石山口灌區南干渠清水塘滑坡原因分析及處理措施探究

向廣銀

石山口灌區南干渠清水塘滑坡原因分析及處理措施探究

向廣銀

一、工程概況

石山口灌區位于河南省羅山縣中北部，是河南省大型灌區之一，始建于1966年10月，1968年初步開通，1973年正式開灌。設計灌溉面積31萬畝，灌溉范圍涉及8個鄉鎮，82個行政村，控制面積421km2，受益人口28.2萬人。灌區建成發揮效益以來，大大改善了當地的農業生產條件，糧食產量有了很大程度的提高，為羅山縣工農業生產的發展及灌區人民生活水平的提高做出了較大的貢獻。

石山口灌區始建于二十世紀六七十年代，受當時主客觀條件限制，標準低、質量差、不配套，加之后期缺乏必要的維修養護，運行40多年來，多次出現滲漏、塌方、滑坡等險情，直接威脅著灌區的安全運行。其中，石山口南干渠清水塘滑坡段長350m，為深挖方渠道，由于存在特殊的地形地貌和地質條件，灌區管理單位曾對該滑坡段采取過諸如擋土墻、抗滑樁等多種治理方法，均不能有效治理滑坡。據現場勘查，樁號18+569～18+767之間擋土墻已垮塌；樁號18+695～18+850之間采用擋土墻與抗滑樁聯合防護，樁徑為0.7m，樁與樁之間水平間距1.5～2.0m，原為直立，當時抗滑樁已出現不同程度的傾斜，傾角15°～35°，大部分已斷裂破壞；樁號18+875～18+902之間右側渠道平臺以下渠坡塌滑，造成擋土墻垮塌，渠道阻塞。因此，該段滑坡已嚴重影響到南干渠的正常使用，亟需對其進行治理。

二、滑坡成因分析

1.不利的巖土層結構

鉆探揭示地層巖性為第四系上更新統（Q3）低液限粘土，黃色～棕色，但在一級平臺以下存在高嶺土層，取原狀土樣分析，自由膨脹率達51%。其性質遇水軟化，失水崩解，抗剪強度較低，力學性能不穩定，為相對易滑層，為失去力學平衡的滑坡體提供了不利的滑動面。

2.較陡的開挖邊坡

由于該渠段為深挖方渠道，開挖渠道后右岸形成了坡頂與渠底高差在10～20m之間，渠底以上5.0m處設有1.5m寬的平臺，平臺以下坡比1∶1.5，平臺以上坡度陡，坡度為27°～30°之間。渠道開挖改變了原有地形和原有土體應力狀態，形成了人工高邊坡和臨空面，為邊坡巖土體的側向變形提供了空間，加之該邊坡特征是上部陡峭，開挖并沒有對岸坡上部土體進行充分卸載，邊坡的抗滑能力顯著降低，從而導致坡體產生滑動，形成了滑坡體。

3.缺乏有效的岸坡排水設施

坡頂未設集水、排水設施（如排水溝、坡水入渠等）邊坡未做硬化等，遇到雨季時，坡頂的大氣降水直接通過邊坡下流或直接滲入邊坡土體內部，導致土體含水率增大，粘聚力顯著降低，一方面增加了邊坡巖（土）體的重度，另一方面降低了巖（土）體的抗剪強度，減小了抗滑力；同時，雨水在土體中形成向下的滲流，從而使滑動力增加。當地表水滲入到相對易滑層（高嶺土層），使得接觸帶的高嶺土層含水量增大，形成軟弱面，當上部巖（土）體荷重隨含水量的增大而增加到一定程度而界面處抗剪強度減小到不能抵御上部巖（土）層下推力的作用時，邊坡巖（土）體在自重作用下，沿軟弱界面產生滑動，形成滑坡。

4.原有擋土墻斷面設置不合理

原有擋土墻高度較低，在渠底以上高度 1.5～1.8m之間，樁號18+795～18+850之間擋土墻下還采用抗滑樁進行了加固防護，抗滑穩定系數有了一定程度的提高，但是仍無法阻止滑坡現象發生。根據現場調查分析原因：一是擋土墻斷面太小，不足以抵擋上部滑動土壓力而造成自身失穩；二是由于渠道邊坡較陡，墻體高度不夠，上方土體仍可能沿墻頂平面作為滑動面發生滑坡；三是抗滑樁樁長及樁徑不夠，設置不合理，未能有效發揮作用。

