關(guān)于南水北調(diào)中線工程邊坡穩(wěn)定綜合治理研究

常志兵 南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局

黃斌 長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司

石兆英 河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院

張愛(ài)靜 劉洋洋 南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局

1.西邵明和新3號(hào)棄渣場(chǎng)概況

本文以邯邢段工程棄渣場(chǎng)西邵明棄渣場(chǎng)和新3號(hào)棄渣場(chǎng)為例，這兩個(gè)棄渣場(chǎng)邊坡均存在局部隱患，邊坡穩(wěn)定性未達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，其棄渣場(chǎng)的類(lèi)型和級(jí)別均不同。西邵明棄渣場(chǎng)為坡地型，新3號(hào)棄渣場(chǎng)為溝道型，西邵明棄渣場(chǎng)和新3號(hào)棄渣場(chǎng)根據(jù)《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》（SL575-2012）分別為3級(jí)和2級(jí)棄渣場(chǎng)，且其邊坡加固治理方式不盡相同。

2.計(jì)算方法

2.1 邊坡穩(wěn)定評(píng)估方法

棄渣場(chǎng)穩(wěn)定評(píng)估依據(jù)為《南水北調(diào)中線一期工程（陶岔渠首～古運(yùn)河以南段）棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性評(píng)估技術(shù)規(guī)定》、現(xiàn)行水土保持技術(shù)規(guī)范及棄渣場(chǎng)初步設(shè)計(jì)以后的設(shè)計(jì)資料、現(xiàn)場(chǎng)施工資料、監(jiān)理資料、監(jiān)測(cè)資料和本次測(cè)繪、地質(zhì)勘察專(zhuān)項(xiàng)資料等。采用河海大學(xué)軟件Autobank7.7對(duì)棄渣場(chǎng)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定驗(yàn)算，給出評(píng)估范圍內(nèi)各棄渣場(chǎng)邊坡穩(wěn)定分析及評(píng)估結(jié)果。

計(jì)算方法：棄渣場(chǎng)抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用不計(jì)條塊間作用力的瑞典圓弧滑動(dòng)法，計(jì)算公式如下：

式中：b—條塊寬度，m；W—條塊重力，k N；Q、V—水平和垂直地震慣性力；u—作用于土條底面的孔隙壓力，kPa；a—條塊的重力線與通過(guò)此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角，（°）；c’、ψ’—土條底面的有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；Mc—水平地震慣性力對(duì)圓心的力矩；R—圓弧半徑；K—圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定的安全系數(shù)。

2.2 截排水計(jì)算

棄渣場(chǎng)排水溝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)取5年一遇10min短歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨。經(jīng)分析各棄渣場(chǎng)頂面坡度及匯流走向，在充分利用棄渣場(chǎng)附近現(xiàn)有排水設(shè)施的基礎(chǔ)上，在部分棄渣場(chǎng)的坡腳擋渣墻外新設(shè)排水溝。

棄渣場(chǎng)產(chǎn)匯流量計(jì)算采用如下公式：

式中：Qm—設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；φ—徑流系數(shù)，無(wú)量綱；q—設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和降雨歷時(shí)內(nèi)的平均降雨強(qiáng)度，mm/min；F—匯水面積，km2。

2.3 擋渣墻設(shè)計(jì)

關(guān)于擋渣墻的詳細(xì)設(shè)計(jì)，可參考董俐的研究和水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范:GB51018－2014［S］，相關(guān)計(jì)算公式如下。

2.3.1 抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算公式

式中：Kc—計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f—墻基底面與地基土之間的摩擦系數(shù)，取0.3 5；ΣG—作用在墻底板上的全部豎向荷載之和（kN）；ΣH—作用在墻底板上的全部水平荷載之和（kN）。

2.3.2 抗傾覆安全系數(shù)計(jì)算公式

式中：K0—擋渣墻抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)；Σ MV—對(duì)擋渣墻基底前趾的抗傾覆力矩（kN·m）；ΣMH—對(duì)擋渣墻基底前趾的傾覆力矩（kN·m）。

2.3.3 擋渣墻基底應(yīng)力計(jì)算公式

3.結(jié)果

3.1 擋渣墻穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

新3號(hào)棄渣場(chǎng)擋渣墻穩(wěn)定性計(jì)算值見(jiàn)表5。經(jīng)計(jì)算，新3號(hào)棄渣場(chǎng)擋渣墻基底應(yīng)力的最大值與最小值之比均小于2.0。根據(jù)規(guī)范要求，基本組合應(yīng)小于2.0，特殊組合小于2.50，基底應(yīng)力的最大值與最小值之比符合地基要求；新3號(hào)棄渣場(chǎng)擋渣墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算值在正常工況和非常工況下分別為1.26和1.11，均大于允許值；新3號(hào)棄渣場(chǎng)擋渣墻抗傾覆安全系數(shù)在正常工況和非常工況計(jì)算值分別為6.24和5.42，遠(yuǎn)大于允許值。因此，新3號(hào)棄渣場(chǎng)擋渣墻穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，設(shè)計(jì)合理，能夠有效的阻擋棄渣土，減緩水土流失，提高邊坡穩(wěn)定性。

表5 擋渣墻穩(wěn)定計(jì)算表

3.2 截排水工程計(jì)算結(jié)果

西邵明棄渣場(chǎng)和新3號(hào)棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)流量及排水溝過(guò)流能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸見(jiàn)表6。由表可知，西邵明棄渣場(chǎng)蘋(píng)果分區(qū)和南區(qū)總干渠側(cè)溝渠設(shè)計(jì)底寬均為0.6m，溝深分別為0.6m和0.8m；新3號(hào)棄渣場(chǎng)南區(qū)左側(cè)排水溝渠設(shè)計(jì)底寬和深度均為1.0m。按照上述排水溝設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)取5年一遇10min短歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨，西邵明棄渣場(chǎng)蘋(píng)果分區(qū)和南區(qū)總干渠側(cè)的排水能力分別為4.85 m3/s和2.27m3/s，新3號(hào)棄渣場(chǎng)南區(qū)左側(cè)排水能力為4.24m3/s，均具備良好的排水能力。

表6 棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)流量及排水溝過(guò)流能力

4.結(jié)論與討論

綜合結(jié)論表明，以南水北調(diào)中線邯邢段西邵明棄渣場(chǎng)和邯邢段新3號(hào)棄渣場(chǎng)為例，通過(guò)對(duì)邊坡進(jìn)行分級(jí)處理，建立擋渣墻和排水設(shè)施，并進(jìn)行護(hù)坡防護(hù)，棄渣場(chǎng)安全穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果均達(dá)到規(guī)范要求。以上邊坡綜合治理措施提高了棄渣場(chǎng)的安全穩(wěn)定性，是科學(xué)且安全可靠的方法，在南水北調(diào)中線邯邢段工程的棄渣場(chǎng)邊坡綜合治理中可以發(fā)揮很大的作用，并為南水北調(diào)工程和其他水利工程的局部邊坡不穩(wěn)定綜合治理提供參考方法。