涔天河灌區(qū)工程高風險邊坡分析

李新華

（湖南涔天河工程建設投資有限責任公司，湖南 永州 425500）

涔天河灌區(qū)渠道地處湘江上游的丘陵山區(qū)，沿山腰布置，除了建設隧洞、倒虹吸管、渡槽以外，還需要通過開挖或填方形成渠道，從而產(chǎn)生形態(tài)特性差異大的眾多邊坡。由于沿線地質(zhì)條件復雜，存在巖溶、斷層、順層邊坡，軟巖、特殊土等不良地質(zhì)結構，以及豐富的地表水、地下水，伴隨區(qū)域強降雨的氣候特征，尤其是在邊坡開挖擾動情況下，以及渠道運行時動水的沖刷和浸泡作用下，各類邊坡存在較大失穩(wěn)風險概率。

1 水工渠道邊坡的特點及風險源

長距離引水干渠一般穿過山腰，結合渡槽、倒虹吸管段、隧洞等組成。穿過山腰的渠段又不可避免地涉及削坡、填方，沿線實施的大量邊坡工程，存在突出的風險源：

1）開挖渠道形成新的人工邊坡，可能擾動誘發(fā)原來自穩(wěn)的自然邊坡失穩(wěn)。

2）開挖后邊坡支護、防護不合理、不及時，邊坡施工期和運行期的穩(wěn)定性都可能得不到保障。

3）局部段存在內(nèi)側邊坡削坡開挖、外側邊坡填方堆砌，渠道內(nèi)大流量動水沖刷作用，加劇上下邊坡風險程度。

4）渠道運行期，渠道防滲措施損壞失效，引水下滲導致外側邊坡（尤其是填方邊坡）內(nèi)水壓力增加，如果疊加強降雨坡面入滲，極大地增大了渠道建筑物的風險。

2 涔天河干渠邊坡存在的地質(zhì)問題

1）地質(zhì)條件差、削坡后渠道內(nèi)側邊坡滑塌，威脅渠道安全。

2）渠道外側坡體水土流失嚴重、影響長期穩(wěn)定。

3）高壓線塔等建筑物位于坡體范圍，邊坡后續(xù)施工風險極高。

4）強降雨致使邊坡持續(xù)發(fā)生不連續(xù)變形，毀壞已實施的剛性支護和排水結構。

5）渠道外側填土坡整體滑塌，威脅渠道下游群眾生命、財產(chǎn)安全。

6）坡面雨水沖刷、變形，致使噴混凝土措施失效，渠道內(nèi)側巖體整體推移，渠道寬度嚴重壓縮。

7）渠道襯砌和防滲結構的耐久性，在環(huán)境影響，如周期性高低溫影響下，襯砌和防滲結構損傷失效，會帶來邊坡破壞等次生風險。

3 涔天河干渠典型高風險邊坡

3.1 干渠邊坡開挖風險源辨識

采取無人機+地質(zhì)專家，對干渠高危邊坡、臨渠村莊（不含渡槽、隧涵）進行實地勘查（基于設計勘察資料，補充現(xiàn)場勘察坡）。主要工作包括現(xiàn)場勘查及原狀土（巖石）取樣，收集整合設計、施工資料等。

1）區(qū)域社會經(jīng)濟概貌：通過無人機航拍，得到研究區(qū)域內(nèi)渠道邊坡所處地理位置及附近整體地貌形態(tài)直觀認識，記錄渠道大致走向及附近山體植被分布，臨渠村莊的分布情況，將人口經(jīng)濟損失進行風險預判。

2）工程地質(zhì)調(diào)查測繪：通過現(xiàn)場勘查，查明地層巖性、地質(zhì)構造、巖體結構及不良地質(zhì)作用等，包括結構面類型、產(chǎn)狀、延展情況、閉合程度和充填及含水層情況等信息；觀測邊坡節(jié)理裂隙的發(fā)育情況，對于破碎巖體，隨機選取多處節(jié)理裂隙進行調(diào)查測繪；分析邊坡巖土體類型、成因、工程特性及施工情況；對已失穩(wěn)破壞的邊坡進行踏勘，查明失穩(wěn)破壞類型、破壞方式、規(guī)模、影響因素及破壞機理等；分析判斷未破壞邊坡目前狀況及有無失穩(wěn)跡象。

3）巖土體取樣：對典型邊坡，采集巖土體試樣，包括邊坡原狀土、擾動體和巖石，按規(guī)范封裝樣本，進行室內(nèi)物理力學試驗，以獲取四類邊坡土體（巖石）物理力學參數(shù)，為后續(xù)邊坡穩(wěn)定的數(shù)值模擬工作提供基礎數(shù)據(jù)。

