山西省引沁入汾和川引水樞紐V3-2滑坡體治理

李 強

(臨汾市水利勘測設計院 山西 臨汾 041000)

1 前言

1.1 工程概況

山西省引沁入汾和川引水樞紐工程位于臨汾市安澤縣和川鎮嶺南村東的沁河干流上，總庫容1756萬m3，是一座以城市及工業供水、農業灌溉為主，兼有防洪等綜合利用的中型水利樞紐工程。壩頂總長235m，壩頂高程900m，最大壩高27m，正常高水位898m。工程等別為Ⅲ等，主要建筑物大壩、泄洪排沙底孔為3級建筑物，次要建筑物為4級，臨時建筑物級別為5級。大壩防洪標準為50年一遇洪水設計，500年一遇洪水校核。

根據《中國地震參數區劃圖》（GB18306-2001），確定樞紐工程區地震動峰值加速度為0.1g(相當于地震基本烈度7度)，各建筑物按7度地震烈度設防。

1.2 V3-2滑坡體概況

V3-2滑坡體為巖體滑坡，屬順層牽引式滑坡，滑坡體所處山梁梁頂高程1030m，上部坡度較緩，坡度約20°，下部靠近河岸，邊坡陡立。滑坡兩側為沖溝，邊坡陡立，東側沖溝基巖裸露，溝底高程約890m，西側沖溝表層為低液限粘土，溝底高程約910m。滑體東西兩側為沖溝，北側為沁河岸邊，三面臨空。滑坡體后緣高程約930m。

圖1 V3-2滑坡體剖面圖

1.3 V3-2滑坡體穩定性評價

穩定計算采用《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）及《水電水利工程邊坡設計規范》（DL/T5353-2006）中推薦的剩余推力傳遞系數法。根據地質專業計算結果，V3-2滑坡體在持久狀態（僅考慮天然狀況）、短暫狀態（考慮50年一遇暴雨動水壓力）及偶然狀態（僅考慮地震力作用）下的穩定系數詳見表1。另外采用計算機自動搜索技術，分別得出一系列不同滑面上的穩定性系數，從而確定了最小滑動面的位置。不同荷載組合的穩定性系數詳見表2。

由表1可知，自然狀態下滑坡處于基本穩定狀態，這與滑坡的實際情況基本相符。

由表2可知，邊坡在天然狀態下處于臨界穩定狀態，隨著雨水入滲導致坡體表面處于飽和狀態，或者地震作用下，穩定性系數均小于1，斜坡有沿淺層潛在滑動面發生破壞的可能，因此須在滑坡體中前部實施抗滑工程治理措施。

表1 不同工況下穩定系數計算成果表

表2 自動搜索條件下不同工況下穩定系數計算成果表

2 治理工程設計

2.1 設計工況

（1）設計工況：滑坡久雨、暴雨（50年一遇）狀態下（滑坡地下水位高度上升至設計暴雨地下水位厚度），考慮安全系數Ks=1.05；

（2）校核工況：天然狀態+地震Ⅶ度烈度，安全系數取1.00。

2.2 邊坡加固方案

圖2 V3-2滑坡體抗滑樁布置圖

圖3 V3-2滑坡體壓腳護坡剖面圖

表3 壓腳前后穩定系數對比表

表4 天然狀態下地基極限承載力計算參數及結果

表5 飽和狀態下地基極限承載力計算參數及結果

根據滑坡體地形地質情況，治理設計除了要求做好坡面排水以外，著重研究了抗滑樁和壓腳護坡兩個邊坡加固方案進行比選。

2.2.1 抗滑樁方案

為防止滑坡前緣沿淺層潛在滑動面發生破壞，同時兼顧整體穩定性的提高，在滑坡前部實施抗滑樁支擋工程，抗滑樁剖面布置見圖2。

樁設在主軸線坡頂往西南方向20m處，經計算，校核工況下滑坡體剩余推力水平分量為328kN/m。

（1）樁型設計

根據滑面地形起伏、滑動面埋深及下滑力的大小，選取樁徑為1.5m×2m、樁心間距為5m的大截面懸臂抗滑樁。抗滑樁采用C30混凝土現澆，按抗彎構件進行設計。

抗滑樁的間距通過樁的抗滑阻力驗算來控制，兩樁之間的臨界距離計算公式為：

a、b——分別為樁垂直滑動方向和平行于滑動方向的高度；

φ——為滑體的內摩擦角，取為14°。

經驗算樁心距能滿足要求。因此，樁的基本參數如下：樁長h=15.0m，其中受荷段h1=7.5（3.2）m，錨固段 h2=7.5m（抗滑樁深入中風化基巖2.0m）。樁截面為2.0m×1.5m，樁心距為5.0m，總樁數11根。

（2）抗滑樁剛度判定

計算深度：βh2=1.68＜2.25，按剛性樁進行計算。樁底邊界為鉸支端，樁按懸臂樁計算，選用“m”法計算樁身內力。計算得樁最大剪力Qmax＝1965kN，最大彎矩 Mmax＝6173kN·m，最大側應力σmax＝388kPa。

錨固段深度判斷：取巖石裂隙及風化的折減系數C=0.30，巖層產狀折減系數K1=0.7，錨固段為泥礫巖、泥巖和細粒砂巖，巖石單軸抗壓 強 度 R=σc=17.22MPa， 則 K1·C ·R=3617kPa＞σmax=388kPa，因此，嵌固段滿足深度要求。

（3）擋土板設計

為了防止樁間土體的溜出，在抗滑樁之間設置預制擋土板。考慮到樁心距為5m，樁截面2.0m×1.5m，不考慮護壁，凈距3.5m，因此設計擋土板長4.5m，設置在樁后，與樁的搭接長度各約0.5m，設計板體規格4.5m×0.3m×3m。

表6 壓腳后穩定系數成果表

表7 地基局部替換后極限承載力計算參數及結果

2.2.2 壓腳護坡方案

（1）壓腳護坡設計布置

壓腳護坡布置岸線長度約155m，填筑高程913m。在高程913m設置24.5m寬一級平臺，平臺地表排水坡度5%，采用40cm厚粘土封閉，并植草皮保護，在高程900m設置3m寬二級平臺，高程889.5m干砌堆石棱體處設置3m寬三級平臺，壓腳護坡采用石渣料回填。壓腳護坡剖面布置見圖3。

（2）穩定性驗算

回填石渣的參數取值采用工程類比法，參照三峽庫區絲綢廠滑坡治理工程中回填石渣參數取值，回填石渣容重取值21kN/m3，天然狀態下抗剪強度C為0kPa，φ為37°。計算方法分別采用圓弧法和傳遞系數法對壓腳后三種工況下滑坡整體穩定性、自動搜索滑面穩定性驗算，計算結果均滿足規范要求，詳見表3。

（3）壓腳荷載天然地基極限承載力驗算

考慮到壓腳回填形成過程中及形成后，若地下水位上升，將造成地基極限承載力的降低，為此對天然狀態下和飽和狀態下地基土極限極限承載力分別進行計算。洪積物（Q4pl）地基的計算參數參照該滑坡體滑動面的力學參數。天然狀態下凝聚力C=5.0kPa，內摩擦角φ=15°，飽和狀態下凝聚力C′=3kPa，內摩擦角φ′=14°，計算結果見表4、表5。

考慮到本工程實際設計回填高度為23.5m，而無論天然狀態還是飽和狀態，安全系數取2時允許填高為18m～20m，因此，天然地基承載力安全儲備不夠。

（4）天然地基局部替換處理措施

由于天然地基承載力安全儲備不夠，為防止地基在回填物料的重力作用下發生破壞，因此需在坡腳進行局部軟弱地基替換。

為盡量增加豎向荷載以增加滑坡體抗滑力，控制沿河回填壓腳范圍，保證回填坡體自身的穩定。在Ⅰ、Ⅱ級階地交界處開挖坑槽，回填堆石棱體。堆石棱體布置于回填坡體外側（近河側），在高程889.5m設3m寬馬道，內外坡比分別為1∶1和1∶2。

（5）天然地基處理驗算

堆石棱體的參數取值同樣參照三峽庫區絲綢廠滑坡治理工程中堆石棱體參數取值，本工程回填石棱體容重取值21kN/m3，天然狀態和飽和狀態下抗剪強度C為0kPa，φ 為 37°。

計算方法分別采用圓弧法和傳遞系數法對壓腳后3種工況下滑坡回填坡體沿原地形線滑動穩定性驗算，相關成果列于表6，結果滿足相關規范要求的設計安全系數。同時天然地基局部替換處理后，其承載力也能滿足要求，替換后極限承載力計算參數及結果見表7。

2.2.3 方案比選

V3-2滑坡體滑帶厚度不大，下盤巖體穩定性較好，且抗滑樁為大截面壓彎構件，能充分發揮材料的強度。但抗滑樁豎井施工困難，工作人員井下作業施工條件和安全性相對較差，施工進度較慢，另外抗滑樁加固力集中，有坡面局部滑塌風險。

壓腳護坡方案雖然工程量及投資相對較大，但有利于解決樞紐工程的棄渣問題，施工進度較快，施工條件較好，且加固力分散布置，能有效防止次生滑面的發生。

綜合分析，設計采用壓腳護坡方案。

2.2.4 護坡設計

由于回填石渣位于水位變幅區，第一級平臺至第三級平臺間護坡采用30cm厚干砌塊石，下部鋪20cm厚砂礫料墊層。第一級平臺采用40cm厚粘土封閉，并植草皮或灌木保護。

填方區兩側邊界邊坡坡度根據回填石渣的天然休止角確定為1∶2，坡腳設計清基深度0.5m，邊坡采用30cm厚干砌塊石護坡，下設20cm厚砂礫料墊層，護坡坡腳基礎采用漿砌石，頂寬1m，深度2m，范圍為第一級平臺至第三級平臺之間。

2.2.5 坡面排水設計

滑坡體的地下水的補給源主要是大氣降水和山坡地表匯水，為防止區域外地表水流入，根據天然地形條件，在滑坡體邊緣3m～5m范圍內設置橫向截水溝和排水溝，均采用漿砌石砌筑。截水溝斷面為梯形斷面，底寬0.4m，頂寬0.9m，深0.4m。排水溝斷面型式分為V型斷面及矩形斷面，V型斷面底寬0.5m，頂寬1.2m，深0.7m，矩型斷面寬0.6m，深0.7m。

3 結語

V3-2滑坡體治理工程設計采用壓腳護坡+排水的優化方案，能夠因地制宜，充分利用樞紐工程施工過程中的開挖棄料，不僅技術上是可行的，而且經濟上是合理的，不失為一種一舉兩得的治理方案，可為類似工程提供借鑒和參考。另外，在今后的運行過程中要建議加強安全監測，了解和掌握滑坡體治理后的穩定性狀。陜西水利