綜上所述，該工程滑坡的主體屬牽引式的順層滑坡，主要由不利的巖土層結構及邊坡的開挖卸載不充分而致使上部巖（土）體失去支撐產生滑移。

三、工程治理方案分析

該滑坡土體的自然地層地質條件是產生滑坡隱患的內因，不利的工程開挖和大氣降水是滑坡產生的主要誘發因素。上述諸多因素，在整治過程中應予以綜合考慮。

1.方案對比分析

針對清水塘滑坡段現狀存在的問題以及地形地貌，經過分析，在設計時擬定兩種方案進行比較。

方案Ⅰ：采用“減、排、固”綜合治理方案，即同時采用上部削坡減載以減少滑動力，下部坡面拱與抗滑樁綜合加固提高抗滑力，同時對坡面采用排水和導滲措施，以降低雨水對邊坡的不利因素。考慮到原有工程處理措施較單一，為擋土墻加固坡腳，局部設抗滑樁，不能解決邊坡滑動的問題，反而擋土墻和抗滑樁出現了變形和破壞。如單獨采用排水導滲、削坡減載或者支擋，仍然不能解決邊坡滑動的問題。因此，需采用“減、排、固”綜合治理方案，即同時采用削坡減載、排水導滲、坡面拱與抗滑樁相結合對滑坡段進行處理。

方案Ⅱ：采用鋼筋混凝土箱涵對滑坡段進行處理。由于鋼筋混凝土箱涵具有較大的整體剛度，能夠抵抗巨大的抗滑和抗破壞能力，有效治理該段滑坡。

通過現場的地形地貌分析，方案Ⅰ通過放緩邊坡對岸坡上部土體進行充分卸載，在平臺以下采用坡面拱與抗滑樁相結合，可有效治理因高嶺土層遇水膨脹造成的坍塌滑坡，通過設置必要的排水溝和貼坡排水可及時排除坡面積水，減少坡水滲入而降低邊坡的穩定性，在技術上更為可行，經濟上更為合理，施工便利，工期短，且因地制宜，不影響渠道水流形態。缺點是挖壓占地較多，開挖土方量大，但坡頂為崗地，不屬于基本農田，管理單位能夠解決用地問題。方案Ⅱ采用鋼筋混凝土箱涵，可徹底根治該處滑坡，技術上可行。但該段渠道左岸渠坡內建有1座電灌站，若采用方案Ⅱ，則需拆除原有電灌站，選址重建電灌站，施工復雜，工藝要求較高，工期長，影響渠道水流形態。且該處渠道流量較大，達21m3/s，需建箱涵斷面較大，工程投資較大，初步估算方案Ⅰ的1.7倍。經過比較和論證，確定采用方案Ⅰ，即削坡減載、排水導滲、坡面拱與抗滑樁相結合的綜合治理方案對滑坡段進行處理。

2.滑坡處理方案設計

采用方案Ⅰ，即采用削坡減載、排水導滲、坡面拱與抗滑樁相結合的滑坡處理方案。

（1）削坡減載設計

對渠道右岸已滑動的土體進行開挖，考慮到一級平臺以下存在高嶺土層，開挖深度要求達到滑動面0.5m以下，再按1∶2的坡比重新回填，回填土料為中粗砂。對原有平臺擴寬至2.0m，平臺以上按1∶2.5的坡比整修邊坡。

（2）排水導滲設計

削坡減載完成后，對該段渠道右岸平臺以上渠坡兩端及中間每50m設橫向排水溝，沿坡頂及平臺與邊坡的交界處內側設縱向排水溝2處，與橫向排水溝相連接；平臺以下設坡水入渠4處，分別與平臺內側縱向排水溝連接。

（3）坡面拱與抗滑樁設計

考慮到原有擋土墻高度不足，擋土墻和抗滑樁出現了變形和破壞，設計對原有擋土墻及抗滑樁進行拆除，平臺以下渠坡采用一級坡面拱設計，護坡斜長5.6m，邊坡1∶2，拱圈內半徑為2.5m，采用兩層拱圈。拱圈為0.65m厚的M7.5漿砌石，深1.2m。拱內采用0.3m厚干砌石護砌，下設0.3m厚粗砂碎石墊層，拱圈外為0.3m厚M7.5漿砌石護砌；拱腳采用C20鋼筋混凝土灌注樁固定，樁徑1.0m，樁長7m，相鄰灌注樁之間用C20鋼筋混凝土連系梁連接，梁截面尺寸為0.5m×0.5m。

四、工程治理穩定性評價

石山口灌區南干渠清水塘滑坡段治理工程于2007年實施完成，由于采用了“減、排、固”綜合治理方案，將坡頂的地表水通過排水溝及坡水入渠引入渠道，減小了地表水對土體的滲入，削坡減載的同時對高嶺土層進行了清理換填處理，減少了邊坡土的滑動土壓力，坡面拱與抗滑樁的聯合運用，大大增加了邊坡的抗滑穩定性。運行期間通過多次灌溉放水和大雨的考驗，運行正常，未再出現滑坡現象，通過監測，各測量特征點水平位移和沉降呈穩定趨勢，實踐證明采取的治理措施是有效的

（作者單位：河南省信陽市水利勘測設計院 464000）