌技術(shù)差,管理難度極大。玉溪河引水工程運(yùn)行多年,灌區(qū)管理處采取多項(xiàng)技術(shù)措施和治理方案有效應(yīng)對渠道垮塌、滲漏、淤積等問題,尤其針對主干渠滑坡累積了四十多年寶貴的治理措施和經(jīng)驗(yàn),確保了玉溪河引水工程的安全運(yùn)行。本文在對主干渠滑坡成因分析的基礎(chǔ)上,對滑坡治理措施和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。

1 工程概況

玉溪河引水工程于1978年1月建成通水,灌區(qū)位于成都平原西南邊緣岷江、青衣江之間的淺丘臺地,包括蘆山、邛崍、名山、蒲江四縣(市、區(qū))的60個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),設(shè)計(jì)灌面5.78萬hm2,現(xiàn)有效灌面4.56萬hm2。該工程從雅安市蘆山縣境內(nèi)的青衣江支流玉溪河上筑壩引水,設(shè)計(jì)流量34 m3/s。引水主干渠全長51.5 km,途經(jīng)蘆山縣寶盛鄉(xiāng),邛崍市天臺山鎮(zhèn)、夾關(guān)鎮(zhèn),名山區(qū)萬古鎮(zhèn)、中峰鎮(zhèn),末端入百丈水庫。設(shè)計(jì)流量:上段(主干渠0+845～7+660)30 m3/s,中段(主干渠7+660～34+765)25 m3/s,下段(主干渠34+895～51+500)20 m3/s。沿渠有隧洞16處(長12 775 m),渡槽18處(長1 157 m),暗渠57處(長3 606 m),輸水建筑物約占渠道總長的34 %。此外,還有分水、泄水、節(jié)制閘、橋涵、溢流堰等建筑物500多處。玉溪河引水工程主干渠盤山繞行,處于海拔高程760～830 m的山區(qū),穿越大小山溪溝上百條,沿渠地形多變、陡坡連綿、溝壑橫交,地質(zhì)條件復(fù)雜,加之工程處于青衣江暴雨區(qū)邊緣,每年暴雨洪水頻繁發(fā)生。由于暴雨襲擊及工程地形地質(zhì)條件等原因,渠道內(nèi)坡出現(xiàn)垮塌、滑坡,外堤出現(xiàn)沉陷、滑坡時(shí)有發(fā)生,其中滑坡已成為影響玉溪河引水主干渠安全運(yùn)行的主要隱患。

2 滑坡發(fā)生的原因分析

玉溪河主干渠段北東向構(gòu)造廣為發(fā)育,溝壑橫交,大部分屬中低山地貌,地形陡峻,起伏大。渠道依山而建,內(nèi)外坡臨空面較大。并處于雅安暴雨區(qū)邊緣,雨量充沛、集中(其中:邛崍市年平均雨量1 117.3 mm,最大年降雨量1 467.8 mm;名山區(qū)多年平均雨量1 512.7 mm,最大年降雨量2 118.7 mm),洪災(zāi)多發(fā)。主干渠區(qū)段內(nèi)以第四紀(jì)松散地層和雅安礫石層(黏土夾礫石)為主,加之在自然災(zāi)害(如:地震等)或人為因素(如:工程修建、人為加載等)影響下,為滑坡發(fā)生提供了充足條件。究其原因可分為以下幾類:

(1)新建工程對古滑坡體撓動,加之地震破壞和降水浸蝕,打破原滑坡體的平衡狀態(tài),引起古滑坡體重新滑動。比如:固驛渡槽滑坡、大石板渡槽滑坡、龍奔渡槽及出口滑坡、天臺山爛槽子滑坡等。

(2)主干渠雅安礫石層段本身穩(wěn)定性較差,加之邊坡陡峭,因短時(shí)強(qiáng)降雨造成土體含水量達(dá)到飽和,發(fā)生突發(fā)性滑坡。如:主干渠44+411內(nèi)坡、主干渠33+300～33+320內(nèi)坡、主干渠39+880～39+920內(nèi)坡、主干渠51+450～51+532內(nèi)坡等。

(3)渠道滲水使土體含水量增大,加之山洪溝邊坡因洪水沖刷淘空和車輛通行擾動引起滑坡。如:主干渠19+300外坡、主干渠42+300～42+337外坡等。

3 滑坡治理措施

玉溪河引水主干渠建成通水四十多年來,針對不同成因的滑坡,采用了不同的治理措施,取得了明顯效果,確保了玉溪河引水工程的安全運(yùn)行。主要治理措施包括抗滑樁、改線隧洞、明渠改暗渠、削坡減載、擋土墻、降排水、框格梁、樁基等。

3.1 抗滑樁措施

固驛渡槽滑坡、大石板渡槽滑坡、龍奔渡槽滑坡這三處滑坡均為古滑坡體,原設(shè)計(jì)為明渠,后因滑坡而改為渡槽。由于渡槽在運(yùn)行中仍然受到滑坡的威脅,滑坡未得到徹底治理,因此又采用抗滑樁再次治理[1]。

3.1.1 固驛渡槽滑坡治理

固驛渡槽位于主干渠26+004～26+080段,初期按明渠施工,后因滑坡改建為渡槽,渡槽長76 m,渡槽修建后,滑坡仍未停止滑動,至1985年10月底,槽身受滑坡推力的作用,最大位移達(dá)30 cm,槽身由直線變形成折線,外側(cè)止水帶拉裂,為確保固驛渡槽的安全運(yùn)行,固驛渡槽滑坡整治勢在必行。

根據(jù)地勘和測繪資料,滑坡體厚5～15 m,滑體總量近20萬m3,滑動面為基巖與上伏堆積層的分界面。經(jīng)抗滑樁和改線隧洞兩方案比較,固驛渡槽滑坡治理采用抗滑樁方案[2]?？够瑯稙槿斯ね诳坠嘧摻罨炷翗?樁身斷面為2 m×3 m,樁深12～15 m,其中嵌入基巖5～7 m,共布置成兩排,前排21根,后排14根,共35根。樁中心距6 m,排距6 m,前后排錯(cuò)開3 m呈梅花形布置。

抗滑樁于1986年12月開始施工至1987年7月完成施工。固驛渡槽滑坡整治工程是四川水利史上首次采用抗滑樁治理大型滑坡的工程。工程竣工后,滑坡得到有效治理,消除了主干渠上的一大隱患,保證了渡槽的安全運(yùn)行。采用抗滑樁治理固驛渡槽滑坡是成功的。

3.1.2 大石板渡槽、龍奔渡槽滑坡治理

主干渠大石板渡槽(12+693～12+761)段、龍奔渡槽(主干渠27+062～27+130)段,兩處古滑坡一直處于蠕滑狀態(tài),“4·20”蘆山地震使滑動明顯加速。大石板渡槽滑坡,滑體厚14～20 m,體積約15萬m3;龍奔渡槽滑坡,滑體厚10.5～18.5 m,體積約24.1萬m3,均屬中型滑坡。兩處滑坡地貌特征明顯,呈圈椅狀地貌。

為保證渡槽的安全運(yùn)行,對兩處滑坡進(jìn)行治理[3]。在渡槽內(nèi)側(cè)各設(shè)置一排人工挖孔灌注鋼筋混凝土抗滑樁,間距6 m,斷面尺寸2 m×3 m,大石板抗滑樁樁深20～25 m,共11根,龍奔渡槽抗滑樁樁深15～25 m,共13根。樁頂采用鋼筋混凝土梁把整排樁連為一體,并設(shè)置排水溝。

滑坡治理于2014年8月開始至2015年4月完成,消除了工程安全隱患。

3.2 明渠改線為隧洞

對滑坡嚴(yán)重、規(guī)模較大的渠段,經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較,采用明渠改線為隧洞。隧洞的建成通水,可以避開滑坡對主干渠的威脅,例如天臺山爛槽子滑坡和太和段龍奔渡槽出口滑坡[2]。

爛槽子山體滑坡,位于邛崍市天臺山風(fēng)景區(qū)內(nèi)玉溪河引水主干渠10+380～10+530段的內(nèi)坡?；w厚度1.0～15.9 m,體積約51萬m3。該滑坡為古滑坡,2004年7、8月暴雨季時(shí),滑動明顯加速,坡面大量開裂,到10月底,位于滑坡前緣的主干渠渠槽內(nèi)邊坡開裂、渠底隆起,嚴(yán)重破壞長度約150 m,渠槽內(nèi)坡位移量達(dá)0.83 m,出現(xiàn)渠道嚴(yán)重縮窄壅水,渠道已不能正常運(yùn)行。該滑坡治理經(jīng)抗滑樁和改線隧洞兩方案比較,最終采用改線隧洞。改線隧洞長489 m,設(shè)計(jì)流量25 m3/s。隧洞工程于2004年11月開工建設(shè),2005年4月完工,確保了灌區(qū)2005年的春灌用水。

龍奔渡槽出口明渠段,因內(nèi)坡滑坡,外堤單薄,改線為隧洞。于1980年11月開工建設(shè),1981年3月完工。改線的龍奔隧洞長274m,設(shè)計(jì)流量25 m3/s,治理后一直穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 明渠改建暗渠

對滑動不斷、邊坡高陡,或堆積層厚,采用削坡支擋相當(dāng)困難或不能解決根本問題的地段,采用明渠改建暗渠。玉溪河引水工程主干渠自通水運(yùn)行以來,明渠改暗渠達(dá)27處,最典型的兩種結(jié)構(gòu)型式包括城門洞型暗渠和梁板式蓋板暗渠。

城門洞型暗渠結(jié)構(gòu)需干渠斷水施工,工期較長。例如,1999年10月9日,主干渠44+411(同心干暗渠出口)處內(nèi)坡滑體崩塌堵塞渠道,總方量約5000 m3,渠道全線斷水。治理措施:采用明渠改暗渠,接長同心干暗渠38 m,斷面為城門洞型,工期32 d[2]。

梁板式蓋板暗渠不需要主干渠斷水施工。例如,自2016年起,主干渠33+300～33+320等4段明渠總長100 m,明渠寬度達(dá)12 m,采用梁板式蓋板涵,建設(shè)期主干渠正常通水,為保障下游用水起到了關(guān)鍵作用。梁板式蓋板涵梁采用鋼梁或鋼筋混凝土預(yù)制梁,采用機(jī)械吊裝就位,鋪鍍鋅壓型板作為現(xiàn)澆鋼筋混凝土底模(不需拆模),再現(xiàn)澆鋼筋混凝土。梁的下緣距主干渠的正常水面凈高不小于40 cm,見圖1。

圖1 梁板式蓋板斷面

3.4 外堤滑動加固

3.4.1 外堤擋土墻加固

對外堤單薄、滑動沉陷嚴(yán)重,且有通車要求的外堤加固,常采用擋土墻加固,實(shí)施的擋土墻有重力式或衡重式。擋土墻置于基巖或堅(jiān)硬的地基之上。墻身設(shè)排水孔。擋墻高度在5～7 m之間,如主干渠19+300,見圖2。

圖2 衡重式擋土墻斷面

3.4.2 外堤樁基加固

對于渠堤外側(cè)滑坡,嚴(yán)重威脅巡渠道路及渠道安全的常采用外堤樁基加固。主干渠42+300～42+337段,渠堤外側(cè)為滑坡體后緣,由于受滑坡的影響,渠堤外側(cè)垮塌沉陷,搶險(xiǎn)公路路面開裂、傾斜。鉆探資料揭露覆蓋層為第四系的黏土夾礫石組成,厚6.8～15.8 m。基于覆蓋層較厚的原因,治理方案采用樁基與擋墻結(jié)合的方案,樁基采用直徑為1.1m的人工挖孔鋼筋混凝土灌注樁,樁深12 m,共11根,布置為一排,孔距3.57 m,樁基置于基巖。樁頂設(shè)置鋼筋混凝土承臺,將11根樁連為一體,承臺上設(shè)置仰斜式混凝土擋土墻。外堤治理于2020年4月實(shí)施后,消除了多年的工程隱患,見圖3。

圖3 主干渠42+300～42+337渠段外堤加固斷面

3.5 內(nèi)坡加固

3.5.1 內(nèi)坡?lián)跬翂庸?/p>

對內(nèi)坡滑坡規(guī)模不大、覆蓋層淺且沒有地下水的滑坡,常采用重力式擋墻加固處理,見圖4。

圖4 內(nèi)坡?lián)跬翂嗝?/p>

3.5.2 內(nèi)坡框格梁及擋土墻加固

對于渠堤內(nèi)側(cè)滑坡,滑坡體表層物理結(jié)構(gòu)松散的常采用內(nèi)坡框格梁及擋土墻加固[3]。主干渠39+880～39+920(段長40 m)及42+650～42+700(段長50 m)明渠,內(nèi)坡高20～30 m。2013年,受“4·20”蘆山7.0級地震及暴雨影響,黏土夾卵礫石表層松散層滑動入渠,對渠道造成大量淤積,影響了渠道過水能力。治理時(shí)通過削坡使坡比達(dá)到1∶1,然后采用鋼筋混凝土框格梁護(hù)坡,框格梁間排距2 m,梁斷面尺寸30 cm×30 cm,框格梁間用草皮護(hù)坡,框格梁節(jié)點(diǎn)處設(shè)置φ25錨桿,邊坡每10 m高,設(shè)1.5 m寬的馬道。坡腳設(shè)置重力式擋墻,高3.5 m。兩處滑坡治理于2015年2月完成,邊坡穩(wěn)定,效果較好,見圖5。

圖5 框格梁護(hù)坡

3.5.3 渠槽內(nèi)邊坡滑動仰斜式擋土墻加固

主干渠42+000～42+030段,長30 m,該段渠槽為第四系黏土夾礫石,遇水軟化,承載力較低。2019年,由于暴雨導(dǎo)致渠槽內(nèi)坡土體滑動,渠槽損壞,位移達(dá)32 cm,嚴(yán)重威脅主干渠的安全運(yùn)行。當(dāng)年歲修采用仰斜式擋土墻加固,擋土墻置于砂質(zhì)泥巖上后一直穩(wěn)定運(yùn)行,見圖6。

圖6 主干渠42+000～42+030段修復(fù)斷面

3.5.4 渠道內(nèi)邊坡滑動排水治理

主干渠51+450～51+532段長82 m,渠道左岸內(nèi)坡主要由黏土夾礫石組成,其結(jié)構(gòu)松散,遇水軟化,受特大暴雨影響,在自身重力作用下,土體經(jīng)常發(fā)生垮塌,垮塌的土石體越過原擋墻渠道內(nèi)形成淤積,威脅渠道安全運(yùn)行,同時(shí)影響滑體后緣公路路基。經(jīng)分析該滑坡體是由于排水不暢,擋墻不夠高而產(chǎn)生滑動。治理措施:在滑體前緣加高擋土墻,擋墻置于基巖上;設(shè)置縱、橫向排水盲溝及環(huán)形排水明溝。排水明溝252 m,盲溝140 m,擋墻82 m,新?lián)鯄εc原擋墻之間設(shè)排水明溝。該方案于2020年2月實(shí)施后,消除了多年的工程安全隱患,見圖7。

圖7 主干渠51+450～51+532段滑坡治理斷面

4 結(jié)論

工程干擾、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定及渠道滲水是引起玉溪河引水工程主干渠發(fā)生滑坡的主要成因,根據(jù)玉溪河主干渠四十多年治理滑坡的措施和經(jīng)驗(yàn),得出如下結(jié)論:

(1)滑坡治理措施或技術(shù)方案,必須建立在第一手資料的準(zhǔn)確與可靠之上,如:地形、地勘資料。

(2)對于大、中型滑坡治理,經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較,宜采用抗滑樁方案或改線隧洞方案。固驛渡槽滑坡治理工程是四川水利史上首次采用抗滑樁治理滑坡。實(shí)踐證明,水利工程上使用抗滑樁治理滑坡是成功的。

(3)對于渠床穩(wěn)定,內(nèi)坡高陡,而滑動不停的明渠,宜采用明渠改暗渠。其中,梁板式蓋板暗渠,由于可以在渠道不斷水的情況下施工,近年來得到推廣應(yīng)用。

(4)對于渠道內(nèi)坡邊坡不高的淺表層滑坡處理,宜采用削坡減載,建擋土墻支撐;對于渠道內(nèi)坡較高、覆蓋層較厚的表層滑坡,宜采用削坡減載、坡面框格梁護(hù)坡、坡腳擋土墻支護(hù)及排水溝等綜合治理;對渠道內(nèi)坡地勢較緩、排水不暢的滑坡,宜以排水結(jié)合擋土墻支擋綜合處理;對內(nèi)坡滑動損壞渠槽,且規(guī)模范圍不大的滑坡,宜采用重力式擋土墻加固。

(5)對外堤覆蓋層較淺、地面以下7 m內(nèi)見基巖的滑坡,宜采用重力式擋土墻或衡重式擋土墻加固;對外堤覆蓋層深度在7 m以上的滑坡,宜采用樁基、承臺、擋墻等綜合措施。

綜上,玉溪河主干渠的滑坡治理針對不同滑坡類型應(yīng)用了多項(xiàng)不同治理措施,包括削坡減載、降排水、擋土墻支擋、抗滑樁、改線隧洞、明渠改暗渠、樁基加固、框格梁護(hù)坡等。這些措施或技術(shù)方案,確保了引水工程主干渠的安全運(yùn)行,消除了工程隱患,值得同類工程借鑒。