3.2 典型高風險邊坡

3.2.1 存在高風險的邊坡情形

基于初步掌握的灌渠沿線情況，經(jīng)綜合判斷，需高度關注存在高風險的邊坡情形有以下幾類：

1）匯水面積大，地表沖刷嚴重，暴雨時全飽和入滲的邊坡。

2）巖溶發(fā)育區(qū)域，漏水、裂隙和巖溶發(fā)育、不均勻變形，易崩塌的邊坡。

3）順層、軟弱夾層等自穩(wěn)能力差的邊坡。

4）松散堆積體、古滑坡、古巖堆，開挖后滑坡可能復活的邊坡。

5）高填方、壓實度不夠、無支擋或支擋結構欠合理，渠道水漫頂、襯砌滲流后易潰決的邊坡。

6）開挖削坡附近有高壓電架等重要建（構）筑物的邊坡。

7）坡腳有居民、村莊、鐵路、公路等重要建（構）筑物的坡段。

基于局部普查和地理、地質(zhì)條件分析，根據(jù)邊坡不同的施工方法以及地質(zhì)結構的差異，確定涔天河干渠存在切方邊坡（右總干渠）、高填方邊坡（右總干渠）、裂隙巖質(zhì)邊坡（右總干渠）和風化巖質(zhì)高邊坡（東干渠）四類不同高風險邊坡。

3.2.2 切方邊坡風險分析

主要是土質(zhì)和巖土質(zhì)二元結構高邊坡在削坡減載情況下，支護、防護措施不當，坡面防水排水系統(tǒng)措施不足，坡體在降雨入滲后下滑力增大、抗滑力減小，造成滑坡，危及渠道施工和運行的風險。

3.2.3 填方邊坡風險分析

原自然邊坡開挖不科學，填方坡腳支擋設計不合理或未設置支擋結構、填料選用不恰當、填筑質(zhì)量不達標，坡面防護不到位等，都可能造成填方坡體處于自穩(wěn)臨界狀態(tài)，遭遇強降雨沖刷坡面或渠道滲漏渠水滲流進入不密實的填筑層內(nèi)部，滲流力及動水壓力增大，極可能造成填方邊坡垮塌、渠水漫溢潰決，引起坡腳附近水災害風險。

3.2.4 裂隙/順層巖質(zhì)邊坡風險分析

看似穩(wěn)定的裂隙巖體/順層巖質(zhì)邊坡，未經(jīng)處理貿(mào)然開挖擾動，在渠道開挖擾動、強降雨影響下，裂隙軟弱夾層失去自穩(wěn)能力而滑塌，嚴重影響渠道后期施工和運行期安全的高風險。

3.2.5 風化巖質(zhì)邊坡風險分析

開挖后的邊坡，坡面防護、支護不合理，繼續(xù)風化，坡面排水、防水未形成系統(tǒng)，雨水滲入，可能引起坡體局部坍塌或滑塌，淤塞渠道，造成渠道不能運行的風險。

4 結論與建議

4.1 結 論

涔天河干渠長達240 km；支渠達到170 km。針對局部區(qū)域已開挖的高風險渠道邊坡展開研究，具體工作和結論如下：

1）高風險邊坡確定與分類。針對工程進度已經(jīng)揭露的邊坡開挖情況，通過現(xiàn)場查勘、初步設計報告分析，研究地質(zhì)條件等固有風險因子、降雨等動態(tài)風險因子，確定了切方邊坡、填方邊坡、裂隙巖質(zhì)邊坡、風化巖質(zhì)高邊坡等四類典型高風險邊坡。

2）物理力學參數(shù)研究。通過現(xiàn)場部分巖土體取樣室內(nèi)試驗、工程類比、工程經(jīng)驗分析，結合初步設計報告，研究確定了典型高風險邊坡的基本物理力學參數(shù)。

3）設計復核和優(yōu)化對策建議?？紤]自然邊坡、開挖斷面、支護措施在自然狀態(tài)、強降雨條件等工況下的安全性，對原設計開挖支護方案復核，在此基礎上對已經(jīng)出現(xiàn)風險后果的邊坡提出治理措施，并進行計算驗證；對存在風險隱患的邊坡提出風險控制措施。

4）針對總干渠運行期的相關高風險邊坡，結合研究的典型邊坡監(jiān)控布置設計，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的低功耗遠程監(jiān)控系統(tǒng)構想。

4.2 建 議

1）參建各方要高度重視渠段高風險邊坡涉及的全過程管理，防止因為非技術因素加劇風險或誘發(fā)新的風險。

2）對可能的高風險邊坡要精細化設計、精細化施工、精細化管理。

①在規(guī)范容許的范圍內(nèi)，設計要充分考慮施工中難以控制的因素，適當增加安全裕度。

②施工嚴格按程序進行，如土質(zhì)高邊坡開挖宜隨挖隨支護，防止雨水下滲；巖質(zhì)邊坡開挖應在應力釋放后立即支護；裂隙巖體邊坡開挖前，應先進行后緣排水、預加固，再實施開挖。

③施工中，填方邊坡選料、含水率、壓實等工序務必嚴格達標，提前謀劃，切忌因進度而忽視各環(huán)節(jié)施工質(zhì)量。

④加強高風險邊坡施工過程中的監(jiān)控量測；加強對施工全過程的質(zhì)量監(jiān)督和檢測。前一道工序竣工后通過質(zhì)量檢測，滿足規(guī)范要求才能進行下一工序的施工。

⑤加強高風險邊坡及相應渠道運行初期及暴雨、持續(xù)降雨、氣溫驟變等特殊條件下的監(jiān)管，如邊坡出現(xiàn)險情應及時預警或處置，各種復雜原因造成渠道襯砌混凝土分縫止水設施部位發(fā)生變形、繞滲，可在后期施加彈性防護面層